CC BY
249
УДК 675.055.18
Модернизация оборудования сервиса как способ расширения его технологических возможностей
Дмитрий Валентинович Шагунов, к.т.н., соискатель, каф. сервиса Владимир Александрович Иванов, д.т.н., проф., каф. сервиса Сергей Дмитриевич Байкин, аспирант e-mail:byttech 1@yandex.ru
ФГБОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва
Обоснована необходимость совершенствования существующего оборудования предприятий бытового обслуживания и сервиса, обусловленная увеличением предоставляемых платных бытовых услуг; проанализировано техническое состояние данного оборудования на примере вырубного пресса; показано, что для этих прессов характерным является высокий уровень акустического поля, оказывающий вредное воздействие на работающих и способствующий износу оборудования; предложены возможные способы модернизации таких прессов, которые позволяют снизить перекос траверсы и уменьшить виб-ронагружение пресса.
The authors substantiate the need for developing the active equipment at public service establishments stipulated by a widening range of offered personal services. The authors analyze the technical state of the equipment in the case of a notching press and show that the presses are characterized with a high level of acoustic field having a detrimental effect on the workers and provoking equipment wear. The authors offer ways for modernizing the processes that allow lowering cross bar skew and diminishing the press vibroload.
Ключевые слова: уровень вибрации, виброграмма акустического поля, вырубной пресс. Keywords: vibration level, vibrorecord of acoustic field, notching machine
В процессе роста доходов населения, с повышением качества и уровня его жизни, увеличивается объем предоставляемых услуг, в том числе бытовых, которые оказывает система бытового обслуживания населения. В эту систему входят ремонтные службы, прачечные, химчистки и другие предприятия, обеспечивающие изготовление одежды, обуви и т.п.
Увеличение объема таких услуг непосредственно связано и с совершенствованием оборудования, которым оснащены соответствующие предприятия. Однако, учитывая высокую стоимость нового оборудования и, как правило, недостаточные финансовые возможности предприятий сервиса, наиболее эффективным способом этого совершенствования является модернизация имеющегося машинного парка, которая позволит расширить его технологические возможности и улучшить показатели качества работы.
Для обеспечения новых масштабов бытовых услуг на этих предприятиях увеличивается машинный парк, а также восстанавливаются и ремонтируются старые машины, которые находятся в эксплуатации не одно десятилетие. Это объясняется тем, что, во-первых, практически прекратился выпуск многих видов оборудования, потребность в котором измеряется небольшими объемами; во-вторых, значительная часть эксплуати-
руемого оборудования неисправна, но может быть легко отремонтирована и восстановлена до работоспособного состояния; в-третьих, многие виды оборудования являются крупногабаритными и мате-риалоемкими, поэтому их изготовление и транспортировка требуют значительных затрат; в-четвертых, большинство предприятий бытового обслуживания относятся к малым, имеющим незначительный финансовый резерв, что не позволяет им легко обновлять и модернизировать свой машинный парк.
На предприятиях службы быта многие виды оборудования представлены в единичных экземплярах, и поэтому при решении различных технологических задач, а также в зависимости от конкретного заказа, широко распространены технические мероприятия, направленные на расширение возможностей этого оборудования при использовании его на операциях, не являющихся для него основными, так как заказы населения являются для многих из этих предприятий основным источником выполнения производственной программы. Например, вырубной пресс ПВГ-18-О, заявленный изготовителем (Орловским машиностроительным заводом им. Медведева) как обувной, о чем свидетельствует буква О в маркировке, зачастую используется на малых предприятиях для вырубания любых плоских деталей из листа, полосы и т.п. Это могут быть уплотняющие прокладки, поли-
графические материалы, декоративные изделия и многое другое, в зависимости от профиля бытового предприятия. Работа таких прессов с позиций совершенствования способов раскроя материалов была рассмотрена в работах [1, 2].
