CC BY
252
УДК 675.055.18
Тенденции и перспективы развития оборудования кожевенных производств
Владимир Александрович Иванов, д.т.н., проф., каф. сервиса
Владимир Валерьевич Рашкин, соискатель, e-mail: exvladimir@gmail.com
ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва
Представлен обзор ситуации, сложившейся в кожевенном производстве и на рынке кожевенных изделий, а также перспективы развития этой отрасли; показано, что в настоящее время основным инструментом оценки состояния технологического оборудования остаются стандартизованные методы определения технологической точности (по показателям точности изготавливаемых деталей), которые не выявляют связи отдельных показателей точности обработки продукции с состоянием того или иного модуля, однако более достоверно оценить показатели качества обрабатываемого полуфабриката можно с помощью анализа акустического сигнала, и при высоком уровне этого сигнала в валичных кожевенных машинах снижение динамических нагрузок достигается за счет уменьшения вибронагружения валопровода электродвигатель - ножевой вал.
The article presented A review of the situation in the leather industry and leather goods on the market, as well as the prospects of this industry. It is shown that at present time the main assessment tool of state of the process equipment are standardized methods for determining the technological accuracy (according to indicators of precision of fabricated parts) which did not reveal the relation of indicators of individual precision of processing of products the state of a module, but the indicators of quality of semi-finished products processed by analysis of the acoustic signal can be estimated more reliable and at a high level of this signal in the roller tanning machines the reducing of the dynamic loads is achieved by reducing of vibroloading shafting motor - blade shaft.
Ключевые слова: кожевенные материалы, виброакустический сигнал, динамическая нагруженность.
Keywords: tanning materials, vibroacoustic signal, dynamic loading
Кожевенная промышленность традиционно играет заметную роль в народном хозяйстве нашей страны, она производит широкий спектр предметов потребления и продукции промышленного назначения. Специализированные предприятия выпускают жесткие, хромовые или юфтевые кожи.
Начало 1990-х годов характеризовалось общим ростом выпуска кожевенной продукции в России. Однако падение поголовья скота в стране в 1990-х годах привело к резкому спаду производства кожевенных материалов, и только в начале 2000-х годов начался постепенный рост объемов их выпуска, который затем стал постепенно замедляться. На рис. 1 представлены графики, отражающие динамику производства юфтевых и жестких кожтоваров. Объем производство хромовых кожтоваров превышает производство как юфтевых, так и жестких кожтоваров на определенных временных периодах более чем в три раза, поэтому из-за разности масштабов на этом рисунке данные о нем не приведены.
В соответствии с Общероссийским классификатором продукции, включающим изменения N 77/2009 ОКП, утв. Приказом Ростехрегулирова-ния от 15.12.2009 N 784-ст., в кожевенной отрасли преобладают так называемые хромовые кожтова-ры, которые, в свою очередь, делятся на кожи хромовые для верха обуви, кожи хромовые под-
кладочные для обуви, кожи хромовые для одежды и для головных уборов, кожи хромовые галантерейные, кожи хромовые для перчаток и рукавиц, кожи хромовые для протезно-ортопедических изделий, кожи хромовые технические. В то же время для наружных деталей обуви различного назначения (бытовой и производственной) применяются, помимо хромовых, юфтевые кожи.
Юфть - это выделанная кожа комбинированного (хромсинтанного, хромтаннидного или хром-синтаннотаннидного) дубления, выработанная из шкур крупного рогатого скота, а также конских и свиных. Характеристики юфти, выпускаемой в России, по состоянию на 2009 г. регламентированы государственным стандартом ГОСТ СССР 485-82 «Юфть для верха обуви. Технические условия».
Жестких кожтоваров в стране за 1-е полугодие 2011 г. произведено на 18,7% меньше, чем в 1-м полугодии 2010 г., хотя имеющиеся производственные мощности могли бы обеспечить рост выпуска, но на эту продукцию снизился спрос. Необходимо отметить неравномерность в предпочтениях потребителей кожтоваров, так как ценовые и качественные различия продукции конкретных заводов приводят к падению объемов у одних производителей и росту у других.
