CC BY
18
технологии легкой промышленности
УДК 67/68
ИССЛЕДОВАНИЕ ТЕПЛОВЫХ ПРОЦЕССОВ ВИБРОФОРМОВАНИЯ И РАЗРАБОТКА ЭФФЕКТИВНОГО СПОСОБА И ТЕХНОЛОГИИ ОКОНЧАТЕЛЬНОЙ ВЛАЖНО-ТЕПЛОВОЙ ОБРАБОТКИ
© 2006 г. Е.В. Манжула, А.П. Черепенько
На современном этапе развития легкой промышленности особую значимость приобретает повышение эффективности производства и улучшения качества выпускаемой продукции. Повышение требований потребителя к качеству изделий повлекло за собой дальнейшее совершенствование технологических процессов ее изготовления. Эффективность производства и качество изделий легкой промышленности зачастую напрямую связаны с технологиями окончательной влажно-тепловой обработки (ВТО).
Существующие аналитические и экспериментальные методы определения параметров ВТО при виброформовании не позволяют в полной мере оптимизировать режимы обработки полуфабриката.
Для описания теплофизических процессов при виброформовании полуфабриката рассмотрим область Q, которая представляет собой параллелепипед. Представим, что исследуемый объект находится в трехмерной области Q, х = (хь X2, xз) и имеет плотность р(х), теплоемкость с(х), коэффициент теплопроводности k(x).Тогда уравнение теплового баланса в Ql имеет вид
12 12 дк
| М | д(х, t)йХ - | М | k(х) — dS =
дп
Qi
dQi
- J c(x)p(x)(u(x, t2) - u(x, ti))dx,
Qi
(1)
где Ql - некоторая подобласть Q; к(х, ¿) - температура в точке х е Q в момент времени ¿; п - внешняя нор-
12 дК маль по отношению к дQ1; - Г dt Г k(х) — dS - ко-
tl д61 дп
личество тепла, проходящее через границу дQ1 в область Q за промежуток времени (t1,t2),
Если в области Q имеются тепловые источники с известной плотностью д(х, (), то приращение количества тепла в Q1, за промежуток времени t2), равно
J dt J q(x, t)dx - J dt J k(x) dudS .
ti Qi ti 3Qi dn
Используя формулу Остроградского, из уравнения (1) получим:
J dt J
ti Qi
du
c( x)p( x)--div(k (x)Vu) - q( x, t)
dt
dx — 0.
Данное равенство эквивалентно дифференциальному уравнению в частных производных
du
c(x)p(x)— = div(k(x)Vu) + q(x, t). dt
(2)
Пусть температура среды вне области Q равна к0(х, t), а плотность теплового потока через границу дQ пропорциональна разности температур к | дд и
к 01дд , тогда граничное условие для уравнения (2) имеет вид
du I
к--+ к iu
dn 1
dQ i = kiu o| dQ ^
u\dQ 3 = T2,
u dQ 2 - Ti;
где ^(х) - коэффициент теплообмена тела с окружающей средой; дQ1, дQ 2, дQ 3 - различные участки поверхности тела.
При этом, решая задачу
1 du
d2 э7
Э 2u
Э 2u
э2
u + q(x,t) (
dxi dx2 dx3 cp
методом Фурье, определяем собственные функции оператора Лапласа
Au -
Э2 u
д2 2
д xi
д2 u
д2 2 d x 2
d 2 x 32
■ - hu:
k дП^ + k iu \ 3Qi = k iu | 3Qi ; u\ dQ 2 = Ti; u | dQ 3 = T2 '
В рассматриваемом случае граница области Q состоит из прямоугольников:
П г1 = {2 = 0;0 < х < а;0 < у < Ь }; П г2 = {2 = Н;0 < х < а;0 < у < Ь }; П у1 ={у = 0;0 < х < а;0 < 2 < к };
ioi
Пу2 ={у = Ь;0 < х < а;0 < z < h } ; Пх1 ={х = 0;0 < у < Ь;0 < z < h }; Пх2 ={х = a;0 < у < Ь;0 < z < h }. Тогда граничные условия (*) принимают вид
и\П 1 = Т1 ; ^ + k1U П г2 = 0 |П : ди + k 1й )|пу 1 = k1M0|Пу1 ;
du dz
+ к 1u
iy 2
= к ju
0 п
У 2
du
+ kju
lXj
= kju
0 п x1
du + kju |п x2 = kju 0 | П x2 •
При определении собственных функций граничной задачи по координате г получим:
и"(г)-~к3и3(г) = 0; ю2 =-А,3; и"3(г) + ю2и3(г) = 0;
и 3(г) = С1 соБ(тг) + С2 зш(тг);
и3(0) = 0^ С1 = 0;ки/3(h) + k1u3^) = 0^
^ k юС 1 со8(ю^ + k 1 = 0 ^ tg(юh) = - kю.
