CC BY
88
МАШИНЫ, АГРЕГАТЫ И ПРОЦЕССЫ
УДК 675.055.18
Производительность строгальных машин в зависимости от работы затачивающих устройств
Владимир Александрович Иванов, д.т.н., проф., e-mail: [email protected] Алексей Сергеевич Кочетков, преподаватель, e-mail: [email protected] Владимир Валерьевич Рашкин, аспирант, e-mail: [email protected] ФГОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», Москва
Рассмотрено влияние производственных и эксплуатационных условий работы строгальных машин на износ оборудования; проведен анализ факторов, повышающих долговечность оборудования, в том числе упрочнения передней режущей кромки ножей, и зависимости износостойкости трущихся пар от действующей нагрузки, а также технических характеристик, влияющих на производительность строгальных машин в зависимости от конструкции заточных устройств.
The authors discuss the influence of manufacturing and operational conditions of the planing machines on the deterioration of the equipment. The study analyzes the factors that increase the durability of the equipment, including the strengthening of the front edge of the cutting blade and wear of the rubbing pairs depending on the current load as well as the technical characteristics (the design of the sharpening devices) that affect the performance of the planing machines.
Ключевые слова: износостойкость, строгальная машина, режущая кромка ножа, затачивающее устройство. Keywords: wear resistance, planing machine, cutting edge of the blade, sharpening device.
При обработке кожи на завершающих, так называемых отделочных операциях на ее качество заметное влияние оказывает ранее выполненное строгание. Поэтому данной операции придается особое значение в вопросах формирования качества готового продукта. Важнейшей конструктивной особенностью строгальных машин является осуществление не только собственно резания (строгания) кожи винтовыми ножами, но и затачивание (подзаточка) ножей непосредственно в процессе эксплуатации машины.
Строгание выполняется с помощью ножевого вала, и качественные показатели операции строгания напрямую зависят от таких его конструктивных параметров, как диаметр, длина, конструкция опор и привода, а также конструкция и механические свойства ножей.
Также качество строгания зависит от сохранения величин назначаемых допусков в заданных пределах и точности выполнения операции, которая обусловлена погрешностями расположения кожи перед обработкой (вследствие смещения
прижимного вала) и настройки рычажной системы с прижимным валом или траверсы с ножевым валом. Величина последней зависит от жесткости обрабатывающей системы, точности геометрической формы валов, колебания валов при работе и т.д. Одной из погрешностей, влияющей на качество обработки, является износ ножей, который устраняется с помощью операции затачивания.
Затачивание ножевых валов на машине кинематически подобно наружному шлифованию деталей цилиндрической формы на круглошлифовальных станках, с некоторой разницей, заключающейся в следующем. На круглошлифовальных станках, как правило, обрабатываются детали, имеющие сплошную (гладкую) поверхность, в то время как на строгальной машине ножи установлены с определенным зазором и вал имеет как бы прерывистую поверхность вращения многозаходного винта. Таким образом, процесс затачивания отличается от круглого наружного шлифования по характеру взаимодействия абразивного зерна режущего инструмента с ножевой поверхностью резания, и в ходе
выполнения этого процесса достигается необходимая острота режущих кромок ножей.
Поскольку в строгальной машине реализуется два рабочих процесса (строгание кожи винтовыми ножами и затачивание ножей непосредственно на машине), группы приводных механизмов, объединенных совместным действием, образуют две самостоятельных системы, выполняющие технологическую функцию или функции управления.
Рассмотрим особенности использования строгальных машин на предприятиях легкой промышленности и бытового обслуживания (в том числе малых предприятий). На малых предприятиях, как правило, применяются строгальные машины с рабочим проходом 300...600 мм, с электромеханической системой привода основных механизмов, так как на них обрабатываются в основном легкие кожи небольшими партиями. Вместе с тем требования к качеству обработки поверхности малых кож ничем не отличаются от требований к качеству обработки полукож и целых кож, для чего используются строгальные машины с большой (до 1800 и более мм)* шириной рабочего прохода, механизмы которых оснащены современными системами приводов, а также современными системами регулирования, управления, средствами механизации и автоматизации, повышающими производительность.
Несмотря на то, что на предприятиях бытового обслуживания в последние годы стали применяться строгальные машины с увеличенной шириной рабочего прохода (1200 ... 1500 мм), на малых предприятиях в силу указанных особенностей технологий обработки кож в основном остались востребованными узкопроходные машины (до 800 мм).
С момента появления больших строгальных машин конструкций малых машин совершенствуются по тем же принципам, что и большие широкопроходные машины. Это в первую очередь касается использования для всех традиционных механизмов машины электрогидравлического привода и электронных систем управления процессом, а также современных систем заточки ножевых валов.
