Совершенствование амортизирующих покрытий гладильного оборудования предприятий бытового обслуживания

Размещено на http://www.allbest.ru/

На правах рукописи

ШАГУНОВ ДМИТРИЙ ВАЛЕнтиноВИЧ

СОВЕРШЕНСТВОВАНИЕ АМОРТИЗИРУЮЩИХ ПОКРЫТИЙ гладильного оборудования ПРЕДПРИЯТИЙ БЫТОВОГО ОБСЛУЖИВАНИЯ

05.02.13 - Машины, агрегаты и процессы

(коммунальное хозяйство и бытовое обслуживание)

Автореферат

диссертации на соискание ученой степени

кандидата технических наук

Москва - 2009

Работа выполнена на кафедре «Бытовая техника» ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса».

Научный руководитель кандидат технических наук, доцент Сумзина Лариса Владимировна

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор Сучилин Владимир Алексеевич

кандидат технических наук, профессор Андреенков Евгений Васильевич

Ведущая организация: Институт экологии, ресурсосбережения и оборудования сервиса

Защита диссертации состоится 29 мая 2009 г. в 14-00 часов на заседании диссертационного совета Д212.150.05 при ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса» по адресу: 141221, Московская область, Пушкинский район, пос. Черкизово, ул. Главная, 99, ауд. 1209, Зал заседаний советов.

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке ФГОУВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса».

Автореферат разослан «27» апреля 2009 г.

Ученый секретарь

Диссертационного совета,

кандидат технических наук, доцент Тюменев Ю.Я

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы исследования. Качество швейных изделий, обрабатываемых на предприятиях бытового обслуживания, в значительной степени определяется качеством проведения межоперационной и, в особенности, окончательной влажно-тепловой обработки (ВТО). На предприятиях бытового обслуживания эти процессы занимают более четверти трудоемкости в общем технологическом цикле изготовления одежды, а на предприятиях химчистки операция используется при восстановлении ее внешнего вида.

При совершенствовании оборудования ВТО, актуальным является разработка теории эксплуатации важного элемента рабочих органов - амортизирующего покрытия, назначение которого - выравнивание давления прессования по поверхности обрабатываемого узла или изделия в целом. Неодинаковая толщина различных участков одежды и различие деформационных свойств предъявляют повышенные требования к податливости амортизирующего покрытия, соблюдению условий соответствия геометрических параметров рабочих органов гладильного оборудования. Сказанное актуализирует разработки, направленные на научное обоснование методов расчета и оптимизации геометрических и силовых параметров гладильного оборудования, и необходимость разработки математических моделей деформационных характеристик амортизирующего покрытия.

Степень разработанности проблемы. Вопросы исследования деформационных характеристик элементов амортизирующего покрытия рассматривались рядом ученых, где существенный вклад внесли Е.Г. Андреева, В.А. Иванов, Г.В. Калмыков, Л.А. Ломакина, Е.Х. Меликов, С.Н. Салищев, Р.Н. Филимоненкова, А.П. Черепенько, В.Г. Шуметов и др. Помимо экспериментальных исследований указанные авторы предлагают математические модели деформационных характеристик элементов амортизирующего покрытия, их связь с параметрами гладильного оборудования.

В то же время следует отметить, что большинство работ характеризуется отсутствием системности в описании деформационных характеристик элементов амортизирующего покрытия, игнорированием особенностей предприятий бытового обслуживания. Наблюдается значительное разнообразие моделей, в основе которых, как правило, лежат степенные функции и полиномиальные регрессионные зависимости, параметры которых не имеют достаточно четкого физического смысла. До настоящего времени не разработана модель многослойного амортизирующего покрытия, описывающая деформационные характеристики пакета в целом, включая обрабатываемое изделие. Отсутствует объективно обоснованная методика определения параметров моделей деформационных характеристик элементов амортизирующего покрытия, предусматривающая оценку их точности.

С учетом отмеченных пробелов, данное диссертационное исследование посвящено совершенствованию операций ВТО путем обоснованного выбора деформационных характеристик амортизирующего покрытия и в целом пакета: покрытие - обрабатываемое изделие.

Объектом исследования являются рабочие органы оборудования для межоперационной и окончательной ВТО швейных изделий.

Предметом исследования являются деформационные характеристики элементов амортизирующего покрытия и в целом пакета: покрытие - обрабатываемое изделие.

Цель диссертационной работы состоит в совершенствовании операций ВТО за счет соответствующего выбора деформационных свойств амортизирующего покрытия на основе разработанных теоретических и методических положений по математическому моделированию деформационных характеристик его элементов и в целом пакета: покрытие - обрабатываемое изделие, направленных на создание методики расчета и оптимизации параметров покрытия и оборудования ВТО в целом.

