Введение к работе
Актуальность исследования. В постиндустриальном обществе экономический рост всё в большей степени будет определяться долей той продукции, которая основана на инновационных решениях. Добиться повышения конкурентоспособности отечественной текстильной продукции можно только на пути инновационной модернизации отрасли, преодоления технологического отставания, обусловленного старением активной части основных фондов. Одним из главных направлений практической реализации преодоления отставания является создание новых конкуренто и патентоспособных видов дополняющего оборудования (технологической оснастки), позволяющих обеспечивать одновременно повышение технического уровня и расширение технологических возможностей основного оборудования.
Именно технологическая оснастка являясь необходимым массовым вариативным звеном, создает возможности производства продукции с заданными свойствами, настраивает оборудование по продукту, что позволяет текстильщикам обеспечивать гибкость ассортиментной политики. В сочетании с относительно низкой долговечностью, существенным влиянием на качество вырабатываемой продукции, стабильность и непрерывность технологических процессов, всё это обусловливает особую роль оснастки в технологических системах текстильных производств.
Как объект исследования различные виды ткацкой технологической оснастки выступают: в области повышения качества и надежности в работах Бабаяна Л.Г., Буянова М.А., Журавкова В.М., Каленьтьева В.Г., Худых М.И. и др.; по проблемам методического обеспечения создания новых конструкций в исследованиях: Букиной С.В., Горячкина Г.М., Долинского В.Ф., Киселёва Д.М., Лабока Д.В., Пекарь Ж.В., Подгорного Ю.И., Пчелина И.К., Терентьева В.И., Хаита М.Б. и др.; по вопросам применения новых материалов и технологий изготовления в публикациях: Лабока В.Г., Серовской О.И., Шамштейна А.И. и др.; по проблемам эксплуатации – Богзы А.Д., Ковальского П.Г., Оникова Э.А., Травина Г.М. и др. ученых.
Однако вопросы комплексного рассмотрения технологической оснастки как агрегированной группы дополняющих средств технологического оснащения не освещены в имеющихся публикациях, а управления формированием конкурентных преимуществ на предпроизводственной стадии, стадиях производства, распределения и эксплуатации освещены лишь в ограниченном количестве работ. Всё это обусловливает необходимость, особую актуальность и своевременность исследования теоретических и прикладных аспектов проблемы.
Цели и задачи исследования. Цель диссертационного исследования заключается в повышении качества, надежности и эффективности функционирования новых видов тканеформирующей оснастки. Поставленная цель реализуется путем решения следующих задач:
выполнить классификацию тканеформирующей оснастки, установить взаимосвязь смены её жизненного цикла и жизненного цикла оборудования и оценить влияние на эффективность процесса ткачества;
разработать модели силового взаимодействия элементов тканеформирующей оснастки с перерабатываемым продуктом и модели её функционирования;
разработать методическое обеспечение проектного расчета элементов тканеформирующей оснастки;
выполнить экспериментальное исследование влияния конструктивных и кинематических факторов на деформации и напряжения в элементах тканеформирующей оснастки на примере ремизных рам;
сформулировать основные направления формирования конкурентных преимуществ при проектировании, изготовлении и эксплуатации новых видов тканеформирующей оснастки и методы оценки их научно-технического уровня;
создать конкуренто- и патентоспособные конструкции тканеформирующей оснастки на основе совершенствования конструкций элементов и обеспечить их широкое отраслевое внедрение;
дать оценку эффективности использования новых конструкций тканеформирующей оснастки.
Объект исследования - дополняющие средства технологического оснащения текстильной промышленности.
Предмет исследования - методы проектирования и обеспечения конкурентоспособности тканеформирующей оснастки.
Методы исследования. Методологическая база исследований является множественной, включающей: системный и сравнительный анализы, диалектическую логику, методы обобщений и аналогий. В работе использовались методы теории вероятности, математического и структурного моделирования, теории графов, алгебры логики, экспертной оценки, ранговой корреляции, расчета размерных цепей, развертывания функции качества, соматографического анализа, инженерных расчетов.
Эмпирической базой служили массивы информации деятельности ведущих предприятий производства технологической оснастки заводов ОАО «МЭЗ №1» г. Москва, ОАО «Красная Маёвка» г. Кострома, результаты отчетов отраслевых НИИ, материалы выставок, патентные обзоры. Экспериментальные исследования проводились в лабораториях НИИ ЦНИИМАШдеталь и условиях производчтва.
