CC BY
56
УДК 648.436
Анализ результатов исследований параметров гладильных подушек прессов влажно-тепловой обработки
Л. А. Лукина, преподаватель каф. «Бытовая техника»
А. В. Максимов, к. т. н., доцент каф. «Бытовая техника», e-mail: byttech@yandex.ru
ФГОУ вПо «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва
Определены условия ограничений на величину максимального значения перепада давления по поверхности обрабатываемого изделия, показатель деформационной характеристики амортизирующего покрытия и технологические параметры, характеризующие эффективность и качество ВТО при вариации толщины обрабатываемых изделий и жесткости амортизирующего элемента; разработаны аналитические выражения для оценки свойств обрабатываемых материалов при их взаимодействии с гладильными подушками прессов влажно-тепловой обработки.
The authors define restriction conditions on the value of maximum pressure drop along the workpiece surface and describe the deformation rate of cushioning outside layer. The research shows the technological parameters for the efficiency and quality of the moist-heat treatment with the variation of the product thickness and hardness in the cushioning element. The article develops analytical conditions for the properties assessment of the materials as they interact with ironing pillows in presses with wet-heat treatment.
Ключевые слова: влажно-тепловая обработка, гладильный пресс, амортизирующее покрытие, статистическая обработка, деформационные характеристики.
Keywords: wet-heat treatment, ironing press, cushioning outside layer, statistical treatment, deformation parameters.
Важным условием обработки экспериментальных и расчетных данных является их интерпретация в практическом смысле, что позволяет применять на практике результаты проводимых исследований.
Создание и совершенствование технологий и оборудования бытового обслуживания предполагает разработку технических условий и заданий на проектирование оборудования, способного обеспечить высокие качество обработки изделий из трикотажных материалов на прессах влажнотепловой обработки (ВТО) по строго заданным условиям. В результате комплексного анализа технологических процессов в условиях сервисных предприятий для обеспечения выполнения требований по качеству установлена приоритетность обозначенных далее конструктивных и технологических факторов. На качество функционирования системы формования изделий отрицательно влияют отсутствие объективных математических моделей выполняемых процессов и методов измерения напряженно-деформированного состояния (НДС) изделий из трикотажных материалов при взаимодействии этих изделий с рабочими органами технологического оборудования в номинальном режиме эксплуатации данного оборудования, а также отсутствие критериев оценки качества осуществления операций, выбора режимов обработки, способов и технических средств измерения и контроля их параметров.
Процесс ВТО разделяется последовательно на несколько этапов, что обусловлено хронологией выполнения технологических операций. На первом этапе осуществляется подготовка полуфабриката к деформации за счет соответствующего изменения его технологических свойств, т. е. с помощью пара формируются условия перевода волокон тканей в высокоэластическое состояние. Это подготовительный этап, и для своего завершения он требует определенного времени, которое задается при настройке рабочих параметров процесса ВТО и зависит от свойств самого изделия, в том числе тканей, применяемых в данном изделии. Без гарантированного достижения заданных физико-механических свойств обрабатываемого изделия процесс может привести к возникновению брака, т.е. заминам, недопустимому деформированию отдельных элементов и т.п. Температура и время пропарки изделия подбираются экспериментально, так как каждое изделие отличается не только материалами, но и конструкцией, что влияет на его технологические свойства, хотя на основании опытных данных для каждой группы изделий устанавливаются примерные рекомендуемые параметры процесса.
Второй этап - формообразование - связан с механическими воздействиями на швейное изделие при смыкании верхней и нижней гладильных подушек и характеризуется деформацией нитей и ткани при действии на них нагретых рабочих поверхностей. Величина и устойчивость деформации
изделия зависят от распределения давления на полуфабрикат, пористости тканей и ряда других факторов. Распределение давления в значительной степени зависит от упругих свойств амортизирующего слоя, который имеет нижняя гладильная подушка. Величина давления также задается при настройке рабочих параметров пресса и учитывает форму изделия и используемые материалы. Скорость смыкания подушек так же, как и выдержка времени при проведении первого этапа, определяет производительность пресса, поэтому, исходя из этих соображений, скорость должна выбираться максимально высокой. Однако, учитывая высокое трение в материалах при их деформировании, для обеспечения высокого качества процесса формообразования скорость следует ограничивать.
При совершенствовании оборудования ВТО актуальным является разработка теории эксплуатации важного элемента его рабочих органов -амортизирующего покрытия. Назначение последнего - выравнивание давления прессования по поверхности обрабатываемого узла или изделия в целом. Разнотолщинность обрабатываемых участков одежды (а на предприятиях бытового обслуживания также и значительная вариабельность их толщины и деформационных свойств) вызывает предъявление повышенных требований к податливости амортизирующего покрытия и соблюдению условий соответствия геометрических параметров рабочих органов гладильного оборудования. Сказанное актуализирует разработки научно обоснованных методов расчета и оптимизации геометрических и силовых параметров гладильного оборудования, что обусловливает необходимость получения математических моделей деформационных характеристик амортизирующего покрытия.