Реализация этой цели обусловила постановку и решение следующих основных задач:

- системный анализ взаимодействия рабочих органов гладильного оборудования с обрабатываемым полуфабрикатом;

- разработка требований к эксплуатационным характеристикам амортизирующие покрытия рабочих органов гладильного оборудования;

- анализ и обобщение данных по экспериментальным исследованиям деформационных характеристик элементов амортизирующих покрытий;

- разработка базовой математической модели и установление информативных показателей деформационных свойств элементов амортизирующих покрытий;

- разработка базовой математической модели деформационных характеристик пакета: амортизирующее покрытие - обрабатываемый полуфабрикат;

- разработка методов оценивания параметров функций, аппроксимирующих деформационные характеристики элементов амортизирующих покрытий;

- разработка методики оптимизации параметров покрытий подушек гладильных прессов для окончательной влажно-тепловой обработки;

- подготовка рекомендаций для производства конструктивных элементов амортизирующих покрытий прессов ВТО, используемых на предприятиях бытового обслуживания.

Теоретической и методологической основой диссертационного исследования служат методологические принципы, теоретические положения и выводы, содержащиеся в фундаментальных и прикладных исследованиях отечественных и зарубежных авторов по проблемам исследования деформационных свойств элементов амортизирующих покрытий гладильного оборудования, а также работах в области расчета их параметров.

В процессе исследования применялся методический аппарат математического моделирования, системного анализа, математической статистики. Обработка информации осуществлялась с использованием программных продуктов статистической обработки данных.

Эмпирическую базу диссертационной работы составили данные экспериментальных исследований, проведенных в лабораторных и производственных условиях, а также опубликованные в научной литературе по рассматриваемой проблематике.

Научная новизна проведенного исследования заключается в разработке теоретических и методических положений по математическому моделированию деформационных характеристик элементов амортизирующего покрытия и в целом пакета: покрытие - обрабатываемое изделие, направленных на создание методики расчета и оптимизации параметров покрытия и оборудования ВТО, используемого на предприятиях бытового обслуживания.

Научная новизна подтверждается следующими полученными научными выводами и результатами, выносимыми на защиту:

1. В результате анализа системы: рабочие органы гладильного оборудования - обрабатываемый полуфабрикат выявлены основные элементы, их функции и параметры, определяющие механизм взаимодействия элементов, что позволило разработать и обосновать требования к деформационным характеристикам амортизирующего покрытия и их изменению в процессе эксплуатации.

2. Разработана базовая математическая модель деформационных свойств элементов амортизирующих покрытий, основанная на аппроксимации эмпирических зависимостей деформации от давления прессования одно- и двучленными экспоненциальными функциями. На основании предельного анализа показано, что параметры базовой математической модели имеют четкую физическую интерпретацию и являются информативными показателями деформационных свойств элементов амортизирующих покрытий.

3. Предложены и апробированы оптимизационные методы оценивания параметров нелинейных функций, аппроксимирующих деформационные характеристики элементов амортизирующих покрытий, основанные на построении локальных описаний квадратичной функции оптимизации полиномами первой и второй степени с применением методологии планирования имитационного эксперимента.

4. Обосновано, что предложенная базовая математическая модель деформационных свойств элементов амортизирующих покрытий применима для описания деформационных свойств многослойных амортизирующих покрытий, а также пакета: амортизирующее покрытие - обрабатываемый полуфабрикат.

5. Разработана методика оптимизации параметров покрытий подушек гладильных прессов для окончательной влажно-тепловой обработки, основанная на линейной аппроксимации начальных участков деформационных свойств элементов покрытия и учитывающая изменение их жесткостных параметров в период эксплуатации, а также вариабельность геометрических характеристик обрабатываемых изделий.

Теоретическая значимость проведенного исследования состоит в разработке теоретических и методических положений по математическому моделированию деформационных характеристик элементов амортизирующего покрытия и в целом пакета: покрытие - обрабатываемое изделие, направленных на создание методики расчета и оптимизации параметров покрытия и оборудования ВТО.

Практическая значимость результатов исследования заключается в том, что разработанные в результате исследования математические модели деформационных свойств элементов амортизирующих покрытий леглив основу методики оптимизации параметров покрытий подушек гладильных прессов для окончательной влажно-тепловой обработки, что позволило разработать рекомендации по направлениям дальнейшего совершенствования элементов оборудования ВТО и его рациональной эксплуатации.

Основные выводы и рекомендации работы могут служить методической базой для дальнейших исследований по проблеме совершенствования элементов амортизирующих покрытий оборудования ВТО, а также предлагаются к использованию в учебном процессе при чтении таких дисциплин, как «Бытовая техника», «Машины и аппараты легкой промышленности», «Материаловедение» студентам вузов.

Апробация результатов исследования. Выводы и практические результаты работы докладывались на заседаниях кафедры «Бытовая техника» Российского государственного университета туризма и сервиса, кафедры «Прикладная механика» Московского государственного университета дизайна и технологии, 1 Международном конгрессе «Менеджмент индустрии здоровья и красоты» MedBeautyManagement, Москва 2007 г.