Научная новизна. В диссертации впервые исследована агрегированная группа тканеформирующей оснастки на основе моделирования силового взаимодействия её составляющих с перерабатываемым продуктом и моделирования их функционирования; разработан методический инструментарий расчета и проектирования; сформулированы основные направления формирования конкурентных преимуществ на этапах создания и эксплуатации конструкций. При этом получены следующие научные результаты:
впервые предложена классификация ткацкой технологической оснастки, основанная на формировании обобщенных агрегированных групп по признаку функциональной общности, позволяющей осуществлять производственную и сбытовую интеграцию; выявлено закономерное сокращение жизненных циклов оснастки по поколениям её создания и эксплуатации; установлена степень влияния видов тканеформирующей оснастки на технологический процесс ткачества через комплекс факторов его эффективности во временных, натуральных и экономических категориях;
впервые на основе моделирования нагружения ремизной рамы, структурного моделирования зевообразовательного механизма, математического моделирования закона движения ремиз установлено, что наибольшие нагрузки ремизная рама испытывает после перехода линии заступа при движении вверх; при отсутствии угловых подвижностей в механизме зевообразования при сборке ремизной рамы могут возникнуть монтажные напряжения и дополнительные нагрузки, применение ассиметричного закона движения ремиз снижает динамические нагрузки на раму;
первые разработаны динамические модели ремизной рамы и её элементов, совокупность которых образует математическую модель, включающую (10n+2) нелинейных дифференциальных уравнений, численное решение которых возможно только на ЭВМ; предложена методика расчета деформаций и напряжений в ремизной раме, учитывающая жесткость узлов соединений её элементов, что позволяет обеспечить высокую точность расчета. Разработан алгоритм идентификации ремизной рамы и машинного расчета её конструкции по данной методике;
впервые экспериментально установлено, что характер изменения ускорения деформаций и напряжений в ремизной раме определяется наличием зазоров в зевообразовательном механизме, частотами собственных колебаний планок и их упругим взаимодействием с галевами и нитями основы. Зависимости деформаций планок от их жесткостных характеристик, технологической нагрузки и расположения точек кинематического возбуждения подчиняются закону гиперболы. С увеличением жесткости соединений боковины с планкой деформации планок уменьшаются, а напряжения в верхней планке и боковине растут. Использование номограмм зависимостей деформаций и напряжений от геометрических и жесткостных характеристик рам позволяет оценить их эксплуатационные показатели;
впервые разработаны модели воздействия формируемой ткани на зуб и её кромки на устройство ширения на ткацком станке с учетом упругих и реологических свойств нитей, что позволяет определить исходные нагрузки для проектного расчета параметров берда и шпарутки, а также методики распределения нагрузки по кольцам шпарутки, позволяющие осуществлять проектирование дифференциальной шпарутки, и проектного расчета шага зубьев берда, позволяющие установить требования к точности бердной ленты;
впервые доказано, что рост амплитуды колебаний рычага скала, рассчитанной по предложенной динамической модели его функционирования, с повышением скорости главного вала станка приводит к повышению инерционных характеристик скальной системы. Это служит основанием считать скало технологической оснасткой и использовать их набор при выработке тканей различных характеристик и артикулов;
впервые установлены основные факторы формирования конкурентных преимуществ тканеформирующей оснастки на примере ремизных рам: добавленное качество, услуги технического сервиса, изменение затрат у потребителя. Для повышения конкурентоспособности использована методика развертывания функции качества, позволяющая трансформировать пожелания потребителей в требования к конструкции. Предложен и обоснован интегральный показатель научно-технического уровня оснастки как критерий ее инновационности. Для управления надежностью рам в условиях эксплуатации разработаны прогнозные модели отказов, увязывающие их с причинами возникновения;
анализ современных тенденций создания высоконадежных и эффективных конструкций тканеформирующей оснастки, исследование их поведения при изменении условий функционирования, использование разработанных методов проектного расчета позволили определить основные направления в конструировании: использование новых видов компаундов и композитных материалов, совершенствования профилей полуфабрикатов и конструктивных решений узлов, учет необходимости демпфирования, а также социального эффекта. Выявлены основные области эффективности создания и внедрения комплекса тканеформирующей оснастки, предложена и апробирована методика оценки экономического эффекта при использовании ее новых конструкций.