Основная система строгальной машины (рис. 1) - обрабатывающая - образует замкнутый контур, звеньями которого являются ножевой (1), прижимной (2), подающий (3) валы и обрабатываемая кожа (на рис. 1 не показана).
Чтобы активно управлять износом оборудования в кожевенном производстве, требуется бо-
* Рязанский кожевенный завод «Русская кожа», ЗАО «Осташковский кожевенный завод», ОООПФ «РАСКОМ», Курский кожевенный завод.
лее тщательное изучение влияния производственных и эксплуатационных условий на процесс изнашивания деталей машин, более глубокое исследование факторов трения, зависимости износостойкости трущихся пар от действующей нагрузки, а также от начальной геометрии и чистоты поверхности этих пар. Высокий износ оборудования связан с относительно малым использованием в машинах высококачественных марок стали с высокой твердостью, что влечет за собой снижение износостойкости рабочих поверхностей инструментов. К таким инструментам, прежде всего, относятся винтообразные ножи, применяемые в строгальных и других валичных кожевенных машинах. Обычно эти ножи изготавливаются из высокопластичной низкоуглеродистой стали 08 кп. Долговечность таких ножей составляет примерно 100.200 ч, что является, как показывает практика, недостаточно с точки зрения формулируемых требований к техническому уровню базового технологического оборудования [1].
Рис. 1. Кинематическая схема обрабатывающей системы современной строгальной машины
Поэтому возникает необходимость в изучении возможностей увеличения ресурса всех быст-роизнашивающихся деталей и, в первую очередь, винтообразных ножей, которые вследствие износа определяют периодичность остановки машины на замену ножевого вала [2]. Другими словами, требуется проведение ремонтных операций по переустановке ножей. При отсутствии резервных валов на предприятии, что случается достаточно часто, эта остановка затягивается на несколько рабочих
Производительность строгальных машин в зависимости от работы затачивающих устройств
Рис. 2. Общий вид процесса строгания кожи
смен, в результате чего снижается эффективность основного производства.
На рис. 2 показан процесс строгания кожи винтообразными ножами 1 и отчетливо видна срезаемая стружка 2. Обрабатываемый полуфабрикат 3 перемещается в зону обработки подающим валом.
Таким образом, упрочнение передней поверхности режущей кромки ножей является существенным фактором повышения качества выполнения операции строгания и, как следствие, готовых кож. В системах регулирования и управления строгальных машин существуют технические возможности оперативного изменения рабочего зазора (в зависимости от износа ножей) за счет управления гидроопорами, несущими подвижный вал, что практикуется в компании Мо8кош. Аналогичная конструкция имеется в машинах фирмы Оо22ть В широкопроходных машинах чешской фирмы для этой цели используется электромеханическое устройство с шаговым двигателем. Многие модели машин оборудованы полуавтоматическими и автоматическими устройствами контроля и настройки машины для обработки партии кож до требуемой толщины. В современных машинах эти устройства дополнительно оборудованы цифровым дисплеем.
Используя результаты работы [3] и опираясь на принципы Паретто, классифицируем факторы, влияющие на качество обработки продукции, как «немногочисленные, существенные, важные» и «несущественные». К существенным отнесем неуравновешенность вала и затупление ножей (характеризуют техническое состояние машины), а также влажность материала и глубину резания (характеризуют полуфабрикат и технологические параметры процесса).
Несущественными факторами по этой классификации являются следующие: высота ножей, меняющаяся в процессе работы после каждой операции подзаточки; твердость режущей кромки ножа; вид применяемого абразива и его конструктивное исполнение; износ подшипниковых узлов ножевого вала, наличие смазки в нем; площадь и форма (конфигурация) обрабатываемого полуфабриката и его физико-механические свойства, зависящие, в частности, и от влажности; отбалансированность прижимного вала; центровка ножевого вала и электродвигателя, способы их монтажа и т.п.
Рассмотрим влияние этих факторов на повышение производительности на примере работы строгальной машины в двух режимах, в первом из которых заточка ножей происходит отдельно от обработки кожи, а во втором - оба эти процесса происходят одновременно.
1. Примем часовую производительность в интервале от 120 до 130 полукож (это очень высокая производительность, соответствующая техническим характеристикам машин с шириной рабочего прохода 1500... 1800 мм). Такая производительность обеспечивается при скорости подачи кожи х « 0,25 м/с, что соответствует времени обработки без подзаточки ножей примерно 20 полукож, после чего требуется произвести перезаточку ножей за один проход шлифовальной бабки при скорости ее продольного перемещения Узат « 3 м/мин.
Такой проход бабка с заточным устройством совершает на машине с шириной рабочего прохода 1500 мм за ¿зат = 0,5 мин. За 1 час работы машины необходимо 6,5 операций перезаточек. Следовательно, суммарное время на затачивание будет равно:
4ат= 6,5 • 0,5мин = 3,25 мин.