Технологические процессы и оборудование для ВТО являются определяющими в формировании качества и товарного вида швейных изделий. По трудоемкости изготовления одежды ВТО занимает более 30%, что свидетельствует о ее весомости в технологическом цикле. Диапазон воздействия ВТО включает в себя операции локального воздействия по линии плоскости и объему на гладильных прессах, утюжильных столах, установках для склеивания, электрическими, паровыми и электропаровыми утюгами посредством воздействия на ткань влаги, тепла и деформирующих сил.
В настоящее время достаточно глубоко изучены вопросы оценки воздухопроницаемости и равномерности распределения воздушного потока по поверхности покрытия. Имеются работы по оценке
деформационных свойств покрытий, которые учитывают изменение этих свойств в процессе эксплуатации [1,2]. Ряд работ посвящен разработке методических рекомендаций по подбору покрытий с учетом их деформационных свойств для различных технологических операций [2,3]. На основании выполненного анализа и определения эффективного типа покрытия можно предложить структурную схему численного расчета параметров покрытия, изображенную ниже на рисунке. В соответствии с этой схемой сначала уточняются числовые значения параметров покрытия и его элементов, непосредственно связанных с условиями эксплуатации: теплостойкость, паро- и воздухопроницаемость, деформационные и релаксационные свойства, механическая прочность. Набор известных значений этих параметров может служить основой при выборе материалов элементов покрытия. Отдельной задачей является разработка конструкции покрытия и тесно связанная с ней разработка конструкции амортизирующего элемента.
Из анализа представленных ранее [1, 2, 3] результатов аппроксимации деформационных характеристик элементов пакет «покрытие-изделие» в прессах ВТО следует, что основной вклад в податливость вносит амортизатор, причем на начальном участке нагружения эта характеристика может быть описана линейной зависимостью
—Н =Р, (1)
Но Е' ' '
где —Н - относительная деформация сжатия (Н0 -
Но
толщина амортизирующего элемента); Р - давление прессования; Е - условный модуль упругости амортизирующего слоя (модуль по хорде); такой слой может быть в виде трехслойного покрытия, содержащего амортизирующий элемент из силиконовой резины, выравнивающий слой из технической ткани марки СТБО и обтяжку из оксалоновой ткани.
Деформационные свойства амортизирующего элемента этого покрытия описываются в интервале давлений 0.. .0,04 МПа, при этом относительная деформация сжатия —Н/Н0 не превышает 0,2. Поскольку любая деформационная характеристика с определенной степенью точности может быть аппроксимирована кусочно-линейной функцией, можно считать, что принятое приближение обладает достаточной общностью.
Для практических расчетов с достаточной точностью величина перепада давления прессования по обрабатываемому участку изделия при ВТО на гла-
дильных прессах с криволинейной (цилиндрической, сферической)
формой подушек определяется формулой ДР(а) = Ф(а, а0)х
X (ЕтДку + РрЗЕ),
где Ф(а, а0) - формфактор (множитель, связанный с геометрическим параметром подушек аэ (половиной угла охвата) и углом отклонения обрабатываемого участка от вертикальной оси симметрии а); Ет =
=Ер+ДЕ - текущее значение условного модуля упругости; Дку - отклонение толщины обрабатываемых изделий от расчетного значения;
Рр - расчетное значение давления прессования; сЕ=ДЕ/Ер - относительное изменение условного модуля упругости.
При этом ЗИу =
=Дку /Н0 - относительное (к толщине амортизирующего элемента
Нэ) изменение толщи Структурная схема разработки амортизирующего покрытия для прессов ВТО на предприятиях ны обрабатываемого бытового обслуживания узла изделия.
Погрешность расчетов отклонения давления прессования в любой точке цилиндрических подушек от расчетного значения давления прессования, полученного по формуле (2), по сравнению с точной формулой не превышает 5% для практически реализуемых сочетаний геометрических параметров комплекта цилиндрических и сферических подушек и значений изменения толщины обрабатываемого изделия при изменении ассортимента, а также изменения деформационных свойств амортизирующего элемента покрытия в процессе эксплуатации.
Соотношение (1) положено в основу следующей методики оптимизации параметров покрытий подушек гладильных прессов для окончательной ВТО. Если отвлечься от зависимости распределения давления прессования от углового параметра а и рассмотреть максимальное значение перепада дав-
ления по поверхности обрабатываемого изделия, занимающего всю рабочую площадь подушки, то эта величина для цилиндрических и сферических подушек может быть рассчитана по формуле
Н ЕДку + ДНП ДЕ
ДРпах =------5--------У^---------, (3)
тах Я нп^(аэ) Но ’ "
где Нс - высота цилиндрического (сферического) сегмента; Ян.п - радиус формующей поверхности нижней подушки; ^(а0) - угловой параметр, зависящий от угла охвата 2а0 и вида формующих поверхностей; Е, ДЕ - соответственно фактическое значение условного модуля упругости амортизирующего элемента покрытия и его отклонение от расчетной величины; ДЯр - расчетная деформация амортизирующего элемента при заданном давлении прессования.
