CC BY
52
УДК 675.055.18
АНАЛИЗ ПАРАМЕТРОВ ЗАТОЧНЫХ СИСТЕМ СТРОГАЛЬНЫХ МАШИН ДЛЯ ОБРАБОТКИ КОЖЕВЕННЫХ МАТЕРИАЛОВ
В.А. Иванов, д.т.н., профессор, e-mail: [email protected] В.В. Рашкин, аспирант
ФГОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», г. Москва
Доказано на основе системного анализа, что основным условием достижения высокого качества обработки кожи является оптимизация конструкции заточного механизма и режимов заточки; рассмотрены вопросы управления системой заточки режущей кромки винтообразных ножей с помощью абразивного инструмента.
The system analysis proves that the design optimization of the grinding device and grinding environment is fundamental for achieving high quality in leather-processing. The authors examine the management of the grinding system for the cutting edge of the helical blades using abrasive tools.
Ключевые слова: строгание, заточка, режущая кромка, прогнозирование, параметры резания, абразивный инструмент.
Key Words: planing, grinding, cutting edge, modeling, abrasive tool, cutting parameters.
В процессе работы строгальных машин для обеспечения качества строгания необходимо постоянно отслеживать состояние режущей кромки винтообразных ножей и при необходимости проводить их заточку.
Вопросы теории и механизма стружкообра-зования при строгании кожевенных материалов, дающие представление о влиянии различных факторов на точность, качество, производительность операций, в известных работах рассматриваются в основном с точки зрения самого рабочего процесса. Исследование влияния материала и технологий изготовления спиральных ножей, особенностей абразивного инструмента и режимов заточки ножей на их эксплуатационные характеристики проводилось в [1,2].
Однако многие вопросы этого процесса остаются нерассмотренными до настоящего времени.
Работа строгальной машины состоит из двух процессов: собственно резания (строгания) кожи винтовыми ножами и затачивания ножей непосредственно на машине, что составляет важнейшую конструктивную особенность этих машин. При эксплуатации машин важным является правильное определение периодичности заточки ножей, так как условия резания кожи при этом существенно меняются. Обычно интервал между подзаточками ножевого вала составляет
10-15 единиц обрабатываемого полуфабриката. Причем качество обработки первых и последующих единиц полуфабриката несколько отличается от качества обработки основного массива. Поэтому уменьшать промежутки между подзаточ-ками не имеет смысла, так как инструмент проходит стадию приработки после каждого цикла. Увеличивать его также невозможно, потому что качество строгания постепенно падает, и требуется определить именно этот момент, когда заточка ножей становится необходимой по технологическим условиям.
К основным механизмам строгальных машин относятся механизмы подачи полуфабриката с помощью прижимного вала и перемещения его в рабочее и исходное положения, механизм ножевого вала и заточное устройство. На практике заточка спиральных ножей строгальных машин обычно осуществляется за два прохода абразивного инструмента. При первом происходит резание металла и обновление режущей кромки ножей, а второй, проводимый без поперечной подачи режущего инструмента, предназначен для «выборки» биения ножевого вала по вершинам ножей. Большое число проходов способно повысить качество режущей кромки, но снижает производительность машины, вот почему данный процесс оптимизируют указанным числом проходов. Поэ-
тому одним из основных направлений улучшения работы заточных систем является совершенствование управления процессом формирования целенаправленного поведения системы строгальной машины посредством информационных воздействий.
К задачам управления относятся мониторинг процесса, стабилизация условий работы в процессе строгания, выполнение заданной программы, отслеживание управляющих воздействий. При этом надо иметь в виду, что работа строгальной машины происходит в условиях достаточно агрессивных сред, где присутствует высокая влажность полуфабриката, действуют различные химикаты, участвующие в процессе обработки кожевенного материала. Подача материала на машину происходит вручную, что снижает производительность машины, так как полуфабрикат имеет достаточно большой вес из-за значительной его влажности. Особенно сложной эта операция представляется для шкур крупного развеса, поэтому их обработка должна контролироваться особенно строго. Это предполагает осуществление входного и выходного контроля всей партии товара и на основе этого проведение соответствующих корректировок в настройке машины. Подзаточка ножей тоже осуществляется в зависимости от многих факторов, наиболее существенными из которых являются вид обрабатываемого материала и глубина резания при определенной скорости подачи материала.
Целью мониторинга процесса является определение состояния или поведения системы в каждый момент времени при работе машины. В строгальной машине от затачивающей системы требуется следующее:
• поддержание в определенных пределах геометрии режущей кромки ножей, обеспечивающей заданное качество резания (качество обработки поверхности кожи);
• сохранение необходимой цилиндричности ножевого вала при затачивании ножей, т. е. отсутствие биения вала, что задается в технических требованиях.