Публикации. По результатам выполненного исследования опубликовано 6 работ. Общий объем публикаций 3,3 п.л., из которых 2,4 п.л. - авторские.

Структура работы. Диссертационное исследование состоит из введения, четырех глав, заключения, списка использованных источников и приложений. Общий объем работы 156 страниц. Диссертация содержит 34 рисунка и 10 таблиц. Список использованных источников включает 105 наименований.

ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬТАТЫ ИССЛЕДОВАНИЙ

швейный обслуживание гладильный оборудование

В главе 1 «Современное состояние и эксплуатационные характеристики амортизирующих покрытий гладильного оборудования» проводится анализ системы: рабочие органы гладильного оборудования - обрабатываемый полуфабрикат. В результате выявлены основные элементы, их функции и параметры, определяющие механизм взаимодействия рабочих органов и изделия, что позволило разработать и обосновать требования к деформационным характеристикам амортизирующего покрытия и их изменению в процессе эксплуатации. Разработаны требования к эксплуатационным характеристикам амортизирующих покрытий рабочих органов гладильного оборудования используемого на предприятиях бытового обслуживания.

Исследованиями установлено, что на качество выполнения операций ВТО на предприятиях бытового обслуживания решающее влияние оказывают упругие свойства амортизирующих покрытий. Вследствие большого разнообразия видов покрытий, отличающихся как по количеству, так и по составу слоев, важно располагать надежными экспериментальными данными по упругим характеристикам составляющих их элементов, а также иметь возможность пересчета результатов измерений, полученных в различных условиях. В этой связи в работе выполнен анализ и обобщены результаты экспериментальных исследований деформационных характеристик элементов амортизирующих покрытий.

При этом не всегда учитываются реальные условия эксплуатации амортизирующих покрытий гладильного оборудования, используемого на предприятиях бытового обслуживания, что может приводить к значительным систематическим ошибкам измерений, где выделены следующие:

- малые размеры образцов, несопоставимые с размерами эксплуатируемых покрытий;

-отличие температурных и влажностных режимов измерений от реальных условий эксплуатации;

- отличие динамических режимов измерений от реальных временных характеристик этапа прессования обрабатываемого изделия в процессе выполнения конкретной операции ВТО.

Источником наибольших ошибок является измерение образцов малых размеров. Систематические ошибки этот вида могут быть устранены путем пересчета данных измерений образцов малого размера посредством форм-фактора, учитывающего влияние размера образца на показатели деформационных характеристик. Следующий источник систематических ошибок - отличие температурных и влажностных режимов измерений от реальных условий эксплуатации - менее значим, особенно для амортизаторов из теплостойких губчатых резин. Согласно исследованиям, как амортизатор, так и покрытие на его основе в целом при нагревании становятся “мягче”, однако различия в диапазоне температур от 20С до 140С не велики и не превышают величины 0,005 МПа при сжатии на заданную величину.

Третий источник систематических ошибок - отличие динамических режимов измерений от реальных временных характеристик этапа прессования обрабатываемого изделия в процессе выполнения конкретной операции ВТО, следует обязательно учитывать в случаях динамического воздействия на обрабатываемое изделие (например, при вибропрессовании на высоких - до 100 Гц - частотах).

Наиболее надежны измерения упругих свойств материалов покрытий и обрабатываемых изделий, выполненные на специализированных установках, имитирующих условия прессования в операциях ВТО. Как правило, при этом используются образцы достаточно больших размеров - порядка 50100 мм, скорость деформирования соответствует реальному динамическому режиму цикла ВТО. Менее надежны измерения образцов средних размеров на стандартных измерительных машинах (типа динамической испытательной системы 810-13М, машины Instron-1115), и следует очень осторожно использовать данные измерений образцов малых размеров на простейших приборах типа используемых в резиновой отрасли приборов ВН-5404.

Из экспериментальных деформационных характеристик элементов амортизирующих покрытий и обрабатываемых материалов следует, что во всех случаях в рабочем диапазоне давлений прессования (0…0,12 МПа) практически отсутствует пропорциональность между давлением и соответствующей ему деформации сжатия. Это не позволяет непосредственно использовать показатели, традиционные в механике деформируемого твердого тела и сопротивлении материалов - модуль упругости, коэффициент Пуассона и т.п.

В результате анализа опубликованных данных по экспериментальному исследованию упругих свойств элементов амортизирующих покрытий, установлено стремление к поиску зависимостей, как можно более точно аппроксимирующих деформационные характеристики в непосредственно наблюдаемых координатах “давление - деформация”, однако имеются лишь некоторые попытки обобщить экспериментальные данные, получить показатели деформационных свойств, обладающие большей степенью общности.