Универсализация условий работы требует особенно тщательного изучения технических возможностей вырубного пресса, который, как правило, в процессе многолетней эксплуатации частично утрачивает свою работоспособность, однако должен обеспечивать необходимое качество работы вне зависимости от износа отдельных узлов и деталей. Результаты исследования технологических условий работы гидравлических прессов исследованы в [3, 4].
Рассмотрим особенности работы прессов по раскрою плоских (листовых) материалов на примере пресса ПВГ-18-О. Эти прессы имеют общую схему подготовки к рабочему процессу, когда заготовку кладут на опорную плиту, устанавливают соответствующим образом инструмент (резак) и включают пресс в работу. При этом траверса пресса опускается, подается к резаку и вдавливает его в обрабатываемый материал.
Резаки для вырубания деталей на металлической плите пресса ПВГ-18-О имеют электроизоляционное покрытие и контактные пружины. Покрытие из полиэтилена толщиной не менее 5 мм наносят по всей боковой поверхности наружной стороны резака до козырька. Нижняя часть резака (до высоты 15 мм) не должна иметь покрытия, так как этим обеспечивается выключение пресса при работе на токопроводящей (металлической) плите при электроконтактном автоматическом способе отключения гидросистемы (рис. 1).
Гидравлический привод состоит из насоса 1, приводимого в движение электродвигателем, золотника управления 2, который по трубопроводу подает масло на слив или перекрывает сливное отверстие, при этом масло от насоса поступает через золотник гидродозатора 9 в малую полость 3 дозатора-ускорителя. За счет этого поршень 4 перемещается вверх, вытесняя масло из равных по объему верхних боковых полостей 5 дозатора-ускорителя в рабочие цилиндры 6, и траверса быстро перемещается вниз. В большую полость 7 дозатора-ускорителя масло поступает через два обратных клапана 8 с золотником. Масло от насоса 1 поступает как в малую полость 3, так и в большую 7, причем сливное отверстие большой полости в этот момент перекрывается золотником дозатора.
Рис. 1. Принципиальная гидравлическая схема пресса ПВГ- 18-О
При отключении гидросистемы масло из рабочих цилиндров 6 под действием подъемных пружин выдавливается в верхние полости 5 дозатора, возвращая поршень 4 дозатора в нижнее положение. Траверса за счет пружин возвращается в верхнее положение, и система снова готова к включению.
Для пополнения утечки масла при работе пресса в замкнутые полости 5 и 7 дозатора-ускорителя производится подпитка через клапан подпитки 10, которая после включения пресса осуществляется до тех пор, пока давление в системе не преодолеет усилия пружины. Так как давление в гидросистеме возрастает достаточно быстро, то подпитка представляет собой импульсное впрыскивание.
Масло к рабочим цилиндрам от гидропривода подается через маслопроводы 11 (регулируемый предохранительный клапан) и 12, соединительные трубки и отверстия в штоках. Электрическая схема пресса подводит низковольтное напряжение к открытым технологическим контактам только при нажатии на ладонные кнопки. Это исключает возможность прохождения электрического тока через тело рабочего при случайном замыкании рукой технологического контакта.
При вырубании материала на металлической плите бесконтактный конечный включатель блока защиты рук рабочего со штангой используется как аварийный, ограничивающий движение траверсы в том случае, когда пресс будет включен без резака.
После завершения рабочего хода при работе на неметаллической плите или колоде верхняя траверса возвращается в исходное положение от замыкания технологического контакта, на который воздействует нижний конец специальной штанги,
и в момент замыкания контакта срабатывает реле, которое разрывает цепь питания магнитного пускателя, тем самым возвращая верхнюю траверсу в исходное положение. Основное назначение этого контакта заключается в необходимости отключать пресс при разрубании деталей низа обуви на неметаллической колоде и прекращать движение верхней траверсы при случайном нажатии на педаль, когда на вырубной плите еще не установлен резак.