Необходимо добиться при эксплуатации машин условий стабильности режимов резания, т. е. удержания затачивающей системы в установившемся режиме при случайных или систематических возмущающих воздействиях (провокациях), для того, чтобы система могла выполнять свои цели - задачу целеполагания.
Если формализовать процесс работы строгальной машины, то можно представить, что система включает в себя три подсистемы:
1) управляющую (УС);
2) управляемую - объект управления (ОУ);
3) передающую - систему связи (СС).
Управляющая система совместно с системой связи образует систему управления (СУ) (рис. 1). Состояние среды (ножевого вала) характеризуется информацией об износе ножей, дисбалансе вала, отклонении его от цилиндрической поверхности. При этом отклонения имеет как сам вал, так и поверхность, определяемая винтообразными ножами. В реальных условиях имеет место так называемая бочкообразность вала, которая может существенно изменить параметры резания. Особенно важно это при обработке достаточно тонких кож (особенно после двоения)
Рис. 1. Схема управления строгальной машиной
и при задании большой глубины резания. К этим же факторам следует причислить и характеристики опорных узлов: состояние подшипников, их износ, условия смазки.
Далее рассмотрим задачи, возникающие перед затачивающей системой, и основные факторы, влияющие на работу строгальной машины.
Задача целеполагания. Традиционно (с момента появления первой машины для строгания кожи) затачивающее устройство предназначалось для того, чтобы периодически (или постоянно) поддерживать ножи в работоспособном состоянии (способном к качественному резанию). Это качество определяется по установленным внешним критериям качества обработанной (строганной) кожи.
Момент притупления ножей может прогнозироваться на основе исследований и задавать включение затачивающего устройства - устройства постоянного поддержания качества резания. С появлением широкопроходных машин возникла вторая функция затачивающего устройства -обеспечение правильной цилиндрической формы ножевого цилиндра. При этом в систему поначалу не вносилось практически никаких изменений и устройств, обеспечивающих эту новую функцию. Позже такие устройства все-таки появились.
Задача стабилизации. Затачивающая система задачу целеполагания должна выполнять стабильно, т.е. любые отключения работы (параметрические, возмущающие, провокационные, отказные и т.д.), которые могут привести или приводят к нарушению выполнения этих задач, должны быть ликвидированы (с помощью оператора) или самоликвидироваться (автоматически).
Такие отклонения в системе могут быть причиной, связанной с обрабатываемой кожей (ликвидация оператором или за счет предварительной сортировочно-измерительной операции, предшествующей строганию) [4], с характеристикой абразивного круга и его износом, с характеристикой ножей, с техническим решением устройства затачивающего аппарата (возможность автоматической компенсации износа круга и ножей), дисбалансом частей системы и др.
Задача выполнения программы. Эта задача выполняется за счет устройств в системе, обеспе-
чивающих оптимальные формы ножевого цилиндра, а также в момент необходимого включения системы или отключения с автоматическим выполнением обязательных рабочих движений.
Задача отслеживания. Эта задача может частично выполняться в эргодической системе за счет «человеческого фактора», а в системе, обладающей ситуационно-действенными свойствами, - за счет автоматически вводимых операционных сигналов.
Итак, старшая система управления в любом случае - это оператор, так как признаки эргоди-ческой системы будут всегда. Другое дело, в какой мере эта возможность управления будет реализоваться. Условия автоматизации процесса заточки ножей обеспечиваются при выполнении ряда факторов:
• по геометрии ножа (остроте) возможна передача сигнала на оптический датчик (при остановке машины) или же на цикловой режим, аппроксимированный по исследованиям притуплений режущей кромки (обеспечивающей «новым» положением и режимами работы и абразивного диска и аппарата);
• по биению, цилиндричности вала.
Степень заточки (острота) обычно задается радиусом затупления режущего лезвия либо углом заточки. Имеется опыт, когда ножи устанавливаются не перпендикулярно к поверхности вала, а под некоторым углом. Условия резания при этом становятся более благоприятными, но ухудшаются условия для растяжения кожи вдоль вала. Этим уменьшается выход кожи по площади и величина (объем) срезаемой стружки. Здесь следует отметить, что стружка не является отходом производства в полном смысле, а используется для дальнейшей переработки. Она позволяет получать, в частности, высококачественный клей.
Контроль параметров резания достигается либо по отслеживанию постоянной (с установленными предельными отклонениями) величины зазора между образующей ножевого цилиндра и образующей прижимного вала, цилин-дричность которого заранее известна, нормативна и т.д., либо по вибрационной нагруженности вала, либо по постоянному давлению абразива на ножи при известных характеристиках по-
датливости элементов затачивающего аппарата. Однако все эти параметры имеют значительный разброс по своим значениям, меняющимся постоянно в процессе работы машины.