Во второй главе «Моделирование деформационных характеристик элементов амортизирующих покрытий» на основании анализа показателей деформационных характеристик текстильных материалов и резиновых амортизаторов установлено, что при построении математических моделей деформационных характеристик элементов амортизирующих покрытий целесообразно использовать следующие информативные показатели:

- начальный модуль упругости при сжатии, отвечающий начальному участку деформирования;

- дифференциальный модуль упругости при сжатии, описывающий деформацию материала в сравнительно узком диапазоне рабочих давлений прессования для конкретных операций ВТО;

- коэффициент формы, позволяющий учитывать размеры образцов как физических моделей элементов покрытий;

- жесткость и податливость как показатели, учитывающие конструктивные особенности элементов покрытия.

С учетом поставленной задачи - создание математической модели деформационных характеристик элементов амортизирующих покрытий и обрабатываемых материалов, включающих параметры, связанные с физическими показателями материалов и конструкций, установлены требования к аппроксимирующим функциям, описывающим зависимость деформация - давление сжатия:

1) точность аппроксимации;

2) связь параметров аппроксимирующей функции с физическими показателями деформационных свойств материалов;

3) возможность аналитического расчета основных показателей деформационных характеристик элементов покрытий;

4) возможность синтеза параметров функций, аппроксимирующих деформационные характеристики пакета, по параметрам составляющих его элементов.

Обосновано, что наиболее часто применяемые степенные функции вида

H = apⁿ, ( 1)

аппроксимирующие зависимость абсолютной деформации H от давления прессования p (непосредственно измеряемых в лабораторном или производственном эксперименте величин), обеспечивают требуемую точность предсказания деформации по заданному значению давления прессования, однако не позволяют дать точную оценку дифференциального модуля упругости, в то время как именно его величина определяет расчетное распределение давления прессования по обрабатываемому изделию как критерий качества операции ВТО. В этой связи предложено деформационные кривые H=f(p) аппроксимировать функциями вида

H = b (1 e^-ap).(2)

Из предельного анализа (при р) получена связь параметра аппроксимирующей функции “а” с таким показателем деформационных свойств амортизатора, как максимальная величина относительной деформации _max:

a = _max.(3)

Предельный переход при р0 обнаруживает связь второго параметра аппроксимирующей функции “b” с показателем деформационных свойств амортизатора Е_0max:

b = 1/(Е_0max). (4)

C учетом найденной связи параметров а и b с физическими показателями деформационной характеристики амортизатора _max и Е_0max аппроксимирующая функция (2) для относительной деформации представлена в следующем виде:

= H/Н = _max {1 exp [-p/(Е_0max)]},(5)

а для абсолютной величины деформации получено выражение:

H = H_max {1 exp [-p/(Е_0max)]},(6)

где H_max=H_max - предельная величина деформации амортизатора.

Геометрическая интерпретация параметров _max, Е₀ иЕ_0max следует из рисунка 1, на котором представлена функция, аппроксимирующая деформационную характеристику амортизатора фирмы “Аякс”)

=0,732 [1 exp (-p/0,0322).(7)



Рис. 1. Геометрическая интерпретация параметров экспоненциальной функции (7)

Горизонтальная прямая на рисунке 1 отвечает максимальной относительной деформации _max=0,732, а наклонная прямая =p/0,044 отвечает закону Гука для амортизатора с модулем упругости Е₀=0,0322/0,732=0,044 МПа. Таким образом, функция (5), аппроксимирующая деформационную характеристику, имеет физический смысл как в области малых давлений - переход при р0 к закону Гука, так и в области больших давлений - относительная деформация при увеличении давления сжатия асимптотически приближается к максимальному значению.

В работе рассмотрена математическая модель двухслойного амортизатора, деформационные характеристики каждого из слоев аппроксимируются экспоненциальными функциями:

H₁ = H_max1 {1 exp [-p/(С₀₁H_max1)]}, (8)

H₂ = H_max2 {1 exp [-p/(С₀₂H_max2)]}. (9)

В предположении аддитивности деформационных свойств деформация пакета из двух амортизаторов равна сумме деформаций.

Введя обозначения:максимальная деформация пакета

H = H₁ + H₂ = H_max1 {1 exp [-p/(С₀₁H_max1)]} + H_max2 {1 exp [-p/(С₀₂H_max2)]}.(10)

H_max = H_max1 + H_max2,(11)

доли максимальной деформации амортизаторов 1 и 2 в общей максимальной деформации пакета: а₁ = H_max1 /H_max, (12)

a₂ = H_max2 /H_max. (13)

получаем двучленную четырехпараметрическую экспоненту с параметрами H_max, С₀₁H_max1, С₀₂H_max2, а₁, a₂:

H=H_max{1а₁exp[-p/(С₀₁H_max1)]a₂exp[-p/(С₀₂H_max2)]}, (14)

где параметры а₁ и а₂ связаны очевидным равенством

а₁ + а₂ = 1.(15)

В качестве конкретного примера в работе приведена двучленная экспонента (16), аппроксимирующая деформационную характеристику Н-р амортизатора фирмы “Дзюки”:

H = 3,3 [1 0,369 exp (-p/0,0073) 0,631 exp (-p/0,0587)]. (16)

График этой функции, а также графики составляющих экспонент приведены на рисунке 2.