В современных условиях ресурс кожевенного сырья постоянно сокращается (по данным Росстата
Рис. 1. Показатели выпуска кожевенных товаров в стране: кривая 1 - жесткие кожтовары; кривая 2 - юфтевые кожтовары
РФ, на 1.07.2011 г. поголовье крупного рогатого скота (КРС) составляет 21,1 млн голов (из них 9 млн коров), т. е. за год произошло его уменьшение на 2,5% (коров - на 1,1%). Учитывая, что по статистике преобладающая часть КРС содержится «в подворьях», где переписи не было уже несколько лет, эти цифры подлежат некоторой корректировке. В то же время, если проанализировать данные Федеральной таможенной службы, при резком сокращении экспорта кожсырья до 5,7% по сравнению с 2010 г. (43,6 т кожсырья продано по 0,12 долл. США за 1 кг), по импорту завезено 858 т (темп 160%) по цене 0,75 долл. США за 1 кг. По состоянию на 2010 г. объем производства российской кожевенной отрасли в денежном выражении составляет 15 млрд рублей, а в натуральном выражении это - 2,5 млрд дм2 (1,5 % мирового производства кож). В настоящее время в стране действует 41 кожевенный завод (в советское время - 70), на этом производстве занято 18 тыс. человек [4].
Согласно статистическим данным, уже в 2010 г. наблюдался рост объемов производства всех рассматриваемых товарных групп по сравнению с 2009 г. Это потребовало совершенствования технологий и оборудования в кожевенном производстве, которое традиционно причисляется к легкой промышленности или входит в систему бытового обслуживания.
Однако имеющееся на предприятиях кожевенное оборудование в значительной степени является морально и физически устаревшим, причем ежегодное обновление машинного парка не превышает 3 - 4% и осуществляется в основном за счет собственных средств предприятий. В то же
время в промышленно развитых странах технологическое оборудование в легкой промышленности ежегодно обновляется на 14 - 16%.
Нынешняя ситуация приходится на период преодоления всех кризисных последствий, когда темпы роста производства кож и изделий из кожи и обуви на 1-е полугодие 2011 г. составляют 110,3%, что выше общих темпов роста в стране как по промышленным, так и по обрабатывающим производствам. Данная тенденция объясняется конкурентными преимуществами кожевенного производства перед другими: быстрой окупаемостью (оборачиваемостью) капиталов и оборотных средств, относительно низкими инвестициями (затратами) на 1 рубль выпускаемой продукции, технологической маневренностью при смене ассортимента и т. д. Однако анализ производственного потенциала показывает, что отрасль могла бы развиваться и более высокими темпами при привлечении новых инвесторов, но при существующей рентабельности 8 - 10% и действующих ставках заемных кредитов на уровне 15% она пребывает в зоне риска по прибыли. Именно поэтому более 30% действующих предприятий данной отрасли могут лишь поддерживать процесс простого воспроизводства.
Конечно, в прогрессе отрасли велика роль государства: отменены пошлины и НДС на ввоз технологического оборудования, отсутствуют пошлины на ввоз кожсырья и обувных заготовок, а также на экспорт кожтоваров и других изделий из группы товаров народного потребления. Появилась практика субсидирования кредитов, привлеченных для закупки сырья и материалов, технического перевооружения, а также для экспорта продукции.
Таблица 1. Увеличение поголовья свиней в стране
Год 2008 2009 2010 2011
Поголовье свиней (ПГ), тыс. голов 16 164 17854 19501 21344
Увеличение к прошлому году, тыс. голов - 1,1045 1,0922 1,0945
В связи с развитием свиноводства, намеченным отраслевой целевой программой «Развитие свиноводства в Российской Федерации на 2010 -2012 годы» (далее Программой), ожидается существенный рост поголовья, а следовательно, и свиных шкур (табл. 1), что предполагает соответственное увеличения кожевенного сырья. По приведенным данным, ежегодный прирост поголовья примерно равен 10%, и увеличение производства свинины к 2012 г. до 2,7 млн тонн обеспечит им-портозамещение свинины на отечественном рынке с 29% в 2009 г. до 14% в 2012 г., а к 2020 г. позволит полностью обеспечить рынок отечественной продукцией. .
