Автоматизация виброформования головных уборов тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.07, кандидат технических наук Майданюк, Роман Андронович

• Майданюк, Роман Андронович
• кандидат технических наук
• 1998

Оглавление диссертации кандидат технических наук Майданюк, Роман Андронович

ОГЛАВЛЕНИЕ

стр.

ВВЕДЕНИЕ

ГЛАВА 1. ТИПОВОЙ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИЙ ПРОЦЕСС

ВИБРОФОРМОВАНИЯ ГОЛОВНЫХ УБОРОВ КАК ОБЪЕКТ АВТОМАТИЗАЦИИ

1.1. Типовой технологический процесс виброформования головных уборов

1.2. Оценка динамических моделей резонансных вибрационных установок и механизмов

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ТИПОВОГО

ТЕХНОЛОГИЧЕСКОГО ПРОЦЕССА ВИБРОФОРМОВАНИЯ

2.1. Математическая модель пневматического вибровозбудителя направленного действия

2.2. Математическая модель однотактного электромагнитного вибровозбудителя

2.3. Математическая модель обрабатываемого материала с учетом его релаксационных

свойств

2.4. Математическая модель типового технологического процесса виброформования

головных уборов

Выводы по главе

ГЛАВА 3. РАЗРАБОТКА ФУНКЦИОНАЛЬНОЙ СХЕМЫ СИСТЕМЫ

АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ВИБРОФОРМОВАНИЯ ГОЛОВНЫХ УБОРОВ

3.1. Структурная схема модели деформации материала после мгновенного снятия нагрузки

3.2. Экспериментальное исследование релаксационных характеристик материалов

3.3. Уравнение поведения формуемого изделия при воздействии гармонической вынуждающей силы . 7

3.4. Функциональная схема системы автоматического управления технологическим процессом

виброформования головных уборов

Выводы по главе

ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЕ ВИБРОВОЗБУДИТЕЛЕЙ И ФОРМУЕМЫХ ИЗДЕЛИЙ КАК ДИНАМИЧЕСКИХ ЗВЕНЬЕВ СИСТЕМЫ АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ

4.1. Уравнение движения пневматического вибровозбудителя направленного действия

4.2. Уравнение движения однотактного электромагнитного вибровозбудителя

4.3. Динамика поведения формуемого изделия в системе автоматического управления процессом

виброформования

Выводы по главе

ГЛАВА 5. ИССЛЕДОВАНИЕ ДИНАМИЧЕСКОЙ СИСТЕМЫ

АВТОМАТИЧЕСКОГО УПРАВЛЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИМ ПРОЦЕССОМ ВИБРОФОРМОВАНИЯ ГОЛОВНЫХ УБОРОВ

5.1. Структурная схема системы автоматического

управления процессом виброформования

5.2. Устойчивость САУ процессом виброформования изделий

5.3. Оценка качества регулирования в САУ процессом виброформования головных уборов

5.4. Экспериментальное исследование типового технологического процесса виброформования

как объекта управления

Выводы по главе

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

ЛИТЕРАТУРА

ПРИЛОЖЕНИЯ

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Автоматизация виброформования головных уборов»

ВВЕДЕНИЕ

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 формования; Определены 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.

Заключение диссертации по теме «Автоматизация технологических процессов и производств (в том числе по отраслям)», Майданюк, Роман Андронович

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

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Майданюк, Роман Андронович, 1998 год

ЛИТЕРАТУРА

1. Базаров Н.Х. Автоматика вибромашин., Ташкент, 1976.

2. Базаров Н.Х., Захаров Ю.Е. Электропривод и автоматизация промышленных установок. Л., 1984.

3. Баранов В.Н., Захаров Ю.Е. Электрогидравлические и гидравлические вибрационные механизмы. М., Машиностроение, 1977.

4. Бауман В.А., Быховский И.И. Вибрационные машины и процессы в строительстве. М., Высшая школа, 1977.