H₁ = 1,22 [1 exp (-p/0,0073)],(17)

H₂ = 2,08 [1 exp [-p/0,0587)],(18)

Можно дать следующую интерпретацию суммарной сложной экспоненте: в начале деформации амортизатора преобладает быстро нарастающая деформация, описываемая функцией (17), при этом роль деформации, обусловленной функцией (18), сравнительно мала. По достижении давления сжатия порядка 0,02 МПа, напротив, увеличение деформации происходит практически только за счет сравнительно медленно растущей функции (1).

Рисунок 2 - Аппроксимация деформационной характеристики амортизатора фирмы “Дзюки” двучленной экспонентой

Применение двучленной (сложной) экспоненты расширяет возможности аппроксимации экспериментальных деформационных характеристик, при этом существенно, что каждый из параметров функции (14) имеет четкий физический смысл.

Таким образом, результатом изложенных выше аналитических исследований явилась базовая математическая модель деформационных свойств элементов амортизирующих покрытий гладильных прессов, работающих на предприятиях бытового обслуживания, основанная на аппроксимации эмпирических зависимостей деформации от давления прессования одно- и двучленными экспоненциальными функциями, причем параметры этой модели имеют четкую физическую интерпретацию, являясь информативными показателями деформационных свойств элементов покрытий. В то же время некоторую трудность представляет оценка этих параметров, что вызвано нелинейностью экспоненциальной модели. Классический метод наименьших квадратов, в принципе, позволяет дать подобную оценку, однако его применение не гарантирует их оптимальность.

В этой связи в работе предложены и апробированы оптимизационные методы оценивания параметров нелинейных функций, аппроксимирующих деформационные характеристики элементов амортизирующих покрытий, основанные на построении локальных описаний квадратичной функции оптимизации полиномами первой и второй степени с применением методологии планирования имитационного эксперимента. Выполнено сравнение трех методов - метода «оврагов», ускоренного метода параллельных касательных и метода квадратичной аппроксимации. Первые два метода обеспечивают оптимизацию квадратичной целевой функции невязок в двумерном случае; в случае большей размерности целесообразно использовать метод квадратичной аппроксимации с его реализацией с помощью математических программ типа Mathcad, Mathematica.

В третьей главе «Математические модели деформационных характеристик пакета: амортизирующее покрытие - обрабатываемый полуфабрикат» обосновано, что предложенная базовая математическая модель деформационных свойств элементов амортизирующих покрытий применима для описания деформационных свойств многослойных амортизирующих покрытий, а также пакета: амортизирующее покрытие - обрабатываемый полуфабрикат. В то же время одним из важнейших требований к функциям, аппроксимирующим деформационные свойства пакета, является возможность синтеза ее параметров по параметрам функций, описывающих элементы пакета. В этой связи дополнительно введены новые показатели деформационных свойств:

- дифференциальную податливость К_д как величина, обратная дифференциальной жесткости С_д:

К_д = 1 / С_д;(19)

- начальную податливость K₀, как предел дифференциальной податливости при стремлении давления сжатия к нулю:

К₀ = lim К_{д p0} = 1 / C₀. (20)

Размерность показателей - мм/МПа.

Оба показателя обладают аддитивными свойствами: при предельном переходе р0 начальная податливость пакета равна сумме начальных податливостей составляющих его элементов:

К₀ = К₀₁ + К₀₂, (21)

а дифференциальная податливость пакета при любом значении давления сжатия - сумме дифференциальных податливостей составляющих:

К_д = К_д1 + К_д2.(22)

Геометрический смысл дифференциальной податливости нагляден - это тангенс угла, образованного касательной к деформационной характеристике Н - р в данной ее точке с осью давления. Свойство же аддитивности дифференциальной податливости геометрически выражается в суммировании тангенсов углов наклона касательных к деформационным характеристикам составляющих элементов (а ввиду их малости, и суммировании самих углов) - рисунок 3.

Приведенный на рисунке 3 пример иллюстрирует частный случай деформации простейшего двухслойного пакета, состоящего из амортизатора и обрабатываемого изделия, однако он отражает фактическое соотношение параметров, входящих в аппроксимирующие деформационные характеристики функции, и может служить адекватной математической моделью механического нагружения изделия в процессе выполнения операций ВТО.

Рисунок 3 - Геометрическая интерпретация аддитивности параметров деформационных характеристик двухслойного пакета: амортизатор - изделие

Качество операций ВТО швейных изделий, получаемых и обрабатываемых на предприятиях бытового обслуживания, во многом определяется равномерностью распределения давления прессования по поверхности обрабатываемого полуфабриката или изделия. Причем наибольшие трудности в расчете этого распределения давления возникают в случае окончательной ВТО изделий на гладильных прессах с криволинейной (цилиндрической, сферической) формой подушек.