В результате реализации запланированных Программой мероприятий ожидается улучшение социально-экономического положения значительного числа сельских населенных пунктов, районов и территорий. При этом прогнозируется заметный вклад в увеличение доходов сельского населения и, как следствие, улучшение демографической ситуации на селе. В то же время, к числу внутренних рисков относятся, прежде всего, организационный риск, демографический риск (нехватка подготовленной рабочей силы), а также производственные риски (кормообеспечение, ветеринарная защита и т.д.). Технологические риски, обычно связываемые с освоением новых техники и оборудования, в свиноводческой отрасли практически отсутствуют, к тому же они полностью устраняются мероприятиями по подготовке и переподготовке кадров и развитию человеческого потенциала отрасли.
Реализация Программы предполагает существенный рост кожевенного сырья. Всего в 2010 г. по сравнению с 2009 г. выпущено хромовых кожтова-ров 98,6%, т.е. 1,02 млрд дм2, а юфтевых - 126,3%, причем при полном выполнении заказов. Следует отметить, что в рассматриваемый период выпущено замши 131,1% (объем производства - около 20% от объема хромовых кожтоваров), а кож из нецелых шкур КРС - только 94%. В этот период совсем мало перерабатывалось сырья шкур овец и ягнят (выпущено всего 567,8 тыс. дм2) и шкур свиней (21,8 млн дм2, т. е. 97,7% от объема 2009 г.).
* Паспорт отраслевой целевой программы «Развитие свиноводства в Российской Федерации на 2010-2012 годы».
Обработка свиных шкур имеет особенность: со свиных шкур снимают щетину, которая широко используется в щетино-щеточном производстве. Эта операция осуществляется с помощью ручных машин или на проходных щетинодергательных машинах. Ручными машинками щетина выдергивается, попадая в зазор между двумя вращающимися рифлеными валиками. На проходных щетинодерга-тельных машинах щетина удаляется сразу со всей шкуры при ее прохождении между валами, имеющими разную окружную скорость. Машина состоит из основания, транспортирующих валов, прижимного и рабочего валов, подающего и отводящего конвейеров, нижнего и верхнего пневмоприжимов и электрооборудования. Для снятия с транспортирующего вала прилипшей шкуры служит отбойный вал, который имеет несколько резиновых лопастей, закрепленных на валу винтами, что позволяет при необходимости производить их замену.
Для поджирования жестких кож - чепраков, пол, воротков крупного рогатого скота применяется машина 07303/Р2. Кожи жируются с обеих сторон с помощью цилиндрических щеток, перемещающихся внутри машины.
Следующая технологическая операция - мездрение - происходит с помощью ножевых валов, которые обрабатывают шкуры с бахтармяной стороны при вращении со скоростью около 1400 об/мин. Работа машины сопровождается генерированием виб-роакустического сигнала, характеризующим динамическую нагруженность машины и, следовательно, показатели качества обработки полуфабриката [1].
В валичной кожевенной машине действующие на обрабатываемый материал силы зависят от степени прижатия его к ножевому валу. По экспертной оценке на процесс обработки кожи также влияют скорость подачи материала, скорость вращения ножевого вала, угол подъема спиральных ножей и качество их заточки, деформационные свойства прижимного вала и т.д. Машины валичного типа широко распространены в кожевенном производстве на многих технологических операциях: разводке, двоении, мездрении, строгании, шлифовании и др., что объясняется размерами и формой обрабатываемого полуфабриката (большая площадь, незначительная толщина, малая жесткость и т.п.).
Рекомендуемые значения усилия прижатия валов, например при мездрении, q = 9 - 21 Н/см, так как при нагрузках менее 9 Н/см полного отделения подкожного мускульно-жирового слоя (мездры) не происходит, а при нагрузках более 21 Н/см срезается сама шкура. С увеличением скорости транспортирования полуфабриката, т.е. подачи на нож, а также усилия прижатия шкуры к ножевому валу и угла подъема спиральных ножей, увеличивается деформация шкуры и, в некоторой степени, резинового покрытия прижимного вала. Естественно, более нагруженным является режим при максимальной скорости подачи q = 21 Н/см.
