Вдосконалення пресів для вирубування деталей виробів легкої промисловості

Размещено на http://www.allbest.ru/

КИЇВСЬКИЙ НАЦІОНАЛЬНИЙ УНІВЕРСИТЕТ ТЕХНОЛОГІЙ ТА ДИЗАЙНУ

На правах рукопису

УДК 62-82:67/68

Спеціальність 05.05.10 - машини легкої промисловості

АВТОРЕФЕРАТ

дисертації на здобуття наукового ступеня

кандидата технічних наук

ВДОСКОНАЛЕННЯ ПРЕСІВ ДЛЯ ВИРУБУВАННЯ ДЕТАЛЕЙ ВИРОБІВ ЛЕГКОЇ ПРОМИСЛОВОСТІ

Якимчук Дмитро Михайлович

Київ - 2011

Дисертацією є рукопис.

Робота виконана в Хмельницькому національному університеті Міністерства освіти і науки, молоді та спорту України

Науковий керівник: кандидат технічних наук, доцент Кармаліта Анатолій Костянтинович,Хмельницький національний університет, доцент кафедри машин та апаратів

Офіційні опоненти: доктор технічних наук, професор Піпа Борис Федорович,Київський національний університет технологій та дизайну,професор кафедри інженерної механіки

кандидат технічних наук, доцент Гордєєв Анатолій Іванович,Хмельницький національний університет,доцент кафедри технології машинобудування

Захист відбудеться 29 вересня 2011 року о 14 годині на засіданні спеціалізованої вченої ради Д 26.102.02 в Київському національному університеті технологій та дизайну за адресою: 01011, м. Київ, вул. Немировича-Данченка, 2

З дисертацією можна ознайомитись у бібліотеці Київського національного університету технологій та дизайну за адресою: 01011, м. Київ, вул. Немировича-Данченка, 2

Автореферат розісланий 26 серпня 2011 року

Вчений секретар спеціалізованої вченої ради Г.В. Кошель

ЗАГАЛЬНА ХАРАКТЕРИСТИКА РОБОТИ

Актуальність теми. Розвиток легкої промисловості в цілому не можливий без вдосконалення її складових, однією з яких є різноманітне обладнання, серед якого вагоме місце займають вирубувальні преси.

Технологічна операція вирубування деталей одягу та взуття відіграє значну роль у процесі виготовлення виробів легкої промисловості, а також суттєво впливає на якість та собівартість цих виробів.

Вказана операція виконується в основному на електрогідравлічному пресовому обладнанні. Незважаючи на те, що дане обладнання вже багато років досить успішно використовується на підприємствах легкої промисловості, сучасні ринкові та енергетичні умови вимагають його вдосконалення в напрямку покращення якості виконання операцій та зменшення енергетичних витрат на їх здійснення, підвищення коефіцієнта корисної дії.

З практики відомо цілий ряд недоліків вищевказаного обладнання в розрізі зазначених проблем. Сучасні методи експериментальних досліджень забезпечують точні вимірювання кінематичних, динамічних та енергетичних параметрів обладнання, що дозволить встановити причини недоліків його роботи.

З розвитком обчислювальної техніки з'явилась можливість швидко і легко створювати системи моніторингу для електрогідравлічного пресового обладнання, які дозволяють контролювати технологічний процес вирубування та технічний стан вирубувальних пресів з можливістю їх управління в реальному часі.

Дослідження з визначення раціональних параметрів вирубувальних пресів дозволять встановити ефективні способи усунення вказаних недоліків, що є актуальним завданням, спрямованим на вдосконалення вирубувальних пресів легкої промисловості.

Зв`язок роботи з науковими програмами, планами, темами. Дисертаційна робота відповідає напрямку наукових досліджень Хмельницького національного університету “Наукові та практичні основи проектування високоефективних приводів легкої промисловості ” (протокол №1 від 02.09.2003р.).

Мета і завдання досліджень. Метою досліджень є вдосконалення пресів для вирубування деталей виробів легкої промисловості.

Для досягнення поставленої мети були визначені і вирішені наступні завдання:

встановити тенденції розвитку електрогідравлічного пресового обладнання в різних галузях промисловості;

розробити математичну модель технологічного процесу вирубування на електрогідравлічному пресовому обладнанні;

провести експериментальні дослідження для визначення раціональних режимів роботи електрогідравлічних вирубувальних пресів;

виявити шляхи покращення техніко-економічних показників електрогідравлічного пресового обладнання, а саме: підвищення коефіцієнта корисної дії, зменшення енерговитрат, підвищення якості виконання технологічної операції вирубування;

розробити систему моніторингу електрогідравлічних вирубувальних пресів; електрогідравлічний вирубу вальний прес математичний

розробити метод вибору раціональних енергетичних параметрів вирубувальних пресів.

Об'єкт дослідження - електрогідравлічне пресове обладнання для виконання технологічних операцій легкої промисловості.

Предмет дослідження - вдосконалення пресів для вирубування деталей виробів легкої промисловості.

