CC BY
72
ТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ В СЕРВИСЕ
УДК 519.6
СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ ОБОРУДОВАНИЯ ДЛЯ ВЛАЖНО-ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ СПОРТИВНОЙ ОДЕЖДЫ ИЗ ВЫСОКОЭЛАСТИЧНЫХ МАТЕРИАЛОВ
Л.А. Лукина, аспирантка, [email protected],
А.В. Максимов, профессор, [email protected],
ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», г. Москва
The article offers solutions for problems in the process of steam press treatment of products made of highly elastic materials. The authors propose a formula for values calculations of differential pressure on the processing surface. The formula connects surface indicators of the forming cushions in the ironing presses, the rate of deformation characteristics of the cushioning surface, and technological parameters for the efficiency and quality of the steam press procedure.
Keywords: steam press, stress-strain state, highly elastic materials, ironing press.
В статье рассматриваются проблемы, возникающие в процессе влажно-тепловой обработки изделий из высокоэластичных материалов. Предлагается формула для практических расчетов величин перепада давления прессования по обрабатываемому участку изделия при влажно-тепловой обработке, связывающая параметры поверхностей формующих подушек гладильных прессов; показатель деформационной характеристики амортизирующего покрытия; технологические параметры, характеризующие эффективность и качество влажно-тепловой обработки.
Ключевые слова: влажно-тепловая обработка, напряженно-деформированное состояние, высокоэластичные материалы, гладильные прессы.
Совершенствование гладильных прессов, используемых для влажно-тепловой обработки на предприятиях бытового обслуживания, является одним из условий повышения качества спортивной одежды. Проблема может быть решена путем правильного выбора параметров гладильных подушек, которые следует рассматривать как собственно подушку определенной формы и ее покрытие, включающее несколько слоев различных материалов. Создание методов проектирования и расчета таких подушек позволяет существенно оптимизировать условия взаимодействия рабочих органов пресса с объектом обработки. Наличие прокладок, швов изменяет локальные характеристики изделия, что необходимо учитывать при расчете технологических параметров процесса [1]. Такой подход создает предпосылки для более качественного проведения операций влажнотепловой обработки для одежды из высокоэластичных материалов.
Вопросы исследования материалов и оборудования для производства спортивных изделий из трикотажных материалов и, в частности, процес- 74
сов влажно-тепловой обработки, рассматривались рядом ученых: Е.Г. Андреевой, Б.А. Бузовым, А.П. Жихаревым, В.А.Ивановым, Г.В. Калмыковым, Е.Х. Меликовым, С.Н. Салищевым, Г.Н. Старковой, Р.Н. Филимоненковой, А.П. Че-репенько, С.С. Эппелем, В.Г Шуметовым и другими [4—7]. Большинство работ не учитывают особенности трикотажных материалов, их деформационные характеристики в процессе формования изделия. Создание парка оборудования для производства и обработки спортивной одежды из трикотажных материалов на предприятиях бытового обслуживания усложнено из-за отсутствия методологических основ, позволяющих на базе современных информационных технологий учитывать влияние технологических свойств обрабатываемых материалов.
При этом проблемы качественного формования изделий из высокоэластичных материалов определяются следующими факторами:
1) отсутствием объективных математических моделей силовых соотношений при выполнении процессов и методов измерения напряженно-
74 научный журнал ВЕСТНИК АССОЦИАЦИИ ВУЗОВ ТУРИЗМА И СЕРВИСА 2009 / № 4
Совершенствование оборудования для влажно-тепловой обработки...
деформированного состояния трикотажных материалов при взаимодействии с рабочими органами оборудования для влажно-тепловой обработки; 2) отсутствием критериев оценки качества операций влажно-тепловой обработки, выбора режимов обработки, способов и технических средств их измерения и контроля.
Эксплуатационные и технологические свойства спортивной одежды определяют применение текстильных материалов, легко подвергающихся деформациям, которые в результате определенных внешних воздействий обладают свойством изменять свои размеры. Релаксация деформации растяжения, полученного трикотажем при вязании и отделке, происходит во время раскроя полотен, шитья и, особенно, окончательной влажно-тепловой обработке.