Поскольку обрабатываемые полуфабрикаты в зависимости от вида сырья значительно различаются по своим физико-механическим характеристикам, то в случае обработки тонкорунных овчин ножами, установленными с углом подъема 22°, силы резания меньше, чем при обработке ножами с углами подъема 14° и 30°. Поэтому угол подъема винтовой линии ножей (22°) является оптимальным для мездрения тонкорунных овчин, которое производится на средне- и широкопроходных мездрильных машинах.
На предприятиях бытового обслуживания часто обрабатывается полуфабрикат не только кожевенного, но и мехового производства, в частности на мездрильных машинах М6-70. Эта машина предназначена для мездрения шкурок средних размеров (кролика, мерлушки, каракуля и др.) и состоит из остова, ножевого и подающего валов, механизма прижима, механизма заточки, приводов и электрооборудования. Особенностью конструкции машины является то, что ножевой вал может быть выполнен с постоянным шагом ножей по длине вала (для мездрения шкурок без обработки лап) или с переменным шагом (для мездрения шкурок каракуля и мерлушки вместе с лапами по всей площади). Для удобства работы подающий вал имеет реверсивное вращение, что позволяет перемещать полуфабрикат в зону обработки и возвращать его в исходную позицию.
В соответствии с ГОСТ 27443-87 (СТ СЭВ 5823-86), рабочая ширина прохода валичных кожевенных машин регламентируется следующими размерами: 1200, 1320, 1500, 2100, 2200, 2700, 3200 и 3300 мм. Скорость подачи регулируется в пределах 0,3 - 0,6 м/с для машин с проходом до 2200 мм и 0,3 - 0,7 м/с для машин с проходом более 2200 мм.
Для обеспечения высокого качества обработки полуфабриката большое значение имеет точность изготовления и обработки валов в месте со-
пряжений и установки подшипников, а также шероховатость обработанных поверхностей. Эти показатели оцениваются соответствующими коэффициентами Ктч и К ш.
Для проведения сравнительной оценки уровня точности соединений, входящих в узел «ножевой вал» машин ММГ- 3200 и М6-70, служит коэффициент точности: Ктч = 0,0775 для ММГ- 3200 и Ктч = 0,0774 для М6-70.
Деталь считается технологичной по точности, если коэффициент точности обработки Ктч > 0,8 (по другим источникам, Ктч >0,7). Коэффициенты точности рассматриваемых машин свидетельствуют о достаточной их технологичности, поскольку их значения больше 0,7.
Коэффициент шероховатости поверхности ножевых валов этих машин имеет следующие значения: Кш = 0,298 для машин ММГ-3200; Кш = = 0,237 для М6-70.
Оценивая технологичность конструкций ножевых валов, можно сделать вывод, что по технологическим показателям точности ножевые валы обеих машин примерно одинаковы, а по показателям шероховатости вал машины М6-70 выполнен менее качественно, нежели вал машины ММГ-3200. Это находит отклик в акустическом сигнале машин, который генерируется в разных условиях их работы.
На сегодняшний день основным инструментом оценки состояния деталей машин и оборудования остаются стандартизованные методы определения технологической точности (по показателям точности изготавливаемых деталей), которые не выявляют связи отдельных показателей точности обработки продукции с состоянием того или иного модуля. Однако через уровень акустического поля, определяемого техническим состоянием этих машин, можно перейти к анализу показателей качества обрабатываемого полуфабриката.
Рабочий режим типовой мездрильной машины состоит из двух циклов: обработка шкуры и отвод прижимного вала (или прижимной планки для узкопроходных машин). В начальный период второго цикла прижимной вал отходит от ножевого вала и продолжает вращаться. Затем он останавливается в исходном положении, после чего начинается собственно холостой ход, когда вращается только ножевой вал (рис. 2). Этот вал при длине рабочей части более 3 м (ММГ-3200-К) имеет статистический прогиб под действием собственного веса (масса вала достигает 700 кгс) приблизительно 260 мкм [2].
