УДК 675.02:675.05
Разработка исполнительных органов машин проходного типа для пропитки кожевенно-мехового полуфабриката на операциях дубления-жирования
К. т.н., доц. С. П. Поломошных, асп. Ю. М. Калашникова, к. т.н., доц. Н. В. Советкин, инженер М. С. Золина, инженер С. Н. Лунин
Восточно-Сибирский государственный технологический университет, г. Улан-Удэ
На кафедре ТКМ ВСГТУ под руководством профессора В. С. Думнова разработаны способы проведения жидкостных процессов с использованием гидрофобных жидкостных углеводородов в качестве среды при проведении технологических процессов, позволяющие сократить длительность технологических процессов в десять и более раз.
Нами разрабатываются машины проходного и непроходного типа для поштучной обработки кожевенно-мехового полуфабриката (КМП), реализующие эти способы обработки, а также аппараты для получения рабочих составов в виде эмульсий II рода.
В общем случае при создании машин для поштучной обработки КМП должны быть решены две задачи:
1) нанесение на полуфабрикат неправильной формы заданного количества рабочих составов;
2) внедрение рабочих составов в толщу кожевой ткани за счёт определённого физико-механического воздействия.
Эти операции могут быть выполнены либо последовательно, либо параллельно.
На наш взгляд наиболее приемлемыми рабочими органами машин проходного типа для пропитки кожевой ткани КМП являются рабочие органы в виде пористого, насыщенного рабочими составами конвейера, работающего в паре с рабочими органами в виде валов с кольцевыми проточками, которые осуществляют прижим полуфабриката к пористому конвейеру. В результате рабочие составы могут быть перенесены из толщи конвейера в толщу кожевой ткани КМП.
Целью настоящего исследования является определение основных параметров процесса массопереноса, который зависит от следующих факторов:
- нормальной погонной нагрузки на единицу длины вала, обеспечивающей силу прижатия полуфабриката к транспортеру;
- ширины колец, взаимодействующих с полуфабрикатом, обеспечивающих геометрию деформации его в толщи транспортера;
- количества пар валов, обеспечивающих необходимое число воздействий на полуфабрикат.
Для исследования процессов пропитки КМП при реализации деформации растяжения-сжатия с целью интенсификации капиллярного эффекта и эффекта губки, была создана экспериментальная установка (рис. 1).
- 
Рис.1. Схема экспериментальной установки
1 – рабочие органы в виде валов с кольцевыми проточками, 2 - тележка с маточной гайкой, 3 - пластина из пористого, насыщенного рабочими составами материала (моншона), 4 - параллелограмм с противовесом, 5 – груз, обеспечивающий прижим рабочих органов к пористому материалу, 6 – ходовой винт, 7 – привод, 8 – рабочий стол, 9 - противовес
На экспериментальной установке были проведены исследования с целью определения параметров и режимов технологических процессов, которые необходимы для проектирования таких машин.
Исследовался процесс дубления-жирования пикелеванного голья КРС рабочими составами, применяемыми в УНПК «Эком».
Эксперименты проводились на основе математических методов планирования и анализа эксперимента.
Матрица осуществления униформ-ротатабельного плана второго порядка представлена в табл. 1.
Таблица 1
Номер опыта (u) | Х1u | Х2u | Х3u | Yu |
1 2 3 4 | - - + + | - + - + | - - - - | Y1 Y2 Y3 Y4 |
5 6 7 8 | - - + + | - + - + | + + + + | Y5 Y6 Y7 Y8 |
9 10 11 12 13 14 | -1,682 +1,682 0 0 0 0 | 0 0 -1,682 +1,682 0 0 | 0 0 0 0 -1,682 +1,682 | Y9 Y10 Y11 Y12 Y13 Y14 |
15 16 17 18 19 20 | 0 0 0 0 0 0 | 0 0 0 0 0 0 | 0 0 0 0 0 0 | Y15 Y16 Y17 Y18 Y19 Y20 |
В качестве критерия оптимизации выбрана степень продубленности полуфабриката, которая оценивается по температуре сваривания. Выбраны уровни варьирования факторов, наиболее существенно влияющие на процесс обработки (табл. 2). При этом выбранные факторы могут иметь требуемое количество фиксированных значений. Это нормальная нагрузка, число двойных ходов, а также ширина колец вала.