Отклонения формы и расположения цилиндрической поверхности ножевых валов, появление которых во многом зависит от конструктивных особенностей затачивающих систем, существенно влияют на качество обработки кожи, особенно на машинах с большой шириной рабочего прохода, предназначенных для обработки шкур крупного развеса. В этих машинах имеет место большая технологическая нагрузка, повышенный уровень вибронагружения, быстрый износ ножей. Поэтому к ним предъявляются и более высокие требования с точки зрения работы заточного механизма. К особенностям конструкций затачивающих систем относятся тип механизма (устройства), предназначенного для компенсации износа абразивного круга и ножей, тип привода, предназначенного для продольного перемещения затачивающего аппарата (шлифовальной бабки), размеры шлифовального диска и марка абразива, тип связки, зернистость, твердость и др., способ установки опор ножевого вала (подвижно, неподвижно), форма поперечного сечения и способ установки траверсы с направляющими, на которых монтируется шлифовальная бабка, место расположения шлифовального диска по отношению к ножевому валу.
Большое влияние на качество строгания кожи оказывает настроечный режим работы затачивающего аппарата. Затачивающие аппараты практически любых моделей современных машин могут работать в каждом из следующих режимов:
• постоянного затачивания (с постоянной величиной поперечной подачи, абсолютно не связанной с фактическим положением частей затачивающего аппарата);
• однократного затачивания (один двойной ход с автоматическим остановом);
• многократного затачивания ножей только на холостом ходу ножевого вала.
Достаточно большое влияние на качество строгания оказывает принцип действия аппарата. Используемые в затачивающих аппаратах строгальных машин абразивные инструменты, а также марки абразивного материала в большинстве
случаев не удовлетворяют требованиям потребителей по качеству кожи (не обеспечивается необходимая острота режущей кромки ножей, точность геометрической формы ножевого цилиндра). Дело в том, что абразивный инструмент работает со всеми ножами, устанавливаемыми на машине, тогда как эти ножи могут иметь совершенно разные свойства. Они могут изготавливаться из низкоуглеродистой стали, упрочненной за счет цементирования и последующей закалки, либо из биметаллической полосы с мягким и твердым слоями, либо из пластичного материала с напылением.
Конструкция и положение, занимаемое траверсой затачивающей системы машины, играет большую роль в обеспечении точности формы ножевого вала при его затачивании [3]. Обычно траверса выполнена в виде полой чугунной балки большой жесткости, на которой расположены направляющие затачивающего аппарата. В этом случае при движении абразивного инструмента происходят колебательные явления, так как сам вал испытывает весьма существенные вибрации. Они вызваны динамической неуравновешенность вала, его износом и геометрическими характеристиками ножей. Причем эти характеристики достаточно нестабильны во времени и меняются в течение эксплуатационного периода как самих ножей, так и всей машины.
При подвижной установке опор ножевого вала траверса прикрепляется к этим опорам, связывая их. Тогда затачивающая система становится единым жестким функциональным конструктивным узлом, обеспечивающим высокое качество затачивания [4]. При неподвижной установке опор ножевого вала траверса тоже устанавливается неподвижно, но часто она не связана с опорами, при такой компоновке нарушается единство узла, возникают дополнительные погрешности при затачивании. На основе системного анализа, раскрывающего сущность процессов взаимодействия подсистем и элементов строгальных машин, доказано, что основным условием достижения высокого качества обработки кожи является оптимизация конструкции заточного аппарата и режимов заточки. Это предполагает использование определенного абразивного инструмента, где регламентируется его форма, марка и т.п. В отдельных машинах заточка
производится с помощью вращающегося абразивного круга, где появляется еще один параметр - скорость его вращения. Однако эта скорость должна увязываться и с другими характеристиками: скоростью ножевого вала, высотой ножей, глубиной резания.
Таким образом, проведенные исследования являются аналитическим материалом для дальнейшего совершенствования работы строгальных машин и могут служить для развития теоретической базы в механической обработке кожевенных материалов.
ЛИТЕРАТУРА
1. Иванов В.А. Балагуров И.А. Влияние конструкции опорных узлов ножевых валов строгальных машин на качество строгании // Научные труды МТИЛП «Химия и технология производств кожи и меха». - М.: МТИЛП, 1987, С.131 - 132.
2. Афанасьев В.В., Волков А.Н., Иванов В.А. Исследование приоритетов факторов механической обработки экспертно-аналитическими методами // Сборник научных трудов «Новые технологии. Образование и наука». - М.: МГУДТ, 2001, С.67 - 72.