k 1
При этом решения уравнения
и(X,(о) = £ Ck(/о)иk(х) = £ С0kVо)иk(х) =Ф(х)
k =1 k=1
определяют собственные значения граничной задачи
ю13, ю 23>...> ю n3,... ^ 3п =-Ю 23; п = .
Собственные функции описываются уравнением
и3п(г) = 8ш(ю3пг); п = 1,2,... .
При вычислении функции Грина учитываем, что
О3п(г) = 8ш(ю3пг); п = 0,1,2,... .
Решение краевой задачи при виброформовании полочек и спинки мужского пиджака определяется по формуле
и(х, у, г, /) = и о +
+ | О (х, у, г, х1, у 1, г 1, /, 0)ф( х1, у 1, г 1) йх1, ёу1, ёг 1 +
е
+Щ Л | дО(х,у,г, хиУ 1,г 1,0, т)ёх1 ёу1,
о пz
где
dz
ф(х, У, z) = fj + ~~Т2 .
h h
Таким образом, получена математическая модель теплофизических процессов при виброформовании полуфабриката, позволяющая оптимизировать соответствующие параметры.
Решая данные уравнения при помощи кубических сплайнов [1], получим гладкие зависимости динамики распределения температуры по толщине пакетов тканей при виброформовании полуфабриката.
Экспериментальные исследования проводились на установке, обеспечивающей необходимые условия ВТО. Регистрация и запись температурных параметров осуществлялась измерительным комплексом К115 одновременно в 12 точках посредством малоинерционных термопар ХК 0,2.
В процессе исследований испытывались пакеты тканей с различным содержанием искусственных и синтетических волокон, что позволило выбрать оптимальный вариант сочетания тканей, соответствующий усредненным режимам обработки. Так, в качестве объекта исследований был принят мужской пиджак из ткани камвольной, арт. 218 (шерсть 55, полиэстер 45 %), подкладка из ткани подкладочной арт. 2С2КВ, ГОСТ 20272-83 (вискоза 100 %) и ткань прокладочная с регулярным клеевым точечным покрытием, арт. 86040 (лавсан 67, вискоза 33%, клеевой порошок П548).
Тепловые воздействия при виброформовании спинки и полочек мужского пиджака проводились при пропаривании со стороны манекена с одновременным виброформованием в течение 6 с и последующим действием нагретым воздухом при непрерывном воздействии вибрацией в течение 8 с. Заключительным этапом обработки являлась предварительная сушка (удаление конденсата) в процессе виброформования в течение 4 с. При этом температура пара Ттра > 135 °С, температура манекена Тман > 110 °С, частота колебаний манекена / = 3...20 Гц и амплитуда колебаний А = 0.. .5 мм.
Результаты экспериментальных исследований распределения температуры по толщине пакетов тканей при фиксированных значениях времени в процессе виброобработки полочек и спинки мужского пиджака, обработанных методом наименьших квадратов на персональном компьютере, позволили получить экспериментальные математические модели в виде полиномов 4-й степени.
Проверка результатов теоретических исследований показала высокую степень сходимости температурных и временных параметров процесса ВТО с экспериментальными данными.
Анализ известных технологий, а также проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать новый способ ВТО.