5. Башта Т.М. Гидропривод и гидропневмоавтоматика. М., Машиностроение, 1972, с. 105.

6. Безухов Н.И. Основы теории упругости, пластичности и ползучести. М., Госиздат, 1961.

7. Бурмистров А.Г., Кочеров A.B. Оценка качества кожеподобных материалов по их релаксационным характеристикам на компьютерной установки "RELAX" . Учебное пособие, М., МГАЛП, 1996.

8. Майданюк P.A., Бурмистров А.Г. Исследование автоколебательного пневматического вибратора в установке для формования изделий из меха и фетра. Межвузовский сборник научных трудов "Наука в Высшей Школе". М., РосЗИТЛП, 1998, Выпуск 2.3, с.29-31.

9. Бурмистров А.Г., Меликов Е.Х., Рыкова Н.Б., Понетаев Е.И., Майданюк P.A. Виброформование головных уборов, Межвузовский сборник научных трудов МГАЛП "Формование и формоустойчивость материалов и изделий легкой промышленности', М., МГАЛП, 1996, с. 94-96.

10. Бурмистров А.Г. Основы проектирования и совершенствование конструкции машин мехового производства. Дисс. д.т.н., МТИЛП, М., 1990.

И.Быховский И.И. Основы теории вибрационной техники. М., Машиностроение, 1968, с.24-45,349-353.

12.Быховский И.И., Попов С.И. Автоматизация резонансных вибромашин, М., 1972.

13. Виноградов Г.В., Малкин А.Я. Реология полимеров. М. , Химия, 1977.

14. Воронов A.A. Основы теории автоматического управления. Часть III. Оптимальные, многосвязные и адаптивные системы. JI., Энергия, 197 0, с. 14 6-173.

15. Воронов A.A., Титов В.К., Новогранов Б.Н. Основы теории автоматического управления М., Высшая школа, 1977.

16. Герц Е.В. Динамика пневматических систем машин. М., Машиностроение, 1985.

17. Герц Е.В. Пневматические приводы. М., Машиностроение, 1969.

18. Гольдштейн Б.Г., Школьник А.М. Пневматические и гидравлические вибраторы. М.,1973.

19. Гордон A.B., Сливинская А.Г. Электромагниты переменного тока. М., Энергия, 1968.

20. Давыдов А.П. Разработка и исследование средств робототехники для комплексно-механизированных участков мехового производства. Дисс. к.т.н., МТИЛП, М. , 1989.

21. Дмитриев В.Н., Градецкий В.Г. Основы пневмоавтоматики. Машиностроение, 1973.

22. Дьяконов В.П. Справочник по алгоритмам и программам на языке Бэйсик на ПЭВМ. М. , 1989.

23. Егоров К.В. Основы теории автоматического регулирования. М., Энергия, 1967, с. 235.

24 . Епанешников A.M., Епанешников В. А. Программирование в

среде Turbo Pascal 7.0. M., Диалог-МИФИ, 1995.

25 . Жагрина И.H. Разработка метода и исследование деформа-

ционных свойств систем материалов обуви. Дисс. к.т.н., М., МГАЛП, 19 98.

26. Зубов В.И. Теория колебаний. Учебное пособие. М. , Высшая школа, 1979, с. 211.

27.Ибара П. Автоматизированное управление технологическими процессами кожевенного производства с использованием релаксационных свойств кожи. Дисс. к.т.н., М., МТИЛП, 1992.

28. Ибрагимов И.А., Фарзане Н.Г., Илясов Л.В. Элементы и системы пневмоавтоматики. М., Высшая школа, 1984, с. 253-261.

2 9. Иориш Ю.И. Виброметрия. Измерение вибрации и ударов. Общая теория, методы и приборы. М. , Машгиз, 1963, с.582-630.

30. Искович-Потоцкий Р. Д. Машины вибрационного и виброударного действия. Киев, 1982.

31. Источники электропитания радиоэлектронной аппаратуры. Справочник. Под ред. Найвельта Г.С., М., Радио и связь, 1985, с.346-357.