Методи досліджень. Завдання, що поставлені в даній роботі, вирішувалися на основі сучасних математичних методів з використанням класичних положень теоретичної механіки, фізики, електротехніки, експериментальних методів дослідження енергетичних і силових показників електрогідравлічного пресового обладнання, теорії планування експерименту, методів математичної статистики для обробки експериментальних даних. Математичне моделювання, а також обчислення і обробка експериментальних даних, виконані в середовищах Maple, MathCAD і Excel. Створення віртуальних приладів і проведення досліджень з моделюванням роботи преса виконано в програмному середовищі LabVIEW.

Наукова новизна одержаних результатів полягає в тому, що:

встановлено тенденції розвитку вирубувальних пресів в легкій промисловості і перевірено ефективність їх використання;

розроблено математичну модель технологічного процесу вирубування на електрогідравлічному пресовому обладнанні консольного типу;

визначено залежності зміни спожитої енергії і тиску масла в системі від часу роботи пресового обладнання для кожної з ділянок вирубування;

отримано аналітичні залежності зміни спожитої потужності від периметрів різака для різних видів матеріалу і моментів інерцій маховика.

Практичне значення одержаних результатів полягає в тому, що:

розроблено експериментальний стенд для дослідження енергетичних та силових характеристик вирубувальних пресів, застосування якого дозволяє контролювати технічний стан електрогідравлічного пресового обладнання;

запропоновано принципово нову конструкцію електрогідравлічного вирубувального преса консольного типу (патент України № u200902653);

розроблено рекомендації для проектування електрогідравлічного пресового обладнання, які враховують вплив його енергетичних та силових показників;

розроблено метод вибору раціональних енергетичних параметрів електрогідравлічних вирубувальних пресів;

визначено раціональні енергетичні показники електрогідравлічного пресового обладнання.

Особистий внесок здобувача полягає в постановці та вирішенні основних теоретичних та експериментальних завдань досліджень. Автору належать основні ідеї в розробці методу вибору раціональних енергетичних параметрів електрогідравлічного пресового обладнання, а також узагальнення та аналіз одержаних результатів. У працях, виконаних у співавторстві, особистий внесок здобувача полягає в обговоренні поставлених завдань, проведенні теоретичних та експериментальних досліджень, обробці результатів експериментів, їх науковому обґрунтуванні і формулюванні висновків.

Апробація результатів дисертації. Основні положення та результати роботи були представлені і отримали позитивну оцінку на:

наукових семінарах кафедри машин та апаратів, м. Хмельницький, ХНУ (2008-2010рр.);

щорічних науково-технічних конференціях професорсько-викладацького складу, м. Хмельницький, ХНУ (2008-2010рр.);

І всеукраїнській науково-практичній конференції “Аспекти розвитку сучасних технологій та обладнання”, м. Хмельницький, ХНУ (18-19 квітня 2008р.);

VII-IX всеукраїнських наукових конференціях молодих вчених та студентів “Наукові розробки молоді на сучасному етапі”, м. Київ, КНУТД (2008-2010рр.);

ІІ всеукраїнській науково-технічній конференції “Актуальні проблеми комп'ютерних технологій - 2008”, м. Хмельницький, ХНУ (24 квітня 2008р.);

VII міжнародній конференції молодих науковців “Механіка і інформатика”, м. Краків, ПK (17-18 вересня 2009р.);

міжнародній конференції “Новое в технике и технологии текстильной и легкой промышленности”, м. Вітебськ, ВГТУ (18 листопада 2009р.);

регіональній науково-практичній конференції “Сучасні технології в легкій промисловості і сервісі”, м. Хмельницький, ХНУ (22-23 вересня 2010р.);

розширеному науковому семінарі кафедри машин та апаратів, м. Хмельницький, ХНУ (2010р.);

науковому міжкафедральному семінарі, м. Київ, КНУТД (2010р.);

фаховому семінарі кафедри механічних технологій волокнистих матеріалів, м. Херсон, ХНТУ (2011р.).

Публікації. За темою дисертації опубліковано 14 робіт, у тому числі 7 статей у фахових виданнях, рекомендованих ВАК України, 6 тез доповідей, 1 патент України.

Структура та обсяг дисертації. Дисертація подана на 168 сторінках та містить вступ, чотири розділи з висновками, загальні висновки, список використаних літературних джерел і додатки. Основна частина роботи викладена на 126 сторінках, містить 38 рисунків, 8 таблиць. Список використаних літературних джерел становить 113 найменувань. Додатки складають 30 сторінок.

ОСНОВНИЙ ЗМІСТ РОБОТИ

У вступі обґрунтована актуальність теми дисертації, подано короткий аналіз стану проблеми, її наукова новизна і практична цінність, сформульовані мета і завдання досліджень, вибір об'єкту, предмету та методів досліджень.

У першому розділі проведено аналіз проблеми вдосконалення електрогідравлічного пресового обладнання легкої промисловості.

Аналіз сучасного обладнання для вирубування дозволив встановити основні тенденції розвитку електрогідравлічних пресів в легкій промисловості.

Виявлено ряд недоліків експлуатації електрогідравлічного пресового обладнання: пульсації та перепади тиску, вібрації гідроапаратури, забруднення робочої рідини окалиною та частинками металу, гідравлічні удари, кавітаційний режим роботи гідравлічного насоса, перегрівання і протікання робочої рідини, порушення герметичності ущільнень та трубопроводів.