Для обеспечения качественной и безотказной работы пресса верхняя траверса пресса должна перемещаться без перекосов, параллельно столу, который жестко связан с нижней, неподвижной траверсой. Перекос может сформироваться вследствие неправильной регулировки, когда при наладке пресса верхнюю траверсу установили не параллельно нижней. Перекос верхней траверсы может привести к неполному прорубанию деталей и даже к заклиниванию механизма перемещения траверсы [5, 6], а также может вызвать попадание воздуха в гидросистему; кроме того, возможна неравномерная утечка масла в рабочих цилиндрах скалок вследствие износа бронзовой втулки в крышке рабочего цилиндра или износа резинового уплотни-тельного кольца. Неправильная работа пресса наблюдается и тогда, когда износились поршневые кольца в одном из поршней рабочего цилиндра, перекосились скалки из-за ослабления крепления направляющих или корпусов, износились поршневые кольца подвижного поршня 4 дозатора.
Для снижения перекосов траверсы сотрудниками Орловского НИИЛЕГМАШа была разработана система синхронизации за счет установки по краям траверсы фотоэлектрических импульсных
датчиков перемещения [7]. Сигналы от датчиков поступают на блок выделения сигнала рассогласования и в последующем управляют золотником дросселирующего распределителя. Испытания показали, что максимальный перекос траверсы при номинальном усилии 180 кН и эксцентриситете нагрузки 600 мм составил 0,3 мм. Это значительно ниже максимально допустимого перекоса, равного 0,8 мм для таких прессов [8]. Однако при разработке новых прессов данное предложение осталось нереализованным, так как при этом усложнялась конструкция и, как следствие, повышалась вероятность отказов.
На рис. 2 приведена виброграмма акустического поля вырубного пресса, записанная во времени, где весь временной интервал условно принят за 1, так как при экспериментальном исследовании достаточно сложно добиться равенства промежутков между рабочими циклами.
В период прорубания материала, от момента его начала до окончания, вибрационной потоки, распределяемые в траверсе и станине, различаются незначительно. Звуковое давление, как и уровень вибрации, в этот период является небольшим и характеризуется несколькими пиками, которые достигают максимальных значений в момент вырубания материала. На виброграмме, приведенной на рис. 2, показаны последовательно шесть циклов работы пресса (кривая II), где окончание прорубания регистрируется специальным датчиком, генерирующим сигнал (прямоугольный сигнал I).
Этот прямоугольный сигнал инициируется датчиком, который срабатывает при замыкании сети в момент соприкосновения траверсы и резака, когда и начинается собственно процесс вырубания
109,00
104,00
LO
н. 99,00
>1
У 94,00
r-J
О 89,00
£
84,00
79,00
74,00
1 цикл
2 цикл
3 цикл
3 цикл
4 цикл
0,00 0,10 0,20 0,30 0,40 0,50 0,60 0,70
5 цикл
з lf 4 1 1 ; 4 \ А « 1 \ ' i 4
1 fi \3 \ 1 ъ п. * и 5
1 к Ш1\ 1 I \Г v h id л Л I 1 /1
1 V 1 1 Vi \ п !
/I V 1 м V j
/ ■ I ; / II 1
0,80 0,90 Время, усл. сд.
Рис. 2. Акустическое поле при работе пресса ПВГ-18-О
материала. При последующем размыкании сети в процессе подъема ударника сигнал затухает, не поступая на регистрирующее устройство. Таким образом, рабочий период, когда происходит вырубание материала, отделяется от холостого, в течение которого происходит подход траверсы к резаку (до начала рабочего процесса) и подъем траверсы в исходное положение.
Каждое последующее включение пресса в работу производится вручную, и это не позволяет гарантировать временную точность очередного включения пресса. Как видно на рис. 2, уровень звука в промежутках между включением пресса в работу, который условно можно считать «белым шумом», составляет около 89 дБ.