32.Казас В.М. Меховые головные уборы. М., Легпромбытиз-дат, 1989, с.350.

33. Камке Э. Справочник по обыкновенным дифференциальным уравнениям. М., Государственное издательство физико-математической литературы, 1961.

34. Клюев A.C., Глазов Б.В., Дубровский А.Х. Проектирование систем автоматизации технологических процессов. (Справочное пособие) М., Энергия,1980.

35. Коновалов JI.И., Петелин Д.П. Элементы и системы электроавтоматики. М. , Высшая школа, 1985, с. 69-83.

36.Корытин A.M., Петров Н.К., Радимов С.Н., Шапарев Н.К. Автоматизация типовых технологических процессов и установок. Энергоатомиздат, 1988, с. 265-302.

37. Косова З.Н., Беседин А.Н. Совершенствование конструкции и методов изготовления меховых изделий на основе применения формования. КОП, 1982, №1, с.37-39.

38. Котов К.И., Шершевер М.А. Автоматическое регулирование и регуляторы. М., Металлургия, 1987, с.256.

39. Красовский A.A. Справочник по теории автоматического управления. М., 1987.

4 0. Курсовое и дипломное проектирование по автоматизации производственных процессов. Под ред. Петрова И.К., Учебное пособие, М., 1986.

41.Лариков H.H. Теплотехника. М. , Стройиздат, 1985, с. 11-21, 209-314.

42. Львович Ю.А. Основы теории электромеханических систем. Л., изд. Ленинградского университета, 1973, 196 с.

43. Майданюк P.A., Бурмистров А.Г., Кочеров A.B. Исследование макета автоматизированной установки для виброформования изделий. Тезисы докладов IV Всероссийской научной конференции "Динамика процессов и аппаратов химической технологии*, том 1, Ярославль, 1994, с.232.

44. Майданюк P.A. Исследование динамических характеристик установки для виброформования головных уборов как объекта автоматического управления. Тезисы докладов Межвузовской научно-технической конференции "Современные проблемы текстильной и легкой промышленности", часть 1, М., 1998, с. 52.

45.Майзель M.M. , Смирнов С.M. Технологические измерения и приборы легкой промышленности. Учебное пособие для институтов и факультетов легкой промышленности. М., Машиностроение, 1971.

4 6. Майорова Н.З. Исследование влияния колебаний механических свойств кожи на расчет деформаций заготовок. Дисс. к.т.н., М., МТИЛП, 1969.

47. Мак-Кракен Д., Дорн У. Численные методы и программирование на Фортране. М. , Мир, 1977, с.389-455.

48.Маякин В.П., Донченко Э.Г. Электронные системы для автоматизированного измерения характеристик потоков жидкостей и газов. М., Энергия, 1970, с. 22-37.

4 9.Модестова Т.А., Вузов Б. А. Определение формовочной способности тканей. Труды МТИЛП, 1962, №22,с.107-114.

50. Моль Р. Гидропневмоавтоматика. М., Машиностроение, 1975, с. 38-51.

51.Меликов Е.Х., Бурмистров А.Г., Майданюк P.A., Раджабов C.B. Новая технология и оборудование для виброформования головных уборов. Швейная промышленность, №1, 1994, с. 38-39.

52. Наумов В.Н., Бурмистров А.Г., Ибара П. Аппроксимация функции релаксации кожи при автоматизированном получении релаксационных спектров. Сборник научных трудов МТИЛП, 1991.

53. Олейников В.А., Зотов Н.С., Пришвин A.M. Основы оптимального и экстремального регулирования. М., Высшая школа, 1969, с. 120-137.

54.Пановко Я.Г. Введение в теорию механических колебаний. М., Наука, 1980.

55. Плужников Л.Н., Татаринцева Г.М. Методы и прикладные программы обработки экономических данных. Учебное пособие. М., МГАЛП, 1995.

56. Плужников Л.Н. Теоретические основы построения автоматической системы управления при использовании цифровой вычислительной машины. Учебное пособие. М., МТИЛП, 1978.