В результаті аналізу науково-технічної літератури встановлено, що питання вдосконалення вирубувальних пресів легкої промисловості не достатньо досліджене з точки зору зменшення споживання електроенергії, визначення впливу механізму повороту і підйому ударника на ефективність роботи пресів. Відсутні математичні моделі операції вирубування, які б враховували втрати в приводі, його енергетичний баланс, вплив на надійність роботи пресів системи двигун-маховик-насос.

Встановлено, що перспективним напрямом є розробка методу вибору раціональних енергетичних параметрів електрогідравлічного пресового обладнання, який дозволить врахувати недоліки існуючих конструкцій з одночасним зменшенням часових витрат на вибір вказаних параметрів та підвищенням якості виконання вирубування.

У другому розділі проведено аналітичні дослідження процесу виконання технологічної операції вирубування деталей взуття на електрогідравлічному пресовому обладнанні.

Розроблено фізичну (рис. 1) та математичну моделі даного процесу на електрогідравлічному вирубувальному пресі консольного типу.

Рис. 1. Схема дії сил, що виникають в електрогідравлічному пресовому обладнанні під час виконання технологічної операції вирубування: Д - товщина матеріалу;



- глибина занурення різака у вирубувальну плиту; Х - координата миттєвого положення ударника; - початок координат; - координата початку руху ударника; - координата початку вирубування; - координата завершення вирубування; щ - кутова швидкість маховика; - сила вирубування; - вага ударника; - сила інерції; - сила опору повітря; - рушійна сила;

- сила тертя; p - тиск, що діє на дно гідроциліндра скалки;

1 - скалка; 7 - матеріал;

2 - поршень; 8 - вирубувальна плита;

3 - ударник; 9 - гідронасос;

4 - повітряний клапан; 10 - маховик;

5 - станина преса; 11 - електродвигун

6 - різак;

Прийнято наступні припущення: насос за одиницю часу забезпечує постійну продуктивність; температура і в'язкість рідини в гідросистемі не змінюються протягом усього часу роботи преса; температура в порожнині над скалкою постійна.

При розробці математичної моделі процесу вирубування на електрогідравлічному пресовому обладнанні розглянуто два етапи руху ударника: - рух ударника до моменту контакту з різаком; - рух ударника від моменту контакту з різаком до завершення технологічної операції вирубування. Визначено сили, які виникають під час вирубування.

Враховуючи вплив усіх сил, які діють в системі преса, отримано умову виконання технологічної операції вирубування:

. (1)



Відповідно до закону збереження енергії визначено енергетичний баланс привода вирубувального преса:

, (2)

де - кінетична енергія машини;

- робота рушійних сил;

- робота сил корисних опорів;

- робота сил шкідливих опорів.

В розробленій математичній моделі враховано недоліки попередніх досліджень, де всі сили, які діють в пресовому обладнанні (, , , G), приймались як постійний завищений коефіцієнт k.

Робота сили опору повітря визначена наступним чином:

. (3)

Роботи сил тертя , ваги та інерції представлено в наступному вигляді:

, (4)

де - сила тертя скалки об ущільнення поршня;

- сила тертя об направляючу станини;



, (5)

де - маса рухомих частин електрогідравлічного пресового обладнання;

- прискорення вільного падіння;

, (6)

де - прискорення деталей, що переміщуються разом з ударником.

Для визначення сили опору повітря розглянуто тиск повітря в порожнині скалки над поршнем і умовно поділено на два можливих положення ударника (рис. 2).

Рис. 2. Схема робочого ходу вирубувального преса: та - тиск та об'єм стисненого повітря відповідно на першому та другому етапах, - робочий хід преса, і - координати початку та завершення процесу вирубування відповідно

Повна робота електрогідравлічного привода преса з урахуванням роботи, яку виконує електродвигун та маховик, визначається залежністю:

, (7)

де - момент інерції маховика;

- кутова швидкість до початку робочого циклу;

- обертовий момент електродвигуна;

- кут повороту вала електродвигуна.

Роботу, яку виконує ударник преса, розраховано як суму його кінетичної енергії та рушійної сили, яка діє на дно гідроциліндра скалки:

, (8)

де - середня швидкість руху ударника;

- узагальнений коефіцієнт втрат в гідроприводі (= 0,5…0,9);

р - тиск масла в гідроприводі;

- внутрішній діаметр гідроциліндра скалки;

- діаметр штока гідроциліндра скалки.

З врахуванням координат руху ударника отримано наступні рівняння:

На ділянці до контакту ударника з різаком:

, (9)

де - тиск в поворотному циліндрі при завершенні повороту ударника;

- діаметр поворотного циліндра;

- переміщення штока циліндра повороту ударника;

- кутова швидкість в момент початку вирубування ();

- кут повороту вала електродвигуна на ділянці .