Из представленных выше результатов аппроксимации деформационных характеристик элементов пакета: покрытие - изделие следует, что основной вклад в податливость вносит амортизатор, причем на начальном участке нагружения эта характеристика может быть описана линейной зависимостью

H/H₀ = Р/E, (23)

где в качестве показателя упругих свойств пакета принимается условный модуль упругости амортизирующего слоя Е - модуль по хорде.

К таким покрытиям относится трехслойное покрытие, содержащее амортизирующий элемент из силиконовой резины, выравнивающий слой из технической ткани СТБО и обтяжку из оксалоновой ткани. Деформационные свойства амортизирующего элемента этого покрытия описываются моделью (23) в интервале давлений 0…0,04 МПа, при этом относительная деформация сжатия H/H₀ 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

В работе обосновано, что, с достаточной для практических расчетов точностью, величина перепада давления прессования по обрабатываемому участку изделия при ВТО на гладильных прессах с криволинейной (цилиндрической, сферической) формой подушек определяется формулой

Р() = Ф(, ₀) (E_тh_у + Р_рE), (24)

гдеE_т=E_р+E - текущее значение условного модуля упругости;

h_у=h_у /H₀ - относительное (к толщине амортизирующего элемента H₀) изменение толщины обрабатываемого узла изделия;

E=Е/E_р - относительное изменение условного модуля упругости;

Ф(, ₀) - форм-фактор - множитель, связанный с геометрическим параметром подушек ₀ (половиной угла охвата) и углом отклонения обрабатываемого участка от вертикальной оси симметрии .

Погрешность отклонения давления прессования в любой точке цилиндрических подушек, полученногопо формуле (24), по сравнению с точной формулой, не превышает 5%. Это проверено для практически реализуемых сочетаний геометрических параметров комплекта цилиндрических и сферических подушек. Изменения толщины обрабатываемого изделия предусматривались присмене ассортимента, а также изменении деформационных свойств амортизирующего элемента покрытия в процессе эксплуатации.

Соотношение (24) положено в основу предложенной в работе методики оптимизации параметров покрытий подушек гладильных прессов для окончательной ВТО. Если отвлечься от зависимости распределения давления прессования от углового параметра и рассматривать максимальное значение перепада давления по поверхности обрабатываемого изделия, занимающего всю рабочую площадь подушки, то эта величина для цилиндрических и сферических подушек может быть рассчитана по формуле:

Р_max = H_c / R_н.п (₀) (Eh_у + Н_рE) / H₀, (25)

гдеH_c - высота цилиндрического (сферического) сегмента;

R_н.п - радиус формующей поверхности нижней подушки;

(₀) - угловой параметр, зависящий от угла охвата 2₀ и вида формующих поверхностей;

E и E - соответственно фактическое значение условного модуля упругости амортизирующего элемента покрытия и его отклонение от расчетной величины;

h_у - отклонение толщины обрабатываемых изделий от расчетного значения;

Н_р - расчетная деформация амортизирующего элемента при заданном давлении прессования.

С учетом введенного нами ранее параметра «жесткость» формула (25) может быть представлена в виде:

Р_max = H_c / R_н.п (₀) (Сh_у + Р_рС),(26)

гдеС - фактическое значение жесткости амортизирующего элемента покрытия и его отклонение от расчетной величины;

Р_р - расчетная величина давления прессования;

С=С/C_р - относительное (к расчетному значению жесткости амортизирующего элемента C_р) отклонение жесткости С=С-C_р в процессе эксплуатации.

При ограничениях на величину максимального значения перепада давления по поверхности обрабатываемого изделия Р_max формула (26) связывает между собой геометрические параметры формующих поверхностей подушек, показатель деформационной характеристики амортизирующего покрытия С и технологические параметры Р_р и Р_max, характеризующие эффективность и качество ВТО, при вариации толщины обрабатываемых изделий h_у и жесткости амортизирующего элемента С. В частности, из (26) следует, что перепад давления по обрабатываемому изделию достигает наибольших значений при отклонениях h_у и С одинаковых знаков: при h_у>0 и С>0 имеет место недопрессовка по центру подушек и перепрессовка по периферии, а при h_у<0 и С>0 - недопрессовка по краям и перепрессовка по центру изделия.

С учетом принимаемого обычно критерия качества Р_max0,01 МПаиз (26) получаем следующее ограничение на величины входящих в эту формулу параметров:

H_c / R_н.п (₀) 0,01/ | Сh_у + Р_рС |,(27)

позволяющее по заданным параметрам амортизационного элемента покрытия С и С, технологическим параметрам h_у и Р_р определять область его применения, характеризуемую величиной форм-фактора H_c/R_н.п(₀) формующих подушек гладильных прессов для окончательной ВТО швейных изделий.

