Сетевое издание
Современные проблемы науки и образования
ISSN 2070-7428
"Перечень" ВАК
ИФ РИНЦ = 1,006

РЕГРЕССИОННЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ДЕФОРМАЦИИ СТЕРЖНЯ ПЕРА РИФЛЕНЫМ ВАЛКОМ

Чертов Ю.Е. 1 Галатов К.С. 1 Молев М.Д. 1
1 ФГБОУ ВПО Институт сферы обслуживания и предпринимательства (филиал) «Донской государственный технический университет»
Статья посвящена исследованию технологии повышения наполнительной способности перовой массы, заключающейся в прокатки стержней перьев рифленым валком на плоскости для формирования на их вогнутой стороне проминов, обеспечивающих дополнительный изгиб. Проведен анализ объекта исследования и факторного пространства. Рассматривались следующие влияющие на наполнительную способность конструктивные параметры рифленого валка: высота рифлей; шаг рифления; ширина вершины рифли, угол профиля рифли, диаметр вершин рифлей, радиус закругления впадины между рифлями, радиус закругления вершины рифли, а также сила давления на стержень пера при прокатке, определяемая зазором между вершиной рифли и контактной поверхностью. В качестве параметра оптимизации выбран показатель Fill Power (F.P.) перовой массы, значимые факторы – шаг рифления, ширина вершины рифли, зазор между вершиной рифли и опорной плоскостью. Регрессионная модель процесса получена с применением центральное рототабельное композиционное планирование по плану Бокса – Уилсона, как наиболее отвечающее специфике решаемой задачи. По регрессионной модели определены рациональные конструктивные параметры рифлёного валка, обеспечивающие повышение показателя F.P. на 23 ±5,5 %.
показатель F.P.
рифлёный валок
факторное пространство
регрессионная модель
1. Галатов, К. С. Классификация способов модификации пера птицы / К. С. Галатов, Ю. Е. Чертов, // Птица и птицепродукты. – 2013. – № 6. С. 52-56.
2. Галатов, К. С. Определение параметров рабочего органа узла модификации пера сортировочных машин / К. С. Галатов, Ю. Е. Чертов // Фундаментальные и прикладные проблемы техники и технологии. – 2012. – №1. С. 48-51.
3. Пат. 2346885 Российская Федерация, МПК8 В68G 3/08. Устройство механической модификации куриного пера / Бринк И. Ю., Соприкина Т. Н., Чертов Ю. Е.; № 2007108628/12; заявл. 21.05.2007; Опубл. 20.02.2009. Бюл. №5. 2 с.
4. Пат. 2366767 Российская Федерация, МПК8 В68G 3/08. Устройство для сортировки куриного пера / Ю. Е. Чертов, К. С. Галатов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ЮРГУЭС». № 2008113670/12; заявл. 07.04.2008; Опубл. 10.09.2009. Бюл. №25. 2 с.
5. Пат. 2424384 Российская Федерация, МПК8 В68G 3/08. Устройство сортировки перо-пухового сырья на фракции / Ю. Е., Чертов, К. С. Галатов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ЮРГУЭС». № 2010102611/05; заявл. 26.01.2011; Опубл. 20.07.2011. Бюл. №20. 2 с.
6. Пат.2467948 МПК8 В68G 3/08, B07B 1/20. Устройство разделения перопухового сырья на фракции в жидкой среде / К. С. Галатов; Ю. Е. Чертов; заявитель и патентообладатель ГОУ ВПО «ЮРГУЭС». № 2011105570/02; заявл. 14.02.2011; Опубл. 27.11.2012. Бюл. №33. 1 с.
7. Пат. 2404914 Российская Федерация, МПК8 В68G 3/08. Способ увеличения наполнительной способности куриного пера и устройство для его осуществления / Ю. Е.Чертов, И. Ю. Бринк, Т. Н. Соприкина; № 2009125854/21(036020); заявл. 06.07.2009; Опубл. 27.11.2010. – Бюл. № 33. – 2 с.:ил.
8. Перспективы применения куриного пера в изделиях швейной промышленности / Т. Н. Соприкина, И. Ю. Бринк, Ю. Е. Чертов // Швейная промышленность. – 2007. – №4 . – С.53-54.
9. Чертов, Ю. Е. Повышение эффективности модификации стержня пера птицы / Ю. Е. Чертов, К. С. Галатов // Птица и птицепродукты. – 2012. – № 6. С. 60-62.