На ділянці від початку до кінця вирубування:

. (10)

Враховуючи запропоновані етапи руху ударника і , кінцевий вираз математичної моделі процесу вирубування отримав вигляд:

. (11)



Рівняння енергетичного балансу (11) розв'язуються при відомих величинах факторів, які визначають конструктивні та енергетичні параметри пресового обладнання, технологічні параметри різака і матеріалу, швидкість руху ударника.

Розв'язок математичної моделі (11) дозволяє отримати графічні залежності зміни енергії Е, яку споживає електрогідравлічне пресове обладнання, від периметра різака (рис. 3) при різних величинах момента інерції маховика та переміщень ударника х (рис. 4).

Рис. 3. Залежність зміни енергії, яку споживає електрогідравлічне пресове обладнання, від периметра різака в залежності від момента інерції маховика при Д=1мм: 1 - кг·м2; 4 - кг·м2; 2 - кг·м2; 5 - кг·м2 3 - кг·м2;



Рис. 4. Залежність зміни спожитої енергії від переміщення ударника при L=0,6 м та Д=1мм для різних моментів інерції маховика: 1 - кг·м2; 4 - кг·м2; 2 - кг·м2; 5 - кг·м2 3 - кг·м2;

Третій розділ присвячено встановленню раціональних конструктивних, енергетичних і технологічних параметрів електрогідравлічних вирубувальних пресів, а також перевірці адекватності математичної моделі.

З цією метою розроблено експериментальний стенд на базі преса ПВГ-8-2-0, оснащений вимірювальною апаратурою. Основними елементами вимірювальної апаратури є: вимірювальний блок 5, блок гальванічної розв'язки HL-7B30 6, аналогово-цифровий перетворювач NI USB-6009 7 і персональний комп'ютер 8 (рис. 5).



Рис. 5. Експериментальне вимірювальне обладнання на базі преса ПВГ-8-2-0: а - зовнішній вигляд; б - схема; 1 - ударник; 6 - блок гальванічної розв'язки HL-7B30; 2 - різак; 7 - АЦП NI USB-6009; 3 - матеріал; 8 - персональний комп'ютер; 4 - вирубувальна плита; 9 - відеокамера Canon SX120 IS 5 - вимірювальний блок;

Блок 5 складається з: системи живлення, датчиків струму, елементів керування.

Вимірювальне обладнання працює за принципом аналогово-цифрового перетворення струмового сигналу, що споживає електрообладнання преса за допомогою високоточних датчиків струму та АЦП з наступним виведенням експериментальних даних на екран персонального комп'ютера.

Для отримання точних даних вимірювальних характеристик використано блок гальванічної розв'язки HL-7B30, АЦП NI USB-6009 фірми National Instruments, датчики струму фірми ALLEGRO ACS704ELC-015, датчик тиску фірми ADZ Nagano SML-20. Для проведення досліджень розроблено програму в середовищі LabVIEW для отримання основних енергетичних та силових показників електрогідравлічного пресового обладнання.

За результатами проведених досліджень встановлено взаємозв'язок напруги U, струму I, а також потужності, що споживається N під час пуску і вирубування на пресі ПВГ-8-2-0 (рис. 6).

Рис. 6. Залежність зміни спожитої потужності від часу роботи під час пуску і вирубування: п - пуск преса; хх - холостий хід (вистій ударника); ру - рух ударника

Встановлено, що потужність, яка споживається пресом під час пуску, складає в середньому 13…15 кВт в інтервалі часу 0,04 с, при тривалості самого процесу вирубування с.

Враховуючи те, що вмикання преса здійснюється всього декілька разів за зміну, а кількість циклів вирубування за цей час становить 3000…3200, тому запропоновано при дослідженнях не враховувати пускові стрибки потужності (струмів та напруг), оскільки вони суттєво не впливають на енергетичний баланс пресового обладнання в цілому. Тому в дослідженнях вирубувальних пресів розглянуто найбільш динамічний етап роботи - технологічна операція вирубування.

На основі експериментальних досліджень з визначення енергетичних та силових показників електрогідравлічних вирубувальних пресів побудовано графічні залежності зміни спожитої потужності та тиску масла в системі від часу роботи під час вирубування (рис. 7, рис. 8).

Рис. 7. Залежність зміни спожитої потужності від часу роботи під час виконання вирубування: хх - холостий хід (вистій ударника); п1 - поворот ударника в робоче положення; рх1 - опускання ударника до контакту з різаком; в - вирубування; рх2 - піднімання ударника; п2 - повернення ударника в початкове положення



Рис. 8. Залежність зміни тиску в гідросистемі під час виконання технологічної операції вирубування: п1 - поворот ударника в робоче положення; р1 - опускання ударника до контакту з різаком; вир - вирубування; р2 - піднімання ударника; п2 - повернення ударника в початкове положення

Аналіз представлених залежностей показує, що найбільші піки споживання потужності спостерігаються під час повороту і опускання ударника, а також під час вирубування. Запізнення в спрацюванні електро- і гідроапаратури призводять до появи закидів тиску, які в 1,1…1,3 рази перевищують допустимі 10 МПа на проміжку часу 0,03…0,04 с (рис. 7, ділянка СD). Вперше отримано залежності спожитої потужності та тиску масла в системі від часу роботи пресового обладнання в реальному часі, які дозволяють оцінити дійсну форму навантаження пресів.