На основании полученных виброграмм можно выделить следующие моменты цикла, когда динамические нагрузки будут наибольшими. Это, во-первых, начало движения траверсы (1-й пик на кривой II, до момента соприкосновения траверсы с резаком). Во-вторых, подход траверсы к резаку (2-й пик - начало контакта траверсы с резаком, когда срабатывает датчик, генерирующий сигнал I), что впоследствии приводит к переключению дозатора-ускорителя гидросистемы; это вызывает резкое возрастание вибрационного сигнала, но из-за непараллельности плоскости траверсы и резака, который в каждом положении вследствие топографических различий вырубаемого материала имеет некоторые отклонения от средних значений, этот сигнал по времени несколько отклоняется от момента замыкания контакта. В-третьих, нагрузка растет в момент прорубания материала (3-й пик), и в-четвертых, особенно резко нагрузка увеличивается при контакте резака непосредственно с вырубной плитой (4-й пик - максимальный). Возвращению резака в исходное положение соответствует 5-й пик.
В целом повторяемость или устойчивость акустических сигналов для разных опытов существенно ниже, чем для вибрационных сигналов траверсы и станины. Так, при анализе шести последовательных циклов, изображенных на рис. 2, видно, что для первых трех циклов работы пресса сигналы существенно различаются только при 2-м пиковом значении вибраций. Максимальные значения вибраций, соответствующие 4-му пику, когда резак касается вырубной плиты, практически равны для всех циклов работы пресса.
Абсолютные значения этих сигналов для шести опытов (циклов работы пресса) иллюстрирует рис. 3, на котором показаны и средние значения для каждого пика на виброграмме.
Рис. 3. Пиковые значения звукового давления для шести циклов работы пресса ПВГ-18-О и среднее значение по шести опытам (курсивные цифры - номера циклов)
Объем усредняемого признака является аддитивной величиной, т.е. образуется как сумма его значений по всем единицам статистической совокупности из шести опытов. Она используется при работе с несгруппированными данными и рассчитывается по формуле N
X = -
N
где х7 - пиковое значение звуковой нагрузки 7-го варианта опыта; N - объем статистической совокупности N = 6).
Размах вариации Я для отдельных пиков составляет несколько более 10%, что для ударного нагружения является хорошим показателем. Некоторый выброс из общей картины составляет третий цикл, который генерируется после касания траверсой резака и в момент переключения дозатора ускорителя. Дозатор переключается на рабочий режим за счет подключения соответствующих полостей, из которых масло поступает в рабочие цилиндры - скалки пресса.
Разброс в величине акустического сигнала также может объясняться неодинаковой толщиной вырубаемого материала, что приводит к определенному перекосу резака, когда нарушаются условия соприкосновения траверсы с резаком. Дополнительный разброс в значениях вибрационного сигнала может вызвать и неодинаковость физико-механических свойств по площади обрабатываемого материала. Причем 1-й и 5-й пики (см. рис. 2), характеризующие начало и окончание движение траверсы, имеют совершенно незначительный разброс по величине сигнала.
Спектральный состав акустического поля характеризуется следующими дискретными значениями: первый пик имеет наибольший уровень на частотах 45, 200, 500, 1220 и 1640 Гц; второй - на
частотах 495, 1250 и 1800 Гц; третий - на 70, 485 и 1230 Гц; четвертый на виброграмме звукового давления проявляется мало; пятый - на частотах 40, 210, 360, 820, 1250, 1310, 1415 и 1670 Гц.
Среди отмеченных наибольшими по значениям являются следующие выбросы: в момент начала движения траверсы на частоте 500 Гц и несколько меньший - 1220 Гц; в момент касания резака - на частоте 4950 и 1250 Гц. В дальнейшем, при вырубании, наблюдается примерно такая же картина, только добавляется дискретное значение на частоте 70 Гц, в остальном же спектральная плотность практически не меняется, только отмеченные дискретные значения несколько смещаются в сторону низких частот (485 и 1230 Гц)
Последний, пятый пик имеет максимальную мощность спектральной плотности на частотах 820, 1620, 1310, 1415 Гц.
Как видно, уровень акустического поля вырубного пресса значительно превосходит допустимый, что существенно ухудшает условия труда. Экспериментальные исследования показали, что применение полимерных вырубных плит при достаточно строго выдерживаемых параметрах по толщине может оказать положительный эффект на устранение этих недостатков.