Высокоэластичные материалы по сравнению с другими дают совершенно разные изменения размеров при формообразовании, что усложняет выбор режимов влажно-тепловой обработки и приводит к искажению формы и размеров готового изделия. Изменение размеров по длине (Ьд) и ширине (Ьш) для каждой испытываемой пробы вычисляется по формуле [2]
L, = L | Lo х 100%, (1)
дш т
Lo
где L0 — среднее арифметическое между контрольными метками элементарных проб до и L — после влажнотепловой обработки, мм.
Коэффициент сжатия показывает уменьшение ширины полуфабриката при влажно-тепловой обработке, что характеризует растяжимость эластичного участка полотна и определяется как отношение [3]
S1 — S2
S1
(2)
где S1 — первоначальный размер образца;
S2 — размер образца после влажно-тепловой обработки (измерения проводятся при одинаковом количестве петель).
Результаты проведенных исследований показали, что полотна, даже близкие между собой по строению и структурным показателям (способ вязания, переплетение, сырьевой состав, поверхностная плотность) имеют различные значения изменения размеров при влажно-тепловой обработке.
Высокоэластичные полотна при влажнотепловой обработке уменьшают свои линейные размеры по длине от 0 до 4,5%, хлопкосодержащие полотна дают усадку 0,6—2,4%, полотна из синтетических нитей от 0,6 до 5,1%.
Большое влияние на условия влажно-тепловой обработки оказывают швы, имеющие значительно большую толщину, чем сам материал. Выявленные особенности свойств полиуретановых волокон существенным образом влияют на свойства высокоэластичных материалов, что обусловливает особенности методов проектирования процессов влажно-тепловой обработки одежды из таких полотен по сравнению с традиционными трикотажными изделиями. В результате окончательной влажно-тепловой обработки может произойти недопустимая усадка изделия. Это повлечет за собой понижение сортности или перевод изделия в меньший размер. На предприятиях химчистки это может быть приравнено к получению брака.
Сопоставление системы параметров с технологическими требованиями влажно-тепловой обработки позволяет установить подсистему, выполняющую большинство целевых функций в рассматриваемом объекте, и выявить качественно новые требования. При разработке оборудования влажно-тепловой обработки для производства спортивной одежды из высокоэластичных материалов на базе системного подхода можно выделить основные этапы.
1. Расчленение сложной задачи на ряд менее сложных, решаемых в подсистемах и определение структуры системы, т.е. внутренней формы системы, представляющей собой совокупность связей между компонентами.
2. Определение взаимосвязей между подсистемами, которые в целевых функциях обусловливают необходимость исследований, направленных на решение задачи обеспечения технологических параметров влажнотепловой обработки.
3. Оптимизация отдельных частей общей задачи, для обеспечения которой требуется создание необходимой информационной базы. Определение функции компонентов системы, т.е. целенаправленные действия, их «вклад» в реализацию роли системы в целом.
Одной из основных задач, решаемых при проектировании, конструктивной и технологической разработке гладильных прессов, используемых при работе с высокоэластичными материалами, следует считать выявление необходимых условий, обеспечивающих стабильный во времени рациональный процесс взаимодействия с объектом обработки.
75
ТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ В СЕРВИСЕ
В процессе влажно-тепловой обработки происходит релаксация деформации растяжения трикотажа, полученного на стадиях предшествующей обработки. В качестве нормативного значения показателя релаксации после влажнотепловой обработки для трикотажных полотен всех видов принимается усадка не более 2%. Для бельевого трикотажа усадка основовязаных полотен из синтетических нитей должна быть по длине не более 4%, из остальных видов нитей — не более 6%.
Анализ создания спортивной одежды из высокоэластичных материалов в виде системы позволило выявить информационные потребности для влажно-тепловой обработки и наметить пути определения содержания наименее разработанных информационных массивов. Общую постановку задачи можно определить как процесс создания изделия, обеспечивающего при наибольшей эффективности его изготовления наилучшие показатели свойств, а также требованиями к изделию и ограничениям внешней среды. Это является основой для разработки оборудования и выбора технологических режимов влажно-тепловой обработки.