Для оцінки якості виконання вирубування на електрогідравлічному пресовому обладнанні проведено дослідження з визначення швидкості переміщення ударника. За допомогою відеокамери SX 120 IS фіксувалось переміщення ударника з наступним накладанням сітки в графічному середовищі AutoCAD, враховуючи масштабні коефіцієнти (рис. 9).



На основі проведення серії експериментів побудовано графічні залежності зміни швидкості переміщення ударника від часу роботи пресового обладнання (рис. 10).

Рис. 10. Залежність зміни швидкості переміщення ударника від часу роботи для натуральної шкіри верху товщиною мм та різака периметру м: рх1 - опускання ударника до контакту з різаком; в - вирубування; рх2 - піднімання ударника



Аналіз отриманих результатів показав, що найбільша швидкість переміщення ударника спостерігається під час його піднімання після завершення вирубування та становить V=0,35…0,37м/с. Визначено, що нерівномірність швидкості переміщення ударника сприяє погіршенню якості вирубаних деталей та перевантаженню пресів.

З метою встановлення раціональних енергетичних параметрів електрогідравлічного пресового обладнання експериментально досліджено вплив робочих характеристик маховиків на динаміку його роботи. Для цього виготовлено п'ять маховиків (№1-5) з різними конструктивними параметрами.

На основі проведених досліджень побудовано графічні залежності зміни спожитої потужності від момента інерції маховика для різних матеріалів (рис. 11).

Рис. 11. Графічні залежності зміни спожитої потужності від момента інерції маховика для різних матеріалів: 1 - натуральна шкіра верху взуття; 2 - штучна шкіра верху взуття; 3 - картон взуттєвий

Аналіз отриманих графіків показав, що для використання в пресовому обладнанні найбільш раціональним є маховик №4, за умови встановлення якого спостерігається найменше споживання потужності, що складає N=1,01…1,05 кВт.

Маховик №3, який встановлений на серійних пресах заводом-виробником, не відповідає умовам енергоефективності. Встановлено, що найменш ефективними є маховики №1 і №2. За умови їх використання потужність, яка споживається з мережі, становить N=1,56…1,67 кВт і N=1,3…1,4 кВт відповідно.

З метою підвищення ефективності роботи електрогідравлічних вирубувальних пресів визначено вплив механізму повороту ударника на якість виконання вирубування. Для цього на базі преса ПВГ-8-2-0 виконано ряд конструктивних змін: в напорну магістраль низького тиску преса включено регульований дросель з двопозиційним золотниковим розподільником, в кінцеві вимикачі механізма повороту ударника встановлено реле часу, змінено вузол кріплення ударника гідроциліндра скалки з встановленням радіально-упорних підшипників, внесено зміни до електричної та гідравлічної схем преса.

Проведені дослідження показали, що вдосконалений механізм повороту ударника сприяє зменшенню перевантаження пресів та коливань гідросистеми, порівняно з існуючим обладнанням з одночасним покращенням якості вирубаних деталей (рис. 12).

Рис. 12. Фотознімки зрізу натуральної шкіри: а, б - автоматичний поворот ударника;

в - удосконалений механізм повороту ударника;

Д - товщина шкіри; t - відхилення від контрольної лінії зрізу шкіри



З метою зменшення перевантаження електрогідравлічного пресового обладнання досліджено вплив способу переміщення ударника на ефективність його роботи. Для проведення досліджень виконано ряд конструктивних змін, повітря з порожнини над поршнем циліндра скалки замінено на масло з відповідним з'єднанням з гідросистемою.

Взаємозв'язок спожитої потужності від часу роботи пресового обладнання визначено аналітичним і експериментальним шляхом.

Експериментальні дослідження показали, що використання енергії тиску масла покращує характер навантаження на ударнику преса.

Встановлено, що використання енергії тиску масла для піднімання і опускання ударника підвищує ефективність роботи вирубувальних пресів з незначним зменшенням часу піднімання ударника після вирубування.

Розроблено систему моніторингу електрогідравлічного пресового обладнання характерними особливостями якої є:

виведення сигналів всіх датчиків на екран ПК, як у вигляді графіків, так і більш звичному вигляді (класичні прилади зі стрілками);

отримання всіх вимірювальних характеристик в реальному часі;

можливість керування роботою преса з допомогою екранних кнопок;

можливість попереднього встановлення часу спрацювання датчиків положення.

Для системи моніторингу створена програма в середовищі LabVIEW, яка аналізує отримані дані для прийняття відповідного рішення, що лежить в основі розробленого алгоритму керування електрогідравлічним пресовим обладнанням.

Розроблена система моніторингу електрогідравлічних вирубувальних пресів здійснює контроль над їх роботою в реальному часі, обробляє всю необхідну інформацію та дозволяє отримати числові дані одразу після проведення експерименту. Дана система дозволяє зменшити час на діагностику та ремонт пресового обладнання за рахунок отримання точної інформації про їх стан з урахуванням дійсних значень вимірювальних характеристик обладнання, що досліджується.