Таблица 2
Фактор | Уровни варьирования | Интервалы варьирования | ||||
-1,682 | -1 | 0 | +1 | +1,682 | ||
Нормальная нагрузка, кг/пог. см | 1,318 | 2 | 3 | 4 | 4,682 | 1 |
Число двойных ходов | 16,36 | 30 | 50 | 70 | 84,64 | 20 |
Ширина колец, мм | 4,636 | 6 | 8 | 10 | 11,36 | 2 |
В результате была построена рабочая матрица эксперимента (табл. 3).
Таблица 3
Номер опыта (u) | Z1u | Z2u | Z3u | Yu |
1 2 3 4 | 2 2 4 4 | 30 70 30 70 | 6 6 6 6 | 90 89,6 90,4 91,4 |
5 6 7 8 | 2 2 4 4 | 30 70 30 70 | 10 10 10 10 | 87,4 89,8 85,8 86,6 |
9 10 11 12 13 14 | 1,318 4,682 3 3 3 3 | 50 50 16,36 83,64 50 50 | 8 8 8 8 4,636 11,36 | 88,6 91,8 88,4 85,2 80,6 88,4 |
15 16 17 18 19 20 | 3 3 3 3 3 3 | 50 50 50 50 50 50 | 8 8 8 8 8 8 | 79,2 88 87,8 79,8 82,8 80,0 |
После реализации рабочей матрицы удалось установить необходимые экспериментальные данные.
По результатам эксперимента получена математическая модель процесса в кодированных единицах:
y=83,38+0,93x3+0,75x1x2+1,25x2x3-
-2x1x3+2,55x1²+1,66x2²+1,08x3²
Уравнение адекватно описывает процесс, так как Fрасч<Fтаб.
Вид уравнения в именованных единицах:
у=124,36-9,175z1-0,7775z2-2,4175+0,0375z1z2+0,0313z2z3-
-1z1z3+2,55z1²+0,0042z2²+0,27z3²
где:
y – температура сваривания, оС;
z1 – нормальная нагрузка, кг/пог. см;
z2 – число двойных ходов;
z3 – ширина колец, мм.
Так как полученная модель адекватна, то ее можно использовать для прогнозирования значения отклика при любых значениях факторов, находящихся между верхним и нижним уровнями (рис.2).
Рис. 2. Графическое изображение поверхностей отклика при различных сочетаниях действующих факторов
Анализ полученных результатов позволил сделать выводы о том, что при проектировании машин такого класса наиболее оптимальными будут следующие параметры технологического процесса:
- нормальная нагрузка - 5 кг/пог. см;
- число двойных ходов 20;
- ширина колец 8 мм.
Это позволило разработать следующие конструкции машин проходного типа.
Рис. 3. Схема машины для пропитки кожевой ткани КМП на операции дубления-жирования
1 – пористый транспортер - моншон, 2 – вал с винтовой поверхностью для расправки полуфабриката, 3 – ванна с рабочими составами, 4 – валы с кольцевыми проточками, 5 – система параллелограммов, служащих для установки валов по высоте, 6 – наносной вал, 7 – натяжной вал, 8 – приводной вал, 9 - станина
Выводы, сделанные нами из проведенного исследования, могут быть сформулированы следующим образом:
1. Массоперенос в пористых системах зависит от вязкости рабочих составов, реологических свойств как материала пористого конвейера, так и кожевой ткани КМП, от которых зависит изменение их поровой структуры, отвечающей за снятие облитерации пор и капилляров.
2. Необходима разработка практически новой теории процесса пропитки, где в экспериментальной части работы необходимо уточнить параметры технологии, свойств пропиточных составов, а также параметры рабочих органов машин проходного типа.
Разработанные конструкции защищены патентами РФ.
Библиография
1. Патент РФ № 000, МПК С14 С15/00, Устройство для пропитки листовых материалов,/ С., П., В., П., Ф., И., Г. Заявитель и правообладатель ВСГТУ - № 000; заявлен 15.12.1986; опубл. 20.10.1993.
2. Патент РФ № 000, МПК С14 С15/00, Линия для обработки меховых шкур,/ С., П., В., И. Заявитель и правообладатель ВСГТУ - № 000; заявлен 22.03.1993; опубл. 20.09.1997.
3. Патент РФ № 000, МПК С14 С15/00, Устройство для жидкостной обработки листовых материалов,/ П., С., Р., В., П., И., Ю. Заявитель и правообладатель ВСТИ - № 000; заявлен 22.07.1987; опубл. 20.10.1993.
4. Патент РФ № 000, МПК С14 С15/00, Устройство для жидкостной обработки листовых материалов,/ П., Р., С., М., В., М. Заявитель и правообладатель ВСТИ - № 000; заявлен 22.07.1987; опубл. 20.10.1993.
Основные порталы (построено редакторами)