Автоматизация виброформования головных уборов

Законы развития рыночной экономики определяют задачи успешного функционирования производства. В борьбе за рынки сбыта побеждают те предприятия, продукция которых более качественная и менее дорогая, чем у конкурирующих производителей. Подобные проблемы стоят и перед предприятиями меховой промышленности. Как известно, спрос на меховые изделия, в том числе и на головные уборы из меха и фетра, в нашей стране, где большинство регионов имеют снежные и холодные зимы, очень высок. Поэтому для обеспечения конкурентоспособности российских предприятий как на российском, так и на зарубежных рынках актуальны задачи по разработке новых автоматизированных ресурсоэкономных технологий и оборудования для изготовления качественной продукции.

Современное производство основной части головных уборов сосредоточено на крупных меховых специализированных предприятиях, однако доля ручного и машинно-ручного труда на фабриках меховой промышленности высока, а машинное время не превышает 4 0% [20].

Настоящая диссертационная работа посвящена разработке и исследованию автоматической системы управления процессом виброформования головных уборов.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

Актуальность темы

.

Процессы формования изделий легкой промышленности охватывают широкий круг технологических операций при производстве головных уборов [32,37,78]. Одним из перспективных направлений совершенствования данных процессов является использование вибровоздействий на обрабатываемое изделие, которое обеспечивается с помощью разнообразных вибрационных установок. При использовании методов виброформования изделий [25,4 6,62−65,68,71] уменьшаются время обработки и трудоемкость изготовления, повышается качество обрабатываемых изделий, обеспечивается большая экономия сырья.

В легкой промышленности процессы формования вообще и виброформования в частности до настоящего времени являются ручными, не автоматизированными технологическими операциями. Отдельные рекомендации по их автоматизации [57] не дают возможности практически решить сложную задачу перехода от ручного управления этими процессами к автоматическому.

Поэтому актуальной является научная проблема разработки математических моделей объектов управления и вибрационных механизмов как элементов системы автоматического управления, разработка и исследование данной системы при различных видах возмущающих воздействий с учетом релаксационных свойств используемых материалов.

Цель работы.

Целью настоящей диссертационной работы является разработка методологии подхода к автоматизации технологического процесса виброформования головных уборов с учетом их релаксационных характеристик, разработка и исследование системы автоматического управления данным технологическим процессом.

Для достижения данной цели в диссертации решены следующие научные задачи:

1) Составлена обобщенная математическая модель технологического процесса виброформования различных изделий с учетом релаксационных свойств используемых материалов;

2) Исследованы вибровозбудители как элементы автоматических систем управления процессом формованияОпределены их математические модели;

3) Составлены функциональные и структурные схемы автоматической системы управления формованием с учетом передаточных функций используемых элементов и свойств обрабатываемых изделий;

4) Осуществлено имитационное моделирование динамических характеристик разработанной автоматической системы, определены области ее устойчивой работы при различных физико-механических свойствах используемых материалов и внешних воздействиях.

В первой главе диссертационной работы проведен аналитический обзор научных результатов, полученных другими авторами в части принципов построения вибрационных машин и вибровозбудителей, их параметров и характеристик, описана типовая технологическая установка для виброформования головных уборов. На основании обзора сформулированы цель и задачи настоящей диссертационной работы.

Во второй главе диссертации теоретически исследована и разработана обобщенная математическая модель типового технологического процесса виброформования головных уборов .

В третьей главе на основе исследований особенностей поведения обрабатываемых изделий при виброформовании разрабатывается функциональная схема системы автоматического управления процессом виброформования головных уборов. Приведены результаты экспериментальных исследований некоторых типов материалов, используемых при формовании головных уборов.

Четвертая глава посвящена теоретическому исследованию динамических и статических характеристик вибровозбудителей и формуемых изделий как элементов автоматической системы управления технологическим процессом виброформования головных уборов.

В пятой главе разрабатывается структурная схема разомкнутой и замкнутой систем автоматического управления процессом виброформования, получены математические выражения передаточных функций в разомкнутом и замкнутом состоянии системы. Теоретически исследуются динамические процессы в разработанной замкнутой системе автоматического управления типовым технологическим процессом виброформования головных уборов из меха и фетра. Методами имитационного моделирования определяются основные динамические характеристики и рассчитываются области устойчивой работы системы.