Перевірку адекватності математичної моделі процесу вирубування на електрогідравлічному пресовому обладнанні проведено з метою визначення достовірності виконаних теоретичних припущень і аналітичних розрахунків з врахуванням всіх факторів процесу. В результаті проведення серії експериментів побудовано графіки зміни потужності , яку споживає електрогідравлічне пресове обладнання від периметра різака для різних матеріалів (табл. 1).

Таблиця 1 - Залежності зміни спожитої потужності від периметра різака для різних матеріалів та маховиків

Вид матеріалу	Залежності зміни спожитої потужності від периметра різака	Достовірність апроксимації,
Маховик №1,
натуральна шкіра верху		1
штучна шкіра верху		0,99
картон взуттєвий		1
Маховик №2,
натуральна шкіра верху		1
штучна шкіра верху		1
картон взуттєвий		1
Маховик №3,
натуральна шкіра верху		0,99
штучна шкіра верху		1
картон взуттєвий		1

Отримані залежності (табл. 1) дозволяють знаходити потужність, яку споживає електрогідравлічне пресове обладнання від периметра різака у відповідності з видом матеріалу, що вирубується для різних маховиків.

Визначено, що найбільше сходження з експериментальними даними спостерігається за умови використання маховика №4 з моментом інерції .

Встановлено, що розроблена математична модель адекватна, а загальна похибка між теоретичними і експериментальними кривими лежить в межах допустимих 5%, тому може бути використана для проектування електрогідравлічного пресового обладнання легкої промисловості.

В четвертому розділі розроблено метод вибору раціональних енергетичних параметрів електрогідравлічного пресового обладнання, який ґрунтується на енергетичному принципі.

Метод базується на дотриманні енергетичного балансу привода електрогідравлічних вирубувальних пресів з врахуванням існуючих розрахунків момента інерції маховика, потужностей електродвигуна та гідронасоса.

Для зменшення встановленої потужності електродвигуна привода преса в розрахунках враховано момент інерції маховика та його кінетичну енергію. Для зменшення втрат, які виникають під час виконання технологічної операції вирубування в пресовому обладнанні в метод включено розроблену математичну модель (11).

Структурна схема розробленого методу вибору раціональних енергетичних параметрів електрогідравлічного пресового обладнання представлена на рис. 13.



Рис. 13. Структурна схема методу вибору раціональних енергетичних параметрів електрогідравлічного пресового обладнання

Для стабільної роботи вирубувальних пресів метод враховує умову перегрівання двигуна. Нагрівання електродвигуна обумовлюється втратами потужності, які виникають в ньому під час роботи, основними з яких є втрати на нагрівання обмоток робочим струмом. За рахунок дотримання вказаної умови забезпечується надійна робота електродвигуна.

Значною перевагою розробленого методу є врахування дійсної форми піків навантажень, які виникають в електрогідравлічних пресах під час виконання вирубування, що суттєво впливає не тільки на швидкість та якість розрахунку, а й на енергоспоживання обладнання. За рахунок цього вдається найбільш точно підібрати пару електродвигун-насос зі зниженням потужності двигуна та врахуванням встановленої потужності гідронасоса. Такий принцип забезпечує значне зменшення енергоспоживання обладнання та підвищує ефективність його роботи.

Здійснено порівняння техніко-економічних показників існуючого і вдосконаленого електрогідравлічного пресового обладнання, результати якого представлені в табл. 2.



Таблиця 2 - Техніко-економічні показники електрогідравлічного пресового обладнання

Критерій порівняння	ПВГ-8-2-0	Вдосконалений прес на базі ПВГ-8-2-0	С06.01 фірми “Compart”
Коефіцієнт відносної маси , кг/кН	11,22	11,22	4,06
Коефіцієнт енерговитрат , Вт/мм	3,22	2,19	2,73
Коефіцієнт динамічності , Вт/кг	0,09	0,09	0,25
Коефіцієнт використання встановленої потужності електродвигуна	0,63	0,85	0,81
Коефіцієнт використання встановленої потужності гідронасоса	0,53	0,53	0,36

Проведені дослідження з визначення раціональних робочих показників вирубувальних пресів дозволили підвищити коефіцієнт корисної дії вдосконаленого обладнання. При цьому коефіцієнти корисної дії склали: 22% для преса ПВГ-8-2-0, 33% для розробленого пресового обладнання на базі ПВГ-8-2-0, 35% для преса С06.01 Compart. За одну зміну вдосконалений прес забезпечує значну економію енергоресурсів, яка становить 5,12 кВт в порівнянні з пресом ПВГ-8-2-0 і 11,72 кВт - з пресом С06.01 Compart.



ЗАГАЛЬНІ ВИСНОВКИ

Встановлено тенденції розвитку електрогідравлічного пресового обладнання в легкій промисловості, а також запропоновано напрямки вдосконалення вказаного обладнання.

Розроблено математичну модель процесу вирубування на електрогідравлічному пресовому обладнанні, яка враховує технологічні параметри вирубування, втрати в пресі та енергетичний баланс привода з урахуванням системи електродвигун-маховик-гідронасос.