Функция любого процесса определяется как преобразование объекта проектирования (или изготовления) из исходного состояния С0 в конечное Ск С0 задается совокупностью исходных данных (например, на этапе составления технического задания). Чтобы выразить Ск через конкретные величины, необходимо определить целевую функцию. В итоге процесс может быть представлен совокупностью математических отношений, определяющих структуру (S0, Sp S2,..., Sj, ..., Sk), целевые функции F0, Fp F2,..., FP ...,Fk и характеристики (Z0j, Z1 p Zk) отдельных элементов. Эти соотношения представляют собой обобщенную математическую модель процесса проектирования, которую конкретизируют, решив следующие задачи:
1) определение целевой функции проектирования (критерий оценки) и системы ее ограничений;
2) определение целевой функции на каждом уровне;
3) определение характеристик объекта на всех уровнях членения;
4) определение функциональных взаимосвязей между характеристиками и целевыми функциями для всех уровней расчленения и для всего процесса. 76
Создание математической модели деформационных характеристик элементов амортизирующих покрытий и обрабатываемых материалов включает параметры, связанные с физическими показателями материалов и конструкций. Абсолютная деформация амортизирующего слоя при смыкании гладильных подушек зависит от давления прессования, выражаемого, в свою очередь, через параметр аппроксимирующей функции — максимальную величину относительной деформации в .
max
Для практических расчетов величин перепада давления прессования по обрабатываемому участку изделия при ВТО получена формула, связывающая параметры поверхностей формующих подушек; показатель деформационной характеристики амортизирующего покрытия; технологические параметры, характеризующие эффективность и качество влажно-тепловой обработки (с учетом обычного критерия качества APmax<0,01 МПа)
APmax = Ф(а, а0) х (С х Ahy + Рр х 5С), (3)
где Р — расчетная величина давления прессования;
С — фактическое значение жесткости амортизирующего элемента покрытия с учетом его отклонения от расчетной величины;
5 С — относительное отклонение жесткости в процессе эксплуатации (к расчетному значению жесткости амортизирующего элемента C );
Ф(а, а0) — форм-фактор — множитель, связанный с геометрическим параметром подушек а0 (половиной угла охвата) и углом отклонения обрабатываемого участка от вертикальной оси симметрии а;
Ah — абсолютное изменение толщины обрабатываемого узла изделия.
Проверка разработанных теоретических положений проводилась в лабораторных и производственных условиях. Образцы фиксируются на рамке размером 160x160 мм по намеченным границам рабочей зоны. По высоте петельного ряда, петельного шага, диаметра нити и длины нити в петле рассчитываются: плотность по горизонтали, плотность по вертикали, линейное заполнение по горизонтали и по вертикали, поверхностное заполнение, линейный и поверхностный модули петли и другие показатели. Расчет характеристик, по которым в дальнейшем могут быть рассчитаны параметры конструкции изделия с учетом проведения влажно-тепловой обработки, осуществляется с помощью специально разработанной программы.
76 научный журнал ВЕСТНИК АССОЦИАЦИИ ВУЗОВ ТУРИЗМА И СЕРВИСА 2009 / № 4
Совершенствование оборудования для влажно-тепловой обработки...
Анализ технологических последовательностей обработки швейных изделий на ряде предприятий, показал, что до 2% операций направлены на коррекцию и доведение размеров до регламентируемых значений. Для оценки корректности принятых допущений и определения степени соответствия математических моделей реальным процессам подготовки материалов к раскрою была разработана и реализована программа экспериментальных исследований. База данных формируется на сервере, в реальном масштабе времени по мере поступления изделия для обработки на предприятии бытового обслуживания и включает в себя: дату поступления, реквизиты поставщика, стоимость, общее количество изделий в партии, показатели качества и размер изделий. Задачи многопользовательского доступа и сохранность базы данных обеспечивается
высоконадежной сетевой операционной системой Net Ware.
Рассмотрены математические модели более сложных систем — пакетов, состоящих из одного или нескольких упругих слоев покрытия и обрабатываемого изделия, также являющегося упругим элементом. Соотношения, полученные в работе, положены в основу разработки номограммы (рис. 1) для расчета жесткости покрытий подушек прессов, используемых на предприятиях бытового обслуживания.