3. Афанасьев В.В., Шуметов В.Г., Дьяченко С.А. Нейросетевые модели в управлении производительностью оборудования для обработки натуральных кож // Материалы всероссийской научн.-метод. конф. «Актуальные проблемы планирования и прогнозирования». - Орел.: ОГУ, 2003.
4. Афанасьев В.В., Степанов Ю.С., Шуметов В.Г., Дьяченко С.А. Применение нейросете-вых технологий для анализа влияния параметров спиральных ножей строгальных машин и режимов резания на качество натуральных кож // Изв. вузов. Сер. Машиностроение, приборостроение, 2004, №4, С. 15 - 19.
Поступила 18.12.2009 г.
ДИССЕРТАЦИИ, ЗАЩИЩЕННЫЕ В ДИССЕРТАЦИОННЫХ СОВЕТАХ ПРИ ФГОУВПО «РГУТиС» В 2009 ГОДУ
Д 212.150.08
Специальность 05.12.13 — «Системы, сети и устройства телекоммуникаций»
Пастухов Алексей Сергеевич
Тема: «Эффективность гибридных сетей спутниковой связи УБЛТ в условиях самоподобия телекоммуникационного трафика»
Специальность 05.09.03 — «Электротехнические комплексы и системы»
Енютин Константин Александрович
Тема: «Исследование влияния внешних электромагнитных помех на электрооборудование мультисервисных кабельных систем»
УДК 64.012.2
Использование нейронных сетей при моделировании процессов (на примере строгальных машин)
В.В. Рашкин, аспирант
Л.В. Сумзина, к.т.н., доцент, e-mail: [email protected] Ю.Н. Пономарева, к.м.н.
ФГОУ ВПО «Российский государственный университет туризма и сервиса», г. Москва
Показана зависимость качества обработки кожи от параметров заточного механизма строгальных машин; проведена оптимизация параметров основных подсистем строгального оборудования на основе инструмента «Что, если?» пакета Neural Connection.
The authors show the dependence of leather-processing quality on the parameters of grinding mechanism in planing machines. This article optimizes the parameters of the main subsystems in planer equipment using the What If? tool (the Neural Connection).
Ключевые слова: строгальная машина, заточка, ножевой вал, винтообразный нож, нейросети, прогнозирование. Key Words: planing machine, grinding, cutter shaft, helical knife, neural networks, modeling.
При обработке кожи на отделочных операциях наиболее значимой является операция строгания, которая с точки зрения формирования качества готовой продукции относится к одной из основных в технологическом процессе. Обработка полуфабриката осуществляется винтообразными ножами, закрепляемыми на ножевом валу. К этому валу принудительно подается прижимной вал, при этом между валами сохраняется заданный технологический зазор, в котором и перемещается обрабатываемый материал. Группы механизмов, объединенные совместным действием, образуют системы, выполняющие технологическую функцию или функции управления. Для поддержания работоспособности строгальной машины необходимо постоянно контролировать рабочие параметры, которые непрерывно меняются, в частности из-за износа ножей. Причем износ происходит по двум причинам: во-первых, из-за постепенного затупления режущей кромки ножа, что позволяет обычно обработать 10-20 единиц полуфабриката, во-вторых, при заточке уменьшается высота ножа. Следует отметить также, что наиболее значительно эти факторы проявляются при обработке шкур крупного развеса: бычина, яловка и т.п. (профессиональные термины в обработке кожи). Поэтому как для предприятий легкой промышленности, так и для малых предприятий службы быта вполне вероятно возникновение проблемы с обработкой (строганием) мебельной кожи. Такая проблема вполне решаема с помощью большой машины с рабочим проходом 2000 мм.
Производительность современной строгальной машины, когда обработка кожи производится в основном за один проход, значительно сдерживается требованиями к качеству обработанной поверхности, в первую очередь, отсутствию таких характерных дефектов, как «лестница». При прочих равных условиях возникновение данного дефекта связано с состоянием ножевого вала - точностью его формы и остротой режущей кромки ножей, а также определяется скоростью подачи кожи. Поскольку рабочие показатели ножевых валов строгальных машин в эксплуатационный период зависят от затачивающего устройства и режимов заточки, то можно утверждать, что затачивающая система строгальной машины непосредственным образом влияет на качество обработки кож и определяет ее производительность. В связи с этим особое значение приобретает решение таких задач, как нахождение рациональных способов управления процессом затачивания ножей ножевого вала с целью повышения качества затачивания, а также определение степени влияния на качество следующих факторов:
• марки абразивного инструмента - на стойкость ножей;
• конструкции затачивающего аппарата - на обеспечение определенного уровня производительности машины за счет повышения качества затачивания и точности ножевого цилиндра, в том числе конструктивной компоновки элементов, входящих в состав затачивающей подсистемы;