В четвертой главе «Использование математических моделей деформационных характеристик амортизирующего покрытия при проектировании рабочих органов гладильного оборудования» 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 взаимосвязь входящих в неравенство (26) параметров, могут быть использованы для оптимизиции условий эксплуатации амортизирующих покрытий конструкции НИИлегмаш. В частности, показано, что при заданных значениях технологических параметров с учетом номинального (трехлетного) срока службы амортизирующего элемента покрытия ПП-0,25У2М (с относительной вариабельностью жесткости С=40%), имеются следующие ограничения на его параметры: при диапазоне изменения толщины обрабатываемых изделий h_у=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 влажно-тепловой обработки плечевого пояса, критерий качества Р_max0,01 МПа при использовании серийно выпускаемого амортизационного покрытия конструкции НИИлегмаш не может быть обеспечен: уже при диапазоне изменения толщины обрабатываемых изделий h_у=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. Уменьшение жесткости амортизирующего элемента путем увеличения толщины нецелесообразно как экономически, и с технической точки зрения, а частая смена покрытия также нежелательна. Альтернативным вариантом является разработка специального покрытия меньшей жесткости, что достигается, в частности, изменением конструкции амортизирующего элемента, например, за счет увеличения пористости. Лабораторные испытания таких покрытий показали справедливость выдвинутых теоретических положений о повышения качества ВТО на предприятиях бытового обслуживания при заданном изменении жесткости амортизирующего слоя.

С целью проверки данного положения изготовлена опытная партия амортизирующего элемента из силиконовой резины с повышенной пористостью, что было обеспечено за счет изменения технологии его изготовления. Тем самым удалось уменьшить начальную жесткость покрытия до 5 кПа/мм. Достижение при этом расчетных показателей было подтверждено результатами опытно-промышленной эксплуатации амортизационного покрытия конструкции НИИлегмаш на основе амортизирующего элемента из силиконовой резины с повышенной пористостью, установленного на цилиндрических и сферических подушках прессов ПП-0,5У2М и ПП-0,25У2М, на фабрике химчистки, характеризующихся широким ассортиментом обрабатываемых изделий. В результате экспериментальной проверки показано, что на основании разработанных методик для каждого вида гладильных подушек может быть выбран амортизирующий слой, существенно повышающий качество обработки швейных изделий.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Выполненные исследования позволяют сделать следующие выводы.

1. В результате анализа системы: «гладильные подушки - обрабатываемый полуфабрикат» выявлены пять характерных элементов покрытия: парораспределительный, теплоизоляционный, амортизирующий, выравнивающий и обтягивающий. Основным слоем покрытий является амортизирующий, который выравнивает давление по поверхности обрабатываемого изделия, обеспечивает подачу пара через нижнюю подушку в зону обработки для перевода волокон ткани в высокоэластическое состояние и просос воздуха через нее в процессе сушки и стабилизации вакуумным отсосом.

2. Путем экспериментальных исследований деформационных характеристик элементов амортизирующих покрытий установлены источники возникновения систематических ошибок, которые могут быть устранены путем пересчета данных измерений образцов малого размера посредством форм-фактора.При построении математических моделей использованы следующие информативные показатели: начальный модуль упругости при сжатии, дифференциальный модуль упругости при сжатии, коэффициент формы, позволяющий учитывать размеры образцов как физических моделей элементов покрытий; жесткость и податливость как показатели, учитывающие конструктивные особенности элементов покрытия.

3. Установлено, что математические модели деформационных характеристик элементов амортизирующих покрытий и обрабатываемых материалов должны включать параметры, связанные с физическими показателями материалов и конструкций. Сформулированы требования к аппроксимирующим функциям, описывающим зависимость деформация - давление сжатия.

Получены базовые модели для аппроксимации деформационных кривых элементов покрытий и обрабатываемых тканей.

4. Предложена двучленная экспоненциальная модель для аппроксимации деформационных кривых H=f(p) двухслойных амортизаторов применение которой расширяет возможности аппроксимации экспериментальных деформационных характеристик, при этом каждый из параметров функции имеет четкий физический смысл. Апробированы оптимизационные методы оценивания параметров экспоненциальных функций, основанные на построении локальных описаний квадратичной функции оптимизации полиномами первой и второй степени с применением методологии планирования имитационного эксперимента с помощью математических программ типа Mathcad, Mathematica.

5. Установлено, что одним из важнейших требований к функциям, аппроксимирующим деформационные свойства пакета, является возможность синтеза ее параметров по параметрам функций, описывающих элементы пакета. В этой связи дополнительно введены следующие показатели деформационных свойств: дифференциальная податливость К_д , начальную податливость K₀, как предел дифференциальной податливости при стремлении давления сжатия к нулю (К₀=limК_дp0=1/C₀).

6. Показано, что наибольшие трудности в расчете распределения давления прессования по поверхности обрабатываемого изделия возникают в случае окончательной ВТО изделий на гладильных прессах с криволинейной - цилиндрической, сферической - формой подушек. Доказано, что деформационная характеристика амортизатора в рабочем диапазоне давлений аппроксимируется линейной зависимостью H/H₀=Р/E.Получена формула для расчета максимального значения перепада давления по поверхности обрабатываемого изделия.