Практическую значимость диссертации представляют:
рекомендации по обеспечению угловых подвижностей в зевообразовательном механизме и применению ассиметричного закона движения ремиз, позволяющие в совокупности исключить монтажные напряжения и снизить динамические нагрузки на ремизную раму;
математические модели силового взаимодействия элементов тканеформирующей оснастки с нитями основы и опушкой ткани, создающие возможность определения исходных нагрузок и характера их распределения для использования в инженерных расчетах;
предложения по использованию набора скал для регулирования инерционных характеристик скальной системы, улучшения ее динамики при выработке тканей различного ассортимента;
методическое обеспечение проектного расчета и программный продукт для реализации отдельных методик при создании конкурентоспособных конструкций тканеформирующей оснастки и ее элементов;
экспериментальные стенды и методики испытаний создаваемых конструкций ремизных рам, моделирующие реальные условия их динамического нагружения;
предложения по повышению конкурентоспособности создаваемых конструкций ремизных рам, формируемой на различных стадиях их жизненного цикла с учетом требований и пожеланий потребителей, а также по управлению их надежностью при изготовлении и эксплуатации;
рекомендации по применению новых видов компаундов и порошковых спеченных материалов в конструкциях рам, берд и шпаруток; новых профилей базовых деталей рам, бердных лент; конструкций узлов соединений и приводных замков, шпаруточных устройств, часть которых защищены авторскими свидетельствами и патентами;
за период с 1998 по 2009 г.г. освоено производство и внедрено на предприятиях текстильной отрасли новых конструкций, защищенных авторскими свидетельствами, патентами или созданными на основе ноу-хау: ремизных рам и шпаруток по 50 тыс. шт., берд – 15 тыс. шт. Отдельные разделы исследования вошли составляющей в работу «Разработка научных основ создания и внедрения комплекса конкурентоспособных средств технологического оснащения текстильной промышленности» удостоенную премии Правительства РФ в области науки и техники за 2009 год.
Соответствие паспорту специальностей ВАК. Диссертационная работа выполнена в рамках специальности 05.02.13 «Машины, агрегаты и процессы. Легкая промышленность», области исследований по п.1 «Разработка научных и методологических основ проектирования и создания новых машин, агрегатов и процессов …», п.5 «Разработка научных и методологических основ повышения производительности машин, агрегатов и процессов и оценки их экономической эффективности и ресурса», паспорта специальностей ВАК.
Апробация диссертации. Основные положения и результаты диссертационного исследования были доложены и получили положительную оценку в среде научной общественности и практиков на: Республиканских научно-технических конференциях и семинарах «Лён », КГТУ, Кострома, 2000,2002г.г. «Научно-технические достижения – льняному комплексу области», ГСХА, Кострома, 2000г.; на международных научно-технических конференциях «Лён на пороге XX1 века, – Вологда, 2000, 2004г.г.; «Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности» (Прогресс-2002), «Перспективы использования комплексных технологий в текстильной и легкой промышленности» (ПИКТЕЛ – 2003), ИвГТА, Иваново, 2002, 2003г.г.; на V Всероссийской научно-практической конференции «Современные технологии в машиностроении», Пенза, 2002г.; на международных научно-практических конференциях, «Повышение конкурентоспособности льняного комплекса России в современных рыночных условиях», Москва, 2008, 2011г.г., Вологда 2009; на межкафедральном семинаре «Управление в производственных, социальных и экономических системах», КГУ им. Н.А. Некрасова; 2010, на пасширенном заседании кафедры огранизации производства и сервиса, КГУ им.Н.А.Некрасова, 2011; на заседании Костромского филиала семинара по
Теории машин и механизмов (текстильное машиноведение) РАН, 2011; на расши-
ренном заседании кафедры ТММ, ДМ и ПРТМ, КГТУ, 2011г.
Публикации. Положения диссертации отражены в более 80 публикациях, в том числе: 1 монография, 16 статей в изданиях рекомендуемых ВАК РФ, 17 научных статей в других журналах и сборниках научных трудов, 4 патента, 6 авторских свидетельств, 3 –учебных и методических пособия.
Структура и объем работы. Диссертация состоит из введения, шести глав, включающих 29 параграфов, выводов и предложений, изложенных на 223 страницах. Работа содержит 21 таблицу, 59 рисунков, список литературы включает 153 наименования.