При заданных значениях технологических параметров с учетом трехлетнего срока службы амортизирующего элемента покрытия (с относительной вариабельностью жесткости 5С=±40%), имеются ограничения на его параметры: при диапазоне изменения толщины обрабатываемых изделий hjS=4 мм начальная жесткость амор-
Рис. 2. Номограмма для расчета жесткости покрытия подушки для обработки плечевого пояса
с углом охвата 100°
77
ТЕХНИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ В СЕРВИСЕ
тизирующего элемента не должна превышать 23 кПа/мм, а конечная — 56 кПа/мм. С увеличением угла охвата до 100°, что характерно для влажно-тепловой обработки плечевого пояса, принятый критерий качества АР <0,01 МПа при использовании серийно выпускаемого амортизационного покрытия не может быть обеспечен (рис. 2).
При диапазоне изменения толщины обрабатываемых изделий 0,5 мм начальная жесткость покрытия должна быть не более 5 кПа/мм. Серийно выпускаемые амортизирующие элементы из силиконовой резины толщиной 12 мм имеют вели-чинуусловного модуляупругости до эксплуатации 0,13 Мпа, или с жесткостью около 10 кПа/мм, что не удовлетворяет упомянутому требованию. Уменьшение жесткости амортизирующего элемента путем увеличения толщины нецелесообразно с технической точки зрения так же, как и частая смена покрытия. Альтернативным вариантом является покрытие меньшей жесткости, что достигается, например, за счет увеличения пористости. В результате экспериментальной проверки показано, что на основании разработанных методик для каждого вида гладильных подушек может быть подобран амортизирующий
Литература
слой, существенно повышающий качество обработки швейных изделий на предприятиях бытового обслуживания.
Приведенные неравенства и номограммы справедливы, когда обрабатываемые изделия имеют одинаковую толщину по площади обработки. В случае разнотолщинности обрабатываемого участка добавляется требование к жесткости покрытия:
С < 0,01 / Ah,, (4)
где Айи — разнотолщинность обрабатываемого участка изделия.
При разнотолщинности обрабатываемого участка порядка 0,5—1 мм требования к податливости покрытия возрастают до 10—20 кПа/мм.
Указанные условия следует учитывать при внедрении рекомендаций на предприятиях бытового обслуживания, связанных с получением и обработкой изделий из высокоэластичных материалов. Особенно важно создавать благоприятные условия работы для предприятий химчистки, которые производят влажнотепловую обработку спортивных изделий после воздействия температурных и химических факторов.
1. Лукина Л.А., Завязкина Л.С. Экспериментальные исследования напряженно-деформируемого состояния легкодеформируемых материалов при обработке. Швейная промышленность. 2008. С. 21—24.
2. Лукина Л.А., Шагунов Д.В., Шапкарин И.П. Модели амортизирующих покрытий прессов. Дизайн и технологии. Вестник МГУДТ. 2008. № 10. С. 117—120.
3. Лукина Л.А., Шагунов Д.В., Максимов А.В. Синтез амортизирующих покрытий рабочих органов гладильных прессов по критерию деформационных свойств. Швейная промышленность. 2008. № 4. С. 29, 30.
4. Лукина Л.А., Шагунов Д.В., Шапкарин И.П. Показатели деформационных свойств элементов амортизирующих покрытий прессов. Дизайн и технологии. Вестник МГУДТ. 2008. № 8. С. 23—27.
5. ИвановВ.А., Старкова Г.П. Принятие решений экспертными методами в экономике и производстве. М.: МГУДТ, 2003.
6. Исследование процесса окончательной влажно-тепловой обработки тканей на манекенах с эластичной оболочкой. Сообщение I / Г.В. Калмыков, Е.Х. Меликов, В.Г. Шуметов // Известия вузов. Технология легкой промышленности. 1983. № 4.
7. Старкова Г.П., ИвановВ.А., Завязкина Л.С. Анализ деформаций и технологической усадки высокоэластичных материалов. // Наука и образование. Новые технологии. М.: МГУДТ. 2000. № 3. С. 150—157. 78
78 научный журнал ВЕСТНИК АССОЦИАЦИИ ВУЗОВ ТУРИЗМА И СЕРВИСА 2009 / № 4