7. Получено ограничение на величины параметров покрытия с учетом критерия качества Р_max0,01 МПа. Неравенство позволяет по заданным параметрам амортизационного элемента покрытия С и С, технологическим параметрам h_у и Р_р определять область его применения, характеризуемую величиной форм-фактора H_c/R_н.п(₀) формующих подушек подушек гладильных прессов для окончательной ВТО швейных изделий.

8. Определены пределы применимости серийно выпускаемого амортизационного покрытия на универсальных прессах ПП-0,5У2М и ПП-0,25У2М с цилиндрическими и сферическими подушками, широко применяемых для окончательной ВТО швейных изделий на предприятиях бытового обслуживания. При заданных значениях технологических параметров с учетом номинального (трехлетного) срока службы амортизирующего элемента покрытия имеются следующие ограничения на его параметры: при диапазоне изменения толщины обрабатываемых изделий h_у=4 мм начальная жесткость амортизирующего элемента не должна превышать 23 кПа/мм, а конечная - 56 кПа/мм.

9. Установлено, что с увеличением угла охвата до 100, что характерно для ВТО плечевого пояса, критерий качества Р_max0,01 МПа при использовании серийно выпускаемого амортизационного покрытия конструкции НИИлегмаш из силиконовой резины толщиной 12 мм не может быть обеспечен вследствие того, что его жесткость значительно превышает рассчитанное оптимальное значение. Показано, что уменьшение жесткости амортизирующего элемента путем увеличения толщины нецелесообразно экономически и с технической точки зрения, частая смена покрытия также нежелательна.

10. Полученные математические модели деформационных свойств элементов амортизирующих покрытий положены в основу методики оптимизации параметров покрытий подушек гладильных прессов для окончательной ВТО на предприятиях бытового обслуживания. Разработаны рекомендации по направлениям дальнейшего совершенствования элементов оборудования ВТО и его рациональной эксплуатации, которые внедрены в производство на предприятиях отрасли. Предложены методы решения данной проблемы, в частности, изменение конструкции амортизирующего элемента за счет увеличения его пористости.

Основные положения и выводы отражены в следующих публикациях

Шагунов Д.В., Сумзина Л.В., Лукина Л.А. Определениепараметров рабочих органовпрессов при обработке изделий сложной формы. // Швейная промышленность. 2008. №3. С.12-13. (лично 0,20 п.л.).

Лукина Л.А.,Шагунов Д.В.,Шапкарин И.П. Показатели деформационных свойств элементов амортизирующих покрытий прессов. // Дизайн и технологии. Научный журнал МГУДТ, №8, 2008. С.23-27. (лично 0,20 п.л.).

Шагунов Д.В., Шуметов В.Г. Базовая математическая модель деформационных свойств элементов амортизирующих покрытий рабочих органов гладильных прессов // Наука и образование. Межвуз. сб. науч. трудов. Вып. №5. М.: ИИЦ МГУДТ, 2005. (лично 0,30 п.л.).

Шагунов Д.В., Сумзина Л.В. Оптимизация параметров покрытий рабочих органов гладильных прессов для окончательной влажно-тепловой обработки // Интеграл. №5, 2007. (лично 0,20 п.л.).

Шагунов Д.В. Анализ взаимодействия рабочих органов гладильных прессов с обрабатываемым полуфабрикатом и разработка требований к деформационным характеристикам амортизирующего покрытия // Наука и образование.Межвуз. сб. науч. трудов. Вып. №5. М.: ИИЦ МГУДТ, 2005.

Лукина Л.А., Шагунов Д.В., Афанасьев В.В. Расчет давления прессования на обрабатываемое изделие привлажно-тепловой обработке //Наука и образование. Межвуз. сб. науч. трудов. Вып. №4. М.: ИИЦ МГУДТ, 2006. (лично 0,30 п.л.).

Шагунов Д.В. Математическая модель деформационных свойств пакета: амортизирующее покрытие рабочих органов гладильных прессов - обрабатываемый полуфабрикат // Наука и образование. Межвуз. сб. науч. трудов. Вып. №3. М.: ИИЦ МГУДТ, 2006. (лично 0,60 п.л.).

Шагунов Д.В., Шуметов В.Г. Оптимизационные методы оценивания параметров нелинейных функций, аппроксимирующих деформационные характеристики элементов амортизирующих покрытий рабочих органов гладильных прессов // Наука и образование. Межвуз. сб. науч. трудов. Вып. №3. М.: ИИЦ МГУДТ, 2006. (лично 0,40 п.л.).

Сумзина Л.В., Шагунов Д.В., Лукина Л.А.Определение параметров глдильных подушек прессов влажно-тепловой обработки спортивной одежды. Материалы 1 Международного конгрессаMedBeautyManagement. М. 2007. (лично 0,20 п.л.).

Шагунов Д.В.,Лукина Л.А.,Шапкарин И.П. Модели амортизирующих покрытий прессов.Дизайн и технологии. Научный журнал МГУДТ, №10, 2008. С.117-121. (лично 0,20 п.л.).

Размещено на Allbest.ru