При производстве перо-пуховых изделий себестоимость снижают за счет применения в составе наполнителей куриного пера. Для увеличения наполнительной способности перовой массы используют различные способы обработки. [1] При этом свойство перопухового сырья занимать определенный объем при стандартной нагрузке, в соответствие с Европейским стандартом качества DIN EN 12934 European Standard, характеризует показатель Fill Power (F.P.). Расширение ассортимента швейных изделий с куриным пером достигают применением механической деформации стержней перьев, заключающейся в их прокатке между парой валков [6,7], или в прокатке рифленым валком на подающей транспортерной ленте [3,4,5].

Деформация происходит в зазоре между вершиной рифли валка и контактной поверхностью под действием сжимающей нагрузки, в результате на вогнутой поверхности стрежней перьев формируются промины, придающие ему дополнительный изгиб. Рабочим органом устройств, реализующих эти технологии, является рифленый валок. Рекомендации по определению его диаметра приведены в работе [2]. Остальные конструктивные параметры рифленого валка целесообразно уточнить в результате регрессионного анализа процесса деформации, реализуемого на лабораторной установке. Конструкция установки предусматривает установку рифленых валков с различными параметрами. Величина зазора, в котором происходит деформация, регулируется с помощью микровинта с лимбом (цена деления 0,01 мм). Контактная поверхность обработана шлифованием (Rа 0,63 мкм).

При разработке регрессионной модели процесса деформации стержня пера рифленым валком на плоскости в качестве параметра оптимизации целесообразно рассматривать показатель F.P. перовой массы, состоящей из деформированных перьев (Y).

Факторами, влияющими на параметр оптимизации, в общем случае, являются параметры рифленого валка: шаг рифления; угол профиля рифли, ширина вершины рифли, высота рифлей; диаметр вершин рифлей, диаметр впадин рифлей, радиус закругления впадины между рифлями, радиус закругления вершины рифли (см. рисунок 1), а также, зазор между вершиной рифли и контактной поверхностью, определяющий силу давления на стержень пера при прокатке.

Рис.1. Конструктивные параметры рифленого валка

В результате анализа факторного пространства объекта исследования определены значимые факторы: шаг рифления (p); ширина вершины рифли (b); зазор между вершиной рифли и контактной поверхностью (h).

На основании результатов известных исследований [8,2] и анализа процесса механической деформации стержня куриного пера путем прокатки рифленым валком выбраны следующие области варьирования значимых факторов, мм:;; . Уровни и интервалы варьирования факторов в кодированных и в соответствующих им реальных переменных представлены в таблице 1.

Таблица 1

Уровни и интервалы варьирования факторов

Факторы

Уровни варьирования

Интервалы

варьирования,

-1

0

1

 

p – шаг рифления, мм

2

3

4

1

b – ширина вершины рифли, мм

0,25

0,625

1

0,375

h – зазор между вершиной рифли и поверхн., мм

0,04

0,05

0,06

0,01

Уровни варьирования факторов p и b обеспечивались использованием набором сенных рифленых валков (см. рисунок 2).

Рис.2. Параметры сменных рифленых валков

Для исследования процесса деформации использовали центральное рототабельное композиционное планирование (РЦКП) по плану Бокса – Уилсона, как наиболее отвечающее специфике решаемой задачи. Матрица планирования РЦКП после рандомизации в кодированных переменных и результаты эксперимента после прокатки приведены в таблице 2.

Таблица 2

Матрица планирования РЦКП после рандомизации в кодированных переменных и результаты эксперимента после прокатки

№ опыта

х1

х2

х3

Параметр оптимизации Y

13

148

4

+

150

3

+

165

19

+

+

147

21

+

155

8

+

+

170

5

+

+

147

2

+

+

+

147

23

0

169

15

0

+

168

9

0

+

170

12

0

+

+

164

16

0

161

22

0

+

148

1

+

0

154

20

+

0

+

161

7

0

166

17

+

0

165

14

+

0

168

6

+

+

0

155

10

0

0

0

179

11

0

0

0

180

18

0

0

0

179

Для проведения эксперимента были отобраны 23 навески покровного куриного пера по 3 грамма каждая, размерами от 3 до 9,5 см. Взвешивание навесок производилось на электронных весах ВСП-0,5/0,1-1 (3-ий класс точности по ГОСТ 29329 – 92), предназначенных для статических измерений массы грузов при учетных и технологических операциях в промышленности. Эти весы позволяют определять массу в диапазоне от 0,5 г до 500 г с погрешностью 0,05 г.