Вибрационная болезнь от воздействия общей вибрации и толчков регистрируется у операторов прессов, особенно тяжелого типа, когда рабочий устанавливает резак в зону вырубки и его руки находятся в контакте с инструментом. Для этих работников, подвергающихся воздействию также низкочастотной и толчкообразной вибраций, характерны изменения в пояснично-крестцовом отделе позвоночника. Рабочие часто жалуются на боли в пояснице, конечностях, в области желудка, на отсутствие аппетита, бессонницу, раздражительность, быструю утомляемость. В целом картина воздействия общей низко- и среднечастотной вибрации выражается общими вегетативными расстройствами с периферическими нарушениями, преимущественно в конечностях, снижением сосудистого тонуса и чувствительности.
Следует отметить, что, по данным Минздрав-соцразвития, на предприятиях с тяжелыми, вредными или опасными условиями труда в России занято порядка 40% работников промышленности, т.е. свыше 5 млн человек. Около 160 тыс. работников в России страдают профессиональными заболеваниями, а численность заболевших на производстве ежегодно увеличивается на 7...8 тыс. че-
ловек, в результате чего потери из-за неудовлетворительного состояния условий и охраны труда работников составляют ежегодно около 1,94 трлн р., или 4,3% ВВП, в год.
Таким образом, учитывая, что на предприятиях бытового обслуживания в эксплуатации находится большое количество оборудования, стоит серьезно подойти к вопросу его модернизации, которая позволит не только улучшить условия труда, но и повысить технологические возможности этого оборудования: в частности, следует продолжить исследования по снижению вибрационных нагрузок прессов, например, за счет уменьшения перекосов траверсы, причем не только для вновь разрабатываемых, но и для используемых в настоящее время прессов. Кроме того, необходимо вести работы по созданию полимерных вырубных плит с заданными свойствами, которые обеспечили бы снижение виб-ронагружения прессов.
За счет этого можно частично заменить наиболее изношенное оборудование и повысить механизацию производства путем замены ручного труда, до настоящего времени достаточно широко применяемого на предприятиях быта.
ЛИТЕРАТУРА
1. Роот Д. В. Совершенствование и исследование методов комбинирования моделей для раскроя кож на детали верха обуви: Дисс. ... канд. техн. наук: 05.19.06. СПб. 2000.
2. Платонова Е. А. Проектирование комбинированных схем раскроя рулонных материалов на детали обуви: Дисс. ... канд. техн. наук: 05.19.06. К.: Киевский национальный ун-т технологий и дизайна. 2003.
3. Громова Е. Г. Разработка и исследование технологии ротационной вырубки листовых деталей летательных аппаратов давлением полиуретана: Дисс. ... канд. техн. наук. Самара.: Самарский гос. аэрокосм. ун-т им. С.П. Королева. 2008.
4. Коркин Н. П. Исследование условий эксплуатации и разработка системы управления прочностными и технологическими параметрами гидравлических прессов: Дисс. ... канд. техн. наук. М.: ОАО АХК «ВНИИМЕТМАШ». 2009.
5. Санжаровский А.В., Бельский П.В., Иванов В.А. Факторы, влияющие на перекос траверсы вырубных прессов // Техническое перевооружение и реконструкция предприятий легкой промышленности - фактор повышения эффективности производства. Челябинск.1985. С. 27 - 28.
6. Санжаровский А.В., Архипов С.Н., Иванов В.А. Вырубные прессы при работе в условиях асимметрического нагруже-ния // Пневматические и гидравлические устройства и системы управления. М.: Энергоатомиздат. 1986. С. 293 - 296.
7. Петров Н.В., Соков О.А., Семенихин В.Ф., Третьяков В.В. Система синхронизации движения цилиндров гидравлического пресса для вырубки деталей низа обуви // Кожевен-но-обувная промышленность. 1988. № 8. С. 63 - 65.
8. Воронин Н.Ф., Сивченко Н.А., Баканов Н.И. Перекос траверсы вырубных прессов легкой промышленности // Изв. вузов. Технология легкой промышленности. 1981. № 5. С. 130 - 133.
Поступила 10.11.2011 г.