С учетом введенного ранее параметра «жесткость» формула (3) может быть представлена в виде
^тах =
—(С Ак, + РрЗС),
К нМа0)
(4)
где С - фактическое значение жесткости амортизирующего элемента покрытия с учетом его отклонения от расчетной величины; сС=АС/Ср - относительное (к расчетному значению жесткости амортизирующего элемента Ср) отклонение жесткости АС=С-Ср в процессе эксплуатации.
При ограничениях на величину максимального значения перепада давления по поверхности обрабатываемого изделия АРтах формула (4) связывает между собой геометрические параметры формующих поверхностей подушек, показатель деформационной характеристики амортизирующего покрытия С и технологические параметры Рр и АРтах, характеризующие эффективность и качество ВТО при вариации толщины обрабатываемых изделий Аку и жесткости амортизирующего элемента ЗС. В частности, перепад давления по обрабатываемому изделию достигает наибольших значений при отклонениях Аку и ЗС одинаковых знаков: при Аку > 0 и ЗС > 0 имеет место недопрес-совка по центру подушек и перепрессовка по периферии, а при Аку < 0 и ЗС < 0 - недопрессовка по краям и перепрессовка по центру изделия.
С учетом принимаемого обычно критерия качества АРтах < 0,01 МПа получаем следующее ограничение:
Не
0,01
^н.п^(«0)
С Ак, + РрЗС\
(5)
Выражение (5) позволяет по заданным параметрам амортизационного элемента покрытия С и АС, технологическим параметрам Аку и Рр определять область его применения, характеризуемую величиной форм-фактора Нс/((н.п^(а0)) формующих подушек гладильных прессов для окончательной ВТО швейных изделий.
В [3,4] были представлены номограммы, разработанные для цилиндрических и сферических подушек прессов ПП-0,5У2М и ПП-0,25У2М, широко применяемых для окончательной ВТО швейных изделий на предприятиях бытового обслуживания. Эти номограммы, иллюстрирующие взаи-
мосвязь параметров, могут быть использованы для оптимизиции условий эксплуатации амортизирующих покрытий. В частности, при заданных значениях технологических параметров с учетом номинального (трехлетнего) срока службы амортизирующего элемента покрытия ПП-0,25У2М (с относительной вариабельностью жесткости ЗС = = ±40%) имеются следующие ограничения на его параметры: при диапазоне изменения толщины обрабатываемых изделий ку^ = 4 мм начальная жесткость амортизирующего элемента не должна превышать 23 кПа/мм, а конечная - 56 кПа/мм.
С увеличением угла охвата до 100°, что характерно для ВТО плечевого пояса, критерий качества АРтах < 0,01 МПа при использовании серийно выпускаемого амортизационного покрытия не может быть обеспечен [96]. При диапазоне изменения толщины обрабатываемых изделий ку^ = 0,5 мм начальная жесткость покрытия должна быть не более 5 кПа/мм, в то время как серийно выпускаемые амортизирующие элементы из силиконовой резины толщиной 12 мм при величине условного модуля упругости до эксплуатации Е0 = 0,13 МПа, т.е. с жесткостью С0 около 10 кПа/мм, не удовлетворяют этому требованию.
На основании этих результатов может производиться выбор конструктивных параметров амортизирующего слоя гладильных прессов для влажнотепловой обработки трикотажных изделий. Использование таких покрытий существенно влияет на повышение качества обрабатываемых изделий и увеличение долговечности самого покрытия.
ЛИТЕРАТУРА
1. Калмыков В. Г., Меликов Е. Х., Шуметов В. Г. Исследование процесса окончательной влажно-тепловой обработки тканей на манекенах с эластичной оболочкой (Сообщение II) // Изв. вузов. Сер. Технология легкой промышленности. 1983. № 5.
2. Лукина Л. А. Расчет распределения давления прессования по обрабатываемому изделию в прессах влажно-тепловой обработки // Межвузовский сб. научн. тр. «Наука и образование». Вып. 3 «Общество и экономика». М.: МГУДТ. 2006.
3. Шагунов Д. В., Рашкин В. В., Сумзина Л. В. Математические модели деформационных характеристик амортизирующих покрытий прессов // Интеграл. 2007. № 5.
4. Иванов В. А., Старкова Г. П. Методы построения и наполнения экспертами иерархических моделей экономической состоятельности предприятий. М.: ИИЦ МГУДТ. 2003.
Поступила 21.12.2009 г.
