Введение к работе
Актуальность темы исследования. В настоящее время наблюдается рост объёма услуг по изготовлению обуви на различных обувных предприятиях, в том числе на малых и средних, которыми представлена по данным последних исследований обувная промышленность России. Для этих предприятий необходимо оборудование, реализующее наиболее эффективные по степени воздействия на структуру материалов способы обработки, имеющее системы контроля и регулирования параметров обработки.
Гигротермическое воздействие, включающее операции «увлажнение», «влажно-тепловая фиксация», «сушка» и «влажно-тепловая обработка», является обязательным и, в значительной степени, определяет формоустойчивость и товарный вид готовых изделий при производстве обуви. Целью гигротермического воздействия является не только обеспечение требуемого технологией влагосодержания заготовок обуви, но и скорость его достижения, то есть интенсивность воздействия.
В настоящее время гигротермическое воздействие осуществляется при атмосферном давлении и в условиях пониженного давления - вакуума, обеспечивающего интенсификацию процессов и максимальные воздействия на микрокапиллярную структуру кожи для изменения показателей её физико-механических свойств.
Увлажнение при атмосферном давлении производится на специализированном гигротермическом оборудовании и является энергозатратным, так как из-за длительности диффузионного механизма перемещения влаги продолжительность выполнения операций составляет при увлажнении от 15 до 100 минут; при сушке до 2 часов. Причём в первую очередь при этом происходит заполнение влагой макрокапилляров, а воздействие на микрокапиллярную структуру кож носит случайный характер.
Использование на малых предприятиях по изготовлению обуви специализированного вакуумного гигротермического оборудования проходного типа, выпускаемого для крупносерийного производства, экономически нецелесообразно из-за его высокой производительности, несоответствующей условиям работы малых и средних предприятий, больших габаритов, значительной энергоёмкости, а зачастую и технически затруднено из-за отсутствия необходимых производственных площадей. Поэтому проведение гигротермических операций в соответствии с требуемыми технологическими процессами на одной универсальной установке обеспечит целесообразность её применения и энергетическую эффективность, что является актуальным в связи с Федеральным законом № 261-ФЗ от 23.11.2009 г. «Об энергосбережении и о повышении энергетической эффективности».
Для управления параметрами процессов интенсифицированного гигротермического воздействия (ИГВ) и достижения требуемых технологией
относительной влажности и показателей физико-механических свойств обрабатываемых материалов с наибольшей скоростью необходима разработка математических обобщённых моделей, которые объединяли бы параметры интенсифицированной обработки на таком универсальном оборудовании и показатели таких свойств материалов, как технологические, структурно-геометрические, теплофизические, физико-механические.
Таким образом, создание универсальной вакуумной установки, управление её параметрами на базе математических обобщённых моделей процессов ИГВ в условиях вакуума, является актуальным.
Целью диссертационного исследования является разработка и исследование универсальной вакуумной установки, реализующей интенсифицированное гигротермическое воздействие на заготовки верха обуви с системой управления её параметрами на основе обобщённых моделей функционирования.
Объектом исследования является универсальная вакуумная установка и процессы интенсифицированного гигротермического воздействия на заготовки верха обуви.
Предметом исследования являются режимные параметры процессов ИГВ при производстве обуви.
Достижение поставленной цели предусматривает решение следующих задач:
исследование современных технологий и оборудования для ИГВ на заготовки верха обуви и выбор наиболее эффективных путей их совершенствования;
создание структурной модели функционирования системы ИГВ и разработка обобщённых критериальных зависимостей, связывающих показатели технологических свойств материалов обрабатываемых заготовок верха обуви с параметрами гигротермического воздействия;
разработка способа интенсифицированного гигротермического воздействия на заготовки верха обуви;
разработка установки для экспериментальных исследований процессов ИГВ с системой управления её параметрами;
- проведение экспериментальных исследований процессов ИГВ на
заготовки верха обуви;
разработка рекомендаций по использованию вакуумного энергосберегающего гигротермического оборудования.
Методы исследования. В диссертационной работе использованы следующие методы: теории тепломассопереноса, анализа и синтеза, системного подхода, теории подобия и размерностей, подобия функционирования технических систем (ПФТС), математического анализа, статистики при проведении экспериментальных исследований влияния различных факторов процессов гигротермических воздействий на физико-механические свойства заготовок верха обуви.
Научная новизна работы:
созданы обобщённые критериальные модели системы
интенсифицированного гигротермического воздействия на заготовки верха
обуви, отличающиеся от известных ранее наличием критериев подобия,
учитывающих технологические, структурно-геометрические,
теплофизические, физико-механические свойства обрабатываемых материалов и рекомендуемые технологией параметры обработки;
разработан способ интенсифицированной гигротермической обработки с параллельно-последовательным выполнением операций увлажнения, фиксации, сушки, влажно-тепловой обработки заготовок верха обуви на перфорированных колодках с одновременным вакуумированием их с бахтармяной стороны и приложением давления с лицевой;
обосновано использование для управления процессами интенсифицированного гигротермического воздействия частных критериев подобия.
Практическая значимость работы заключается в разработке:
способа гигротермической фиксации заготовок верха обуви;
схемных решений установки для ИГВ;
частных и обобщённых критериев подобия для оценки процессов гигротермического воздействия;
алгоритма и программного обеспечения для управления процессами гигротермического воздействия.
Достоверность полученных результатов исследований обеспечивается:
использованием в качестве теоретической базы фундаментальных исследований отечественных и зарубежных авторов по вопросам гигротермического воздействия на заготовки верха обуви;
применением современных методов исследований, оборудования и приборов для подготовки и проведения экспериментов, использованием ПК и пакета прикладных программ для обработки полученных результатов;
- апробацией теоретических выводов на научных конференциях и
опубликованием работ.
Апробация работы. Основные положения и результаты исследования докладывались на Всероссийской научно-технической конференции «Современные инновационные технологии и оборудование» (г. Тула - 2006 г.), на межвузовских и Всероссийских научно-технических конференциях Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса (г. Шахты - 2007, 2008, 2009, 2010 гг.), на Международной научно-практической конференции «Актуальные проблемы инновационного развития хлопкоочистительной, текстильной, лёгкой, полиграфической промышленностей и подготовки кадров» (г. Ташкент - 2009 г.), на Международной научно-технической конференции молодых специалистов, аспирантов и студентов «Математическое и компьютерное моделирование естественнонаучных и социальных проблем» (г. Пенза - 2009 г.), на
Международной научно-практической конференции Восточно-Украинского национального университета им. В. Даля (г. Луганск - 2010 г.).
Результаты работы использованы предприятиями ЗАО «Прогресс», ООО «Таурус» г. Шахты, фирма «Гарант» г. Ростова-на-Дону и др.
Материалы диссертации использованы в учебном процессе ЮРГУЭС при изучении дисциплины «Оборудование производств изделий из кожи и основы проектирования оборудования», в курсовом и дипломном проектировании.
Публикации. По результатам проведённых исследований опубликовано 9 работ, в том числе одна в изданиях из перечня ВАК РФ, а также получено два патента РФ на изобретение, свидетельство на программный продукт и положительное решение на выдачу патента.
Структура и объём диссертации. Диссертация состоит из введения, четырёх глав, общих выводов, приложений и содержит 138 страниц машинописного текста, 25 рисунков, 24 таблицы и список литературных источников из 102 наименований.
Диссертация выполнена на кафедре «Машины и аппараты бытового назначения» (ГОУ ВПО «ЮРГУЭС») Южно-Российского государственного университета экономики и сервиса.