57 . Понетаев Е.В. Разработка оборудования для виброформования меховых головных уборов (с решением вопросов охраны труда). Дисс. к.т.н., М., МТИЛП, 1992.

58. Приборы фирмы "Брюль и Къер". Описание и применение, К. Ларсен и сын Себорг., 1978.

59. Растригин Л.А. Системы экстремального управления. М., Наука, 1974, с. 42-77.

60. Рейнер М. Реология. М. , Наука, 1965, с. 3 60.

61. Ржаницын А.Р. Теория ползучести. М. , Стройиздат, 1968, с. 370.

62. Рыкова Н.Б., Понетаев Е.И., Лопасова Л.В., Меликов Е.Х. Экспериментальные исследования вибровоздействия на кожевую ткань норки. КОП, № 5, 1991.

63. Рыкова Н.Б. Разработка метода формования и способа изготовления женских головных уборов из натурального меха. Дисс. к.т.н., М., МТИЛП, 1990.

64 . Скатерной В.А., Зыбин Ю.П. Формовочные свойства тканевых заготовок верха обуви. Научные труды МТИЛП, 1958, №19, с. 160-189.

65. Скварник В.П., Стеблина И.З. Применение вибрации при обтяжке заготовок. Легкая Промышленность, № 1, Киев, 1963.

66. Сливинская А. Г. Электромагниты и постоянные магниты. М., Энергия, 1972.

67. Солодовников В.В., Плотников В.Н., Яковлев A.B. Основы теории и элементы систем автоматического регулирования. М., Машиностроение, 1985.

68.Стеблина И.З. Исследование вибрационного формования верха обуви. Дисс. к.т.н., КТИЛП, Киев, 1968.

69. Теория автоматического управления. Под. ред. A.B. Нетушила. Учебник для ВУЗов., М., Высшая школа, 197 6.

70. Физические величины. Под ред. Григорьева И.С., Мейли-хова Е.З. Справочник, М. , Энергоатомиздат, 1991, с. 9-17, 197, 198, 315, 337.

71.Фоломеев К.А. Совершенствование процесса формования деталей одежды на основе вибрационного воздействия на обрабатываемый материал. Дисс. к.т.н., М., 1983.

72.Фриндлянд A.A. Основы механической технологии кожи. М., Легкая индустрия, 1975, с.35.

73.Хвингия М.В. Низкочастотные электровибрационные машины. Л., Машиностроение, 1989, с. 95.

7 4.Челомей В.Н. Вибрации в технике. Справочник в 6 томах. Том 1. Колебания линейных систем. Под ред. Болотина В.В., М., Машиностроение, 1978, с. 101-103.

75.Челомей В.Н. Вибрации в технике. Справочник в 6 томах. Том 2. Колебания нелинейных механических систем. Под ред. Блехмана И.И., М., Машиностроение, 1979, с. 331-344.

7 6.Челомей В.Н. Вибрации в технике. Справочник в 6 томах. Том 4. Вибрационные процессы и машины. Под ред. Лавен-дела Э.Э., М., Машиностроение, 1981.

77 . Челомей В.Н. Вибрации в технике. Справочник в 6 томах. Том 5. Измерения и испытания. Под ред. Генкина М.Д., М., Машиностроение, 1981, с. 220-22 6.

78. Царева В.Н., Горелик Г.И. Меховые головные уборы. М., Легкая индустрия, 1978, с. 304.

79.Штейнберг Ш.Е., Хвилевицкий Л.О., Ястребенецкий М.А. Промышленные автоматические регуляторы. Под ред. Е.П. Стефани. М. , Энергия, 1973, с.321-356.

80. Padgaonkar A. and ath. Measurement of angular acceleration of a rigin body using linear accelerometers. Trans, of the ASME, J.A.M., 1975, sept., p. 552.

81. Thomson W.T. Vibration theory and applications. London, Allen and Unwin, 1971, p. 384.