В заключении изложены основные результаты исследований .

Научная новизна.

1)Впервые применительно к технологическому процессу виброформования головных уборов из меха и фетра обоснован выбор рациональных типов вибровозбудителей как исполнительных элементов системы автоматического управления. Проведен их теоретический анализ и расчет динамических характеристик.

2)Разработана новая обобщенная математическая модель типовой установки для виброформования головных уборов из меха и фетра с учетом релаксационных свойств используемых материалов и особенностей вибровозбудителей.

3)Разработана и исследована динамическая система автоматического управления виброустановкой для виброформования головных уборов из меха и фетра при использовании различных типов регуляторов.

Методы исследования.

При получении теоретических результатов использовались основные положения теории автоматического управления, дифференциального исчисления, теоретической электротехники, пневматики. Теоретические результаты в основном подтверждены результатами экспериментальных исследований и имитационного моделирования. При расчетах и моделировании широко использовались численные методы, программирование на языке Turbo Pascal 7.0 и пакет прикладных программ SAU — PC 1.1.

Практическая ценность полученных результатов.

1) Результаты теоретических исследований дают возможность обеспечить дальнейшее совершенствование технологического оборудования процесса виброформования головных уборов в части повышения его производительности и качества выпускаемых изделий.

2) Созданы технические и научные предпосылки для практической реализации автоматического технологического оборудования для виброформования головных уборов.

3) Основные результаты диссертационной работы используются в промышленности и в учебном процессе Московской Государственной Академии легкой промышленности (МГАЛП).

Апробация работы.

Материалы работы докладывались на Межвузовской Научно-технической Конференции «Современные проблемы текстильной и легкой промышленности* (г.Москва, Май 1998г), IV Всероссийской Научной Конференции: «Динамика процессов и аппаратов химической технологии* (г.Ярославль, Октябрь 1994г), заседаниях кафедры автоматики Московской Государственной Академии легкой промышленности (1995,1998гг). Они опубликованы в сборниках научных трудов МГАЛП и статьях [8,9,43,44,51]. В обсуждении результатов настоящей работы приняли активное участие коллективы кафедр «Автоматики*, «Машин и аппаратов легкой промышленности*, «Теоретической механики и теории механизмов и машин* МГАЛП, которым автор выражает свою искреннюю благодарность и признательность.

Диссертация выполнена под научным руководством профессора кафедры МАЛП, д.т.н. А. Г. Бурмистрова и профессора кафедры Автоматики, к.т.н. A.B. Кочерова.

Основные результаты диссертационной работы:

1. Составлена и теоретически исследована математическая модель типового пневматического вибровозбудителя с учетом термодинамических процессов наполнения и опорожнения воздухом его полостей.

2. Исследована динамика работы типового однотактного электромагнитного вибровозбудителя с учетом особенностей его конструкции.

3. Получена математическая модель формуемого изделия с учетом релаксационных свойств его материала.

4. Разработана математическая модель технологического процесса виброформования головных уборов из меха и фетра.

5. Разработана структурная схема модели деформационного поведения материалов после мгновенного снятия нагрузки.

6. Получена модель поведения материала формуемого головного убора с учетом его релаксационных свойств и особенностей системы автоматического управления технологическим процессом виброформования.

7. Разработана методика исследования типовых вибровозбудителей как элементов системы автоматического управления процессом виброформования.

8. Получена единая передаточная функция аргумента угловой частоты входного сигнала для типовых вибровозбудителей.

9. Разработана и исследована система автоматического управления технологическим процессом виброформования головных уборов из меха и фетра, которая:

— является замкнутой динамической системой управления по отклонению;

— имеет необходимые и достаточные запасы устойчивости, обеспечивающие хорошее качество регулирования при различных видах воздействий на систему;

— автоматически задает параметры колебаний, создаваемых вибровозбудителем, в зависимости от частоты собственных колебаний материала формуемого изделия, что обуславливает значительную интенсификацию процесса формования.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

.