Розроблено експериментальний вимірювальний стенд, який дозволяє проводити дослідження з визначення енергетичних і силових показників вирубувальних пресів та їх діагностики з урахуванням дійсних піків навантажень привода в реальному часі.

Розроблено систему моніторингу для електрогідравлічного пресового обладнання, яка дозволяє зменшити час на діагностику та ремонт вирубувальних пресів за рахунок отримання точної інформації про їх стан з врахуванням дійсних значень вимірювальних характеристик.

Встановлено раціональні конструктивні, енергетичні та технологічні параметри вирубувальних пресів, на основі яких побудовано залежності, які дозволяють аналітично розраховувати спожиту потужність від периметра різака для різних видів матеріалу і моментів інерції маховика. При цьому коефіцієнт корисної дії вдосконаленого пресового обладнання підвищено на 11%, порівняно з пресом ПВГ-8-2-0.

Розроблено метод, який дозволяє визначити раціональні енергетичні параметри електрогідравлічного пресового обладнання з одночасним зменшенням часових витрат на їх вибір і підвищенням якості виконання вирубування.

Встановлення раціональних робочих показників вдосконаленого електрогідравлічного обладнання підвищило його ефективність із зменшенням енергоспоживання на 35%, порівняно з пресом ПВГ-8-2-0 і 14% - С06.01 Compart, при цьому енергія, спожита пресами за один цикл вирубування склала 1,97 кДж для преса ПВГ-8-2-0, 1,35 кДж для вдосконаленого пресового обладнання на базі преса ПВГ-8-2-0, 1,3 кДж для преса С06.01 Compart.



ЗА ТЕМОЮ ДИСЕРТАЦІЇ ОПУБЛІКОВАНІ НАСТУПНІ РОБОТИ

1. Якимчук Д.М. Перспективи вдосконалення електрогідравлічних пресів в легкій промисловості / Д.М. Якимчук, А.К. Кармаліта, Д.В. Прибега // Вісник Хмельницького національного університету. - 2008. - № 2. - С. 105-107.

2. Якимчук Д.М. Аналіз методів вимірювання крутних моментів в приводах електрогідравлічних пресів легкої промисловості / Д.М. Якимчук, А.К. Кармаліта // Вісник Хмельницького національного університету. - 2008. - № 6. - С. 35-37.

3. Karmalita A.K. Investigation of energetic parameters of electro-hydraulic press equipment / A.K. Karmalita, D.M. Yakymchuk // Вісник Чернігівського Державного технологічного університету. - Чернігів : ЧДТУ, 2010. - № 42. - С. 265-269.

4. Кармаліта А.К. Вплив енергетичних та силових показників пресового обладнання на динаміку його роботи / А.К. Кармаліта, Д.М. Якимчук // Вісник Житомирського державного технологічного університету. - 2010. - №2. Т 1. - С. 31-34.

5. Кармаліта А.К. Методика вибору оптимальних енергетичних параметрів електрогідравлічного пресового обладнання / А.К. Кармаліта, Д.М. Якимчук // Восточно-европейский журнал передових технологий. - 2010. - №6. - С. 10-15.

6. Кармаліта А.К. Математична модель електрогідравлічного вирубувального преса консольного типу / А.К. Кармаліта, Д.М. Якимчук // Вісник Хмельницького національного університету. - 2010. - № 5. - С.98-103.

7. Якимчук Д.М. Підвищення ефективності роботи вирубувальних пресів легкої промисловості / Д.М. Якимчук // Вісник Хмельницького національного університету. - 2011. - № 1. - С.46-50.

8. Пат. № 43005 UA, A43D. Електрогідравлічний вирубувальний прес з поворотним ударником / Якимчук Д.М., Кармаліта А.К. - № u200902653; заявл. 23.03.2009 ; опубл. 27.07.2009, Бюл. № 14.

9. Якимчук Д.М. Можливості застосування сучасних методів вимірювання параметрів електрогідравлічного пресового обладнання легкої промисловості / Д.М. Якимчук // Актуальні проблеми комп'ютерних технологій : зб. наук. праць. - Хмельницький : ХНУ, 2008. - Т. 2. - С. 174-177.

10. Якимчук Д.М. Аналіз недоліків електрогідравлічного пресового обладнання в легкій промисловості / Д.М. Якимчук // Тези доповідей VII всеукр. наук. конф. молодих вчених та студ. [“Наукові розробки молоді на сучасному етапі”]. - К. : КНУТД, 2008. - С. 163.

11. Якимчук Д.М. Підвищення ефективності роботи електрогідравлічних пресів консольного типу легкої промисловості / Д.М. Якимчук, А.К. Кармаліта // Тези доповідей VIII всеукр. наук. конф. молодих вчених та студ. [“Наукові розробки молоді на сучасному етапі”]. - К. : КНУТД, 2009. - Т. 2. - С. 51-52.

12. Кармалита А.К. Математическая модель движения поршня электрогидравлического вырубного пресса / А.К. Кармалита, Д.М. Якимчук // Новое в технике и технологи текстильной и легкой промышленности : матер. междунар. науч. конф. - Витебск : УО “ВГТУ”, 2009. - Ч. 2. - С. 120-123.