Рис. 2. Уровень вибраций мездрильной машины при холостом режиме в частотном диапазоне до 500 Гц
Рис. З. Спектр вибраций мездрильной машины при работе ножевого вала на 12S выборках (время усреднения 14,5 с)
Дисбаланс вала является причиной вибраций на оборотной частоте, которая явно преобладает в спектре до 200 Гц. Для машин с длинными валами собственные частоты называют критическими скоростями, поэтому необходимо следить, чтобы в рабочем режиме таких машин их скорости не совпадали с критическими. Обычно резонанс проявляется в спектре в виде пика, положение которого остается постоянным при изменении скорости машины. Этот пик может быть относительно уз-
ким или широким, в зависимости от эффективности демпфирования машинной конструкции на данной частоте. В рассматриваемом случае резонанс отсутствует, и на приведенном рис. 3 частотные составляющие сигнала отделены друг от друга и явно выражены в спектре, а их уровни легко идентифицировать, тогда как подобную информацию очень непросто выделить из временной реализации акустического сигнала. Как показывают экспериментальные исследования, уровень вибра-
ций мездрильной машины определяется дисбалансами валов, перекосами в муфтах, соединяющих вал с электродвигателем, работой электродвигателя, деталями привода.
Временная реализация вибрации часто несет в себе большой объем незаметной для невооруженного глаза информации, так как часть этой информации может приходиться на очень слабые компоненты, величина которых может быть соизмерима с толщиной линии графика. Тем не менее подобные слабые компоненты могут быть важны, например, для выявления таких развивающихся неисправностей в машине, как дефекты подшипников. По определению, самая суть диагностики и профилактического обслуживания машин заключается в максимально раннем обнаружении зарождающихся дефектов, поэтому необходимо обращать внимание и на совершенно незначительные уровни вибрационного сигнала. Это дает возможность комплексно и оперативно отслеживать динамику изменения всех показателей, а при обнаружении дефектов использовать аварийную остановку оборудования. Вся полученная в ходе испытаний информация обобщается и анализируется, и на этом основании даются выводы о том, какие проблемы могут возникнуть при дальнейшей эксплуатации подшипников и как избежать их за счет превентивных мер, повысив срок службы деталей.
Вибрации не являются стабильными, а изменяются по пульсирующему закону от высоких частот к низким. Для анализа процесса целесообразно использовать усредненные значения за какой-то период времени (либо можно задаться количеством выборок), что можно получить с помощью анализатора, производящего усреднение по квадратичному или экспоненциальному методу [3].
Основным генератором вибрации является электродвигатель, через соединительную муфту связанный с ножевым валом. Электродвигатель создает вибрации, достигающие максимального значения на частотах 3 - 4 кГц. При обработке шкуры уровень вибраций электродвигателя на высоких частотах незначительно повышается (от 55 до 70 дБ). Поэтому одним из эффективных способов снижение динамической нагруженности кожевенных машин валичного типа может быть уменьшение дисбаланса валопровода электродвигатель - ножевой вал за счет повышения точности балансировки и рационального выбора упруго-демпфирующих характеристик опор.
При повышенной вибрации оборотной частоты, вызванной дисбалансом, или при ремонте ножевого вала, например, при установке ножей или замене подшипников с возможным внесением дисбаланса, после ремонта следует запланировать балансировку, если не выполнялись работы по балансировке на балансировочном станке. Однако в условиях предприятий бытового обслуживания подобное оборудование обычно отсутствует, поэтому валичные кожевенные машины требует периодической балансировки и регулировки.
ЛИТЕРАТУРА
1. Токарев М.В., Иванов В.А., Миронов В.П. Повышение сортности кож за счет снижения дефектов механической обработки // Кожевенно-обувная промышленность. 1988. № 5. С. 17 - 20.
2. Иванов В.А., Рашкин В.В. Некоторые вопросы теории заточки ножей строгальных машин // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2010. Т. 6. № 1. С. 41 - 44.
3. Рашкин В.В., Бурлин Д. В. Анализ методов моделирования строгальных машин // Электротехнические и информационные комплексы и системы. 2010. Т. 6. № 2. С. 50 - 52.
4. http://expert.ru/expert/2010/42/shkumuy_interes/ (дата обращения 20. 10. 2011).
Поступила 13.11.2011 г.