Для каждого из 23-х опытов использовали рифленый валок требуемых конструктивных параметров. Величину зазора между вершиной рифли и контактной плоскостью выставляли микровинтом с лимбом и контролировали измерительным щупом (ТУ 2-034-225). В каждом опыте частота вращения рабочего органа оставалась неизменной и равной 57 мин-1, что соответствует рациональной скорости деформации стержня пера [9]. Величину показателя F.P. перовой массы до и после прокатки рифленым валком определяли на компактном приборе по методике, разработанной в соответствие со стандартом качества DIN EN 12934 European Standard, Это позволило значительно уменьшить материалоемкость и продолжительность экспериментальных исследований и производить оценку наполнительной способности перовой массы при доверительной вероятности Р=0,95 с погрешностью ± 4 дюйм3/унция. Показатель F.P. навесок до прокатки составлял 147 ± 2,5 %.

В соответствии с матрицей планирования при помощи пакета прикладных математических программ Maple 9.5 была рассчитана и проверена на адекватность регрессионная модель в кодированных переменных

(1)

В кодированных переменных значения параметров в точке оптимума равны:

; ; .

Трехмерные изображения поверхности отклика при фиксированных значениях одного из факторов приведены на рисунке 3.

Рис. 3. Поверхности отклика при фиксированных значениях одного из факторов

На рисунке 3 приведены:

а) зависимость показателя F.P. от ширины вершины рифли () и шага рифления ();

б) зависимость показателя F.P. от ширины вершины рифли () и зазора между ве шиной рифли и контактной поверхностью ();

в) зависимость показателя F.P. от шага рифления () и зазора между вершиной рифли и контактной поверхностью ().

В реальных переменных уравнение искомой регрессионной зависимости имеет вид

(2)

Значения параметров в точке оптимума в этом случае

p = 3,165 мм; b = 0,337 мм; h = 0,052 мм.

При этом показатель F.P. перовой массы увеличивается на 23 ± 5,5 %.

Выводы:

1. В результате анализа факторного пространства объекта исследования определены значимые факторы: шаг рифления; ширина вершины рифли; зазор между вершиной рифли и контактной поверхностью.

2. Разработанная регрессионная модель позволила определить величину конструктивных параметров рифлёного валка: шаг рифления – 3,2 мм; ширина вершины рифли – 0,3 мм; и технологический параметр процесса деформации – зазор между вершиной рифли и плоскостью прокатки – 0,05 мм, которые могут быть использованы при разработке и модернизации оборудования для обработки перопухового сырья.

Рецензенты:

Бекмурзаев Л.А., д.т.н., профессор кафедры «Конструирование, технологии и дизайн» института сферы обслуживания и предпринимательства (филиала) «Донского государственного технического университета», г. Шахты;

Кожемяченко А.В., д.т.н., профессор кафедры «Технические системы ЖКХ и сферы услуг» института сферы обслуживания и предпринимательства (филиала) «Донского государственного технического университета», г. Шахты.


Библиографическая ссылка

Чертов Ю.Е., Галатов К.С., Молев М.Д. РЕГРЕССИОННЫЙ АНАЛИЗ ПРОЦЕССА ДЕФОРМАЦИИ СТЕРЖНЯ ПЕРА РИФЛЕНЫМ ВАЛКОМ // Современные проблемы науки и образования. – 2015. – № 2-3. ;
URL: https://science-education.ru/ru/article/view?id=23819 (дата обращения: 28.03.2024).

Предлагаем вашему вниманию журналы, издающиеся в издательстве «Академия Естествознания»
(Высокий импакт-фактор РИНЦ, тематика журналов охватывает все научные направления)

«Фундаментальные исследования» список ВАК ИФ РИНЦ = 1,674