13. Якимчук Д.М. Дослідження енергетичних параметрів електрогідравлічного пресового обладнання легкої промисловості / Д.М. Якимчук, А.К. Кармаліта // Тези доповідей IX всеукр. наук. конф. молодих вчених та студ. [“Наукові розробки молоді на сучасному етапі”]. - К. : КНУТД, 2010. - Т. 2. - С.51-52.

14. Якимчук Д.М. Розробка комплексної методики вибору оптимальних енергетичних параметрів вирубувальних пресів / Д.М. Якимчук, А.К. Кармаліта // Зб. тез доп. Регіональної науково-практ. конф. [“Сучасні технології в легкій промисловості і сервісі”]. - Хмельницький, 2010. - С. 89.

Особистий внесок автора у публікаціях [1-8] - проведення експериментальних досліджень і обробка їх результатів. Тези доповідей [9-14] ілюструють основні аспекти наукових досліджень дисертаційної роботи.



АНОТАЦІЯ

Якимчук Д.М. Вдосконалення пресів для вирубування деталей виробів легкої промисловості. - Рукопис.

Дисертація на здобуття вченого ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.05.10 - машини легкої промисловості. - Київський національний університет технологій та дизайну, Київ, 2011.

Дисертацію присвячено питанню вдосконалення електрогідравлічного пресового обладнання легкої промисловості.

Розроблено математичну модель технологічного процесу вирубування на електрогідравлічному пресовому обладнанні, вимірювальний блок для дослідження енергетичних та силових показників вирубувальних пресів.

Визначено раціональні конструктивні, енергетичні та технологічні параметри вирубувальних пресів. Розроблено метод вибору раціональних енергетичних параметрів електрогідравлічного пресового обладнання. Основні технічні розробки перевірено у наукових лабораторіях з метою оцінки їх ефективності.

Ключові слова: електрогідравлічне пресове обладнання, вирубувальний прес, вирубування, енергетичні параметри, раціональні параметри, енерговитрати, метод.



АНОТАЦИЯ

Якимчук Д.М. Совершенствование прессов для вырубки деталей изделий легкой промышленности. - Рукопись.

Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук по специальности 05.05.10 - машины легкой промышленности. - Киевский национальный университет технологий и дизайна, Киев, 2011.

Диссертация посвящена вопросу совершенствования электрогидравлического прессового оборудования легкой промышленности.

Установлены тенденции развития электрогидравлического прессового оборудования в легкой промышленности, выявлен ряд недостатков его эксплуатации, а также предложены направления совершенствования указанного оборудования.

Разработана математическая модель процесса вырубки на электрогидравлическом прессовом оборудовании, которая учитывает технологические параметры вырубки, потери в прессе и энергетический баланс привода с учетом системы электродвигатель-маховик-гидронасос.

Разработан измерительный блок, который позволяет проводить исследование по определению энергетических и силовых показателей прессового оборудования и его диагностики с учетом действительных пиков нагрузок привода в реальном времени.

На основе проведенных экспериментальных исследований определены рациональные конструктивные, энергетические и технологические параметры вырубных прессов. За счет предложенных совершенствований энергопотребление оборудования уменьшено на 35% сравнительно с прессом ПВГ-8-2-0 и на 14% по сравнению с прессом С06.01 Compart с учетом коэффициента соответствия максимальных рабочих усилий, которые создаются во время вырубки. Определено, что энергия, употребляемая прессами за один цикл вырубки, составила 1,97 кДж для пресса ПВГ-8-2-0, 1,35 кДж для усовершенствованного прессового оборудования на базе ПВГ-8-2-0, 1,3 кДж для пресса С06.01 Compart.

Разработан метод выбора рациональных энергетических параметров электрогидравлического прессового оборудования, который позволяет сократить время на выбор указанных параметров с повышением качества выполнения вырубки.

Экспериментальные исследования позволили повысить коэффициент полезного действия усовершенствованного электрогидравлического прессового оборудования на 11% по сравнению с прессом ПВГ-8-2-0 и почти не отличается от пресса С06.01 Compart.

Ключевые слова: электрогидравлическое прессовое оборудование, вырубной пресс, вырубка, энергетические параметры, рациональные параметры, энергозатраты, метод.



SUMMARY

Yakymchuk D.M. Perfection of presses for cutting details of wares of light industry.

The dissertation on obtaining the degree of the Candidate of Technical Sciences in specialty 05.05.10 - light industry machines. - Kyiv National University of Technologies and Design, Kyiv, 2011.

Dissertation is devoted to the question of perfection of electro-hydraulic press equipment of light industry.

The mathematical model of technological process of cutting on electro-hydraulic press equipment, measuring block for research of power indexes of cutting presses are worked out.

The rational structural, power and technological parameters of cutting presses are certain. The method of choice of rational power parameters of electro-hydraulic press equipment is worked out. Basic technical developments are tested in scientific laboratories with the aim of estimation of their capacity and efficiency.

Keywords: electro-hydraulic press equipment, cutting press, cutting out, power parameters, rational parameters, energy charges, method.

Размещено на Allbest.ru