Отличительной особенностью данного способа является то, что пропаривание начинают одновременно с виброформованием. После пропаривания полуфабрикат подвергают тепловому воздействию нагретым до 200 °С воздухом. Через '/2 длительности теплового воздействия его начинают обрабатывать виб-
рацией, а тепловое воздействие продолжают до 1/2 длительности процесса виброобработки.
Существующие технологии проведения влажно-тепловой обработки обусловливают проведение дополнительных операций по утюжке и снятию лас, что не обеспечивает заданных требований к качеству изготовленных изделий и снижает производительность технологического процесса [2-4].
Предложенный способ ВТО позволил разработать эффективный технологический процесс окончательной влажно-тепловой обработки мужского пиджака. При этом после навешивания пиджака на манекен и подвода шаблонов под лацканы, клапаны боковых карманов и воротник обработка осуществляется в автоматическом режиме. Затем верхние подушки стойки воротника, верха рукавов, клапанов боковых карманов подводят к изделию с зазором 5 ... 10 мм и через них, а также через бюст манекена производят пропаривание технологическим путем. При этом Тпара > 135 °С, ТВп > 150 °С, Тман > 110 °С.
Через 3/4 длительности пропаривания осуществляют одновременное прессование стойки воротника, верха рукавов и клапанов боковых карманов с последующим прессованием без пропаривания, при этом Рмах =0,04 МПа, Твп<200°С.
По окончании процесса прессования и отвода подушек вышеупомянутых участков мужского пиджака в исходное положение для обработки плечевых окатов подводят подушки с зазором 5 ... 10 мм, с помощью которых осуществляют пропаривание при температуре пара >135 °С, а затем прессование при давлении 0,04 МПа, после чего подушки отводят в исходное положение.
Затем подводят с зазором 5 . 10 мм подушки для обработки лацканов, пропаривают их при температуре пара > 135 °С, а затем прессуют давлением 0,04 МПа.
После отвода соответствующих подушек в исходное положение изделие пропаривают через бюст и торс манекена со стороны подкладки паром (Тпара> 135°С) с одновременным виброформованием. При этом частота вибраций равна 3 - 20 Гц, а амплитуда - 0,5 мм.
Операцию вибрационного воздействия проводят до придания изделию заданной геометрической формы с амплитудой, значения которой изменяются по гармоническому закону.
Стабилизация производится вакуумным отсосом через изделие в области бюста и торса манекена. Производительность отсасываемого воздуха составляет 0,11 м3/(с-м2) при разрежении 49 Па.
Кроме того, дополнительно введена операция аспирации (удаления) отработанного технологического пара, воздуха и тепла, которую начинают одновременно с операцией пропаривания изделия со стороны лицевой части и заканчивают с началом стабилизации изделия вакуумным отсосом [5].
Таким образом, проведенные теоретические и экспериментальные исследования позволили разработать технологию окончательной ВТО комбинированным воздействием прессования и вибрации без перенавешивания и переукладки изделия, что обеспечивает требуемое качество изделия и оптимальную производительность.
Литература
1. Завьялов Ю.С., Ледс В.А., Скороспелое В.А. Сплайны в инженерной геометрии. М., i985.
2. Gunter Goring. Rationalisierung in der Bugelei// Bekleidung und Wasche. i972. № ii. S. 796-804.
3. Gunter Goring. Rationalisierung in der Bugelei// Bekleidung und Wasche. i972. № i2. S. 885-889.
4. Временная инструкция по организации централизованных цехов влажно-тепловой обработки швейных изделий. М., i982. С. 82-96.
5. Патент № 207724i РФ МКИ А 4i Н 43/00 Д 06 F 7i/00. Способ формования и дублирования объемных и криволинейных участков детали одежды/ В.А. Скалаух, А.П. Черепенько, Д.И. Болотских (РФ), № 93055668/i2; заявлено i4.i2.93 г., опубл. 20.04.97, бюл. № ii.
Южно-Российский государственный университет экономики и сервиса
28 декабря 2005 г.
i03