Теперь обратимся к рис. 3. Легко заметить, что для сохранения выбранной ранее производительности при неизменной скорости подачи кожи потребуется уже два прохода при перезаточке, т.е. время перезаточки увеличится вдвое (при прежних равных условиях).
Рис. 3. Циклограмма работы машины за часовой период с требуемым временем на заточку
Если соблюдать хронометрические параметры процесса, указанного в [2], циклограмма работы аппарата (см. рис. 3) в целом (за 1 час работы) для этих условий будет выглядеть следующим образом [3]: при производительности 130 полукож в час t обр составляет 47,3 мин, а время на перезаточ-ку - 6,5 мин. Эта циклограмма представлена с дополнительными затратами времени на нештатные остановки tдоп = 6,2 мин. Следует отметить, что указанные ранее «существенные, важные» и «несущественные» факторы имеют определенное влияние на выбор технологических параметров процесса и могут изменить время отдельных составляющих, заданных на циклограмме.
После анализа приведенных данных становится совершенно очевидным, что повысить производительность за счет регулирования затачивания можно, сокращая число проходов бабки (до одного) и увеличивая скорость ее продольной подачи [2]. Можно вводить регулируемые величины угловых скоростей ножевого вала и абразивного диска, обеспечивающие уменьшение времени съема стачивающего металла и, как следствие, увеличение скорости продольной подачи бабки. Естественно, это не закрывает путей для увеличения стойкости ножей (работа с их материалом) и для подбора соответствующей модели абразива шлифовального диска. Это положение подтверждается данными, полученными на производстве. Например, машина МСГ - 1500-К, эксплуатируемая на некоторых предприятиях по переработке кожи, оснащена ножами отечественного производства, срок службы которых по экспериментальным данным составляет 22 смены. Переточка ножей в среднем производится через 0,5 часа при обработке средних кож. Таким образом, за весь срок эксплуатации ножей осуществляется 350 переточек, или съем материала ножа составляет 0,056 мм/за переточку.
Для сравнения приведем данные по другой аналогичной машине, которая осуществляет обработку кож с иными физико-механическими свойствами. Здесь снятие материала ножей составляет примерно 0,094 мм/за 1 переточку.
Имеются данные по экспериментальным исследованиям аналогичной строгальной машины и на другом предприятии, которая выдерживала 1150 переточек за срок службы ножа (до новой за-чеканки). Следовательно, снятие материала ножа составляло 0,015 мм/за 1 переточку.
При использовании двухслойных (биметаллических) ножей срок их службы составлял 65 смен, выдерживая 3976 переточек. Следовательно, за одну переточку съем материала составлял 0,006 мм.
Становится очевидным, что вышеприведенные сравнительные данные по испытаниям ножей - это
резерв, который нужно использовать для повышения производительности машины.
2. В современной строгальной машине, циклограмма которой изображена на рис. 4, время на заточку не требуется, за счет совмещения этого процесса с работой машины при обработке полуфабриката. Здесь предусматривается возможность плавного (бесступенчатого) регулирования скорости продольной подачи бабки, использования устройства для «выдачи» обработанной кожи и других средств, сокращающих, в том числе, и время дополнительных потерь (доп). При проведении затачивания одновременно с обработкой полуфабриката исключается период времени, непосредственно связанный с заточкой ножей. Оставшееся резервное время tpез затрачивается на обработку следующего полуфабриката.
Затачивание дозированное | г
47,3 мин 6,2 мин 6,5 мин
и ш ЛОП . - рез _
60 мин
Рис. 4. Циклограмма работы строгальной машины за часовой период при совмещении заточки с работой машины
Но при этом потребуется техническая перестройка элементов машины, входящих в состав систем, что должно обеспечить отсутствие влияния прогиба ножевого вала при затачивании на качество (точность) обработки кожи. Если же рассматривать систему затачивания, как было описано выше, то такая система должна быть оснащена интерактивным устройством, позволяющим автоматически или вручную включать затачивание (2 - 4-кратное).
Таким образом, показано, что основным условием достижения высокого качества обработки кожи является оптимизация конструкции заточного аппарата и режимов заточки.
ЛИТЕРАТУРА
1. 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.
2. Рашкин В. В., Иванов В. А. Анализ параметров заточных систем строгальных машин для обработки кожевенных материалов // Электротехнические и информационные комплексы и системы (на примере строгальных машин). 2010. Т.6. № 1. С. 45 - 49.
3. Толмачев А. В. Исследование работы ножевых валов кожевенных машин и разработка условий их совершенствования. Автореферат дисс. ... канд. техн. наук. М. 2001.
Поступила 20.04.2010 г.
