ВЕСТНИК ГИУА. СЕРИЯ “МЕТАЛЛУРГИЯ, МАТЕРИАЛОВЕДЕНИЕ, НЕДРОПОЛЬЗОВАНИЕ”. 2013. Вып. 16, №2 УДК 685.34.02 Б.М. МАМИКОНЯН, А.З. АВЕТИСЯН, З.А. МИНАСЯН ПРИМЕНЕНИЕ БАЛАНСОВЫХ МЕТОДОВ К РАСЧЕТУ ПРОЦЕССОВ ВЛАЖНО-ТЕПЛОВОГО ФОРМООБРАЗОВАНИЯ ЗАГОТОВОК ВЕРХА ОБУВИ Предложена установка для влажно-теплового формообразования заготовок верха обуви внутренним способом. Рассмотрена возможность применения балансовых методов к расчету основных показателей процессов влажно-тепловой фиксации формы заготовок верха обуви на перфорированной колодке. Ключевые слова: верх обуви, заготовка, формообразование, перфорированная колодка, влажно-тепловая фиксация, балансовый метод. Введение. В настоящее время в обувном производстве широко применяется влажно-тепловая обработка обуви, цель которой состоит в фиксации ее формы для повышения формоустойчивости и снижения уровня внутренних напряжений в деформированных при затяжке деталях. Влажно-тепловую обработку заготовки верха обуви проводят в ротационных (карусельных), проходных (туннельных), элеваторных и камерных установках, которые имеют три зоны обработки: зону увлажнения – для обработки теплым влажным воздухом, зону сушки – для обработки горячим сухим воздухом и зону охлаждения – для обработки холодным сухим воздухом [1, 2]. Недостатком указанных установок является сложность их конструкции и большая продолжительность влажнотепловой фиксации формы заготовок верха обуви вследствие наличия всех трех зон обработки, по которым последовательно должны перемещаться заготовки. Объект исследования. Для сокращения длительности влажно-теплового формообразования заготовок верха обуви нами разработана установка, в которой три зоны обработки совмещены в одну (см. рис.). В установке используется перфорированная колодка, на которую надеваются увлажненная текстильная оболочка и заготовка верха обуви. В колодку поочередно подается теплый влажный, горячий сухой и холодный сухой воздух, осуществляя влажнотепловую фиксацию формы заготовки верха обуви внутренним способом. На рисунке приняты следующие обозначения: 1 - пробочный кран для подачи пара в перфорированную обувную колодку; 2 - заготовка верха обуви; 3 увлажняющая текстильная оболочка; 4 - перфорированная обувная колодка; 5 кольцевые каналы; 6 - емкость для сбора паровоздушной смеси; 7 просверленные отверстия на поверхности колодки; 8 - основная стелька; 9 52 калорифер, содержащий электронагреватель 10 для нагрева воздуха и центробежный вентилятор 11 для подачи воздуха; 12 - паровой котел; 13 электронагреватель для нагрева воды; 14 - пробочный кран для циркуляции паровоздушной смеси; 15 - пробочный кран для подачи воды в паровой котел из водопровода; a - теплый влажный воздух; b - горячий сухой воздух; c холодный сухой воздух. Рис. Схема установки влажно-теплового формообразования заготовок верха обуви После влажно-теплового формообразования заготовки верха обуви на разработанной установке рекомендуется осуществить окончательную сушку заготовки. Методы исследования. Рассмотрим возможность применения балансовых методов [3] к расчету процесса обработки заготовки верха обуви теплым 53 влажным воздухом на перфорированной обувной колодке. Составим уравнение материального баланса для системы увлажняемых материалов. Обозначим массу системы материалов (верх заготовки обуви и увлажняющая текстильная оболочка) через M1Н , а после обработки - через M1K : M1K W1 , M1H (1) где W1 - количество влаги, поглощенной системой материалов. Масса M C сухого вещества в системе материалов остается неизменной при увлажнении системы от начальной относительной влажности до конечной 1K (очевидно, что 1K 1H 1H (в процентах) ), поэтому 100 100 1H 1K M 1K . (2) 100 100 Из выражения (2) находим массу системы материалов после обработки теплым влажным воздухом: 100 1H . (3) M 1K M 1H 100 1K Следовательно, масса сорбированной влаги с учетом выражения (1) будет MC W1 M 1H M 1K M 1H M 1H 1K 1H 100 1K . Обозначим через L1 массу сухого воздуха, а через d1H влагосодержание воздуха до и после сорбции соответственно (4) и d1K d1K - d1H . Уравнение материального баланса для теплого влажного воздуха будет L1 d1H L1 M1H L1 d1K L1 M1K , следовательно, M 1K M 1H W1 . (5) L1 d1H d1K d1H d1K Для уменьшения затрат тепла в разработанной установке используется циркуляция отработавшего воздуха путем добавления к нему свежего воздуха массой L0 для компенсации потерь воздуха через неплотности и свежей влаги массой WK для компенсации сорбированной влаги массой W1 . В результате уравнение баланса влаги в воздухе установки принимает вид (6) L1H d1H L0 d0 W1 L1K d1K L0 dm , где d0 - влагосодержание добавляемого свежего воздуха; L1H - масса теплого влажного воздуха, поступающего в перфорированную колодку; L1K - масса 54 отработавшей паровоздушной смеси, вновь поступающей в паровой котел; d m влагосодержание воздуха, теряемого через неплотности. Принимая L1H L1K L1 , из уравнения (6) определяем влагосодержание воздуха на входе в перфорированную колодку: W1 L0 d m d0 . (7) d1H d1K L1 Из выражения (7) определяем массу свежей влаги, вводимой для компенсации сорбированной: WK L1 d1H d1K W1 L0 d m d0 . (8) Как видно из выражения (8), из-за потерь воздуха расход свежей влаги превышает массу сорбируемой системой материалов влаги. Составим уравнение теплового баланса разработанной установки. Обозначим через I1H энтальпию теплого влажного воздуха, поступающего в перфорированную колодку, а через I1K - энтальпию отработавшей паровоздушной смеси, вновь поступающей в паровой котел. Уравнение будет иметь вид L1H I1H L1K I1K , поэтому расход тепла на нагревание воздуха в калорифере определится выражением Q L1H I1H L1K I1K L1K I1H I1K . (9) С учетом потерь воды и воздуха, а также циркуляции отработавшего воздуха уравнение теплового баланса примет вид L1H I1H L0 I 0 M 1H c1H 1H W r qc (10) L1K I1K L0 I m M 1H c1H 1K W1cB 1K Qn , где I 0 - энтальпия добавляемого свежего воздуха; c1H - средняя массовая теплоемкость системы материалов до обработки теплым влажным воздухом; и 1K - соответственно температуры систем материалов до и после 1H увлажнения теплым влажным воздухом; I m - энтальпия воздуха, теряемого через неплотности; cB - массовая теплоемкость воды; Qn - тепловые потери установки; r - скрытая теплота парообразования; qc - теплота сорбции. Из уравнения (10) определяем расход тепла на повышение энтальпии воздуха в калорифере: Q L0 I m I 0 M1H c1H 1K W1 r qc cB 1K Qn . (11) 1H Аналогичным образом балансовые методы можно применить также к расчету процессов обработки заготовки верха обуви на перфорированной обувной колодке горячим сухим и холодным сухим воздухом. 55 Выводы. Применение балансовых методов к расчету процессов формообразования заготовок верха обуви на перфорированной обувной колодке позволяет определить важнейшие показатели процесса: расход воздуха при увлажнении, сушке и охлаждении; массу влаги, поглощаемой заготовкой верха обуви при увлажнении, и влаги, удаляемой из заготовки при сушке; массу свежей влаги, вводимой для компенсации сорбированной влаги; расход тепла на нагревание воздуха в калорифере и т.д. Управление указанными показателями позволит сократить время влажно-теплового формообразования заготовок верха обуви, сэкономить энергетические и водные ресурсы, повысить качество обуви. СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 1. 2. 3. Довнич И.И. Технология производства обуви. – М.: Академия, 2004. – 288 с. Коваленко П.И. Технология изготовления обуви. – Ростов н/Д.: Феникс, 2000. – 320 с. Основы проектирования химических производств / В.И. Косинцев, А.И. Михайличенко, Н.С. Крашенинникова и др. – М.: Академкнига, 2010. – 371 с. Материал поступил в редакцию 14.05.2013. B.M. MAMIKONYAN, A.Z. AVETISYAN, Z.A. MINASYAN APPLICATION OF BALANCE METHODS TO THE CALCULATION OF WET-HEAT SHAPING OF UPPER BILLET PROCESSES A set for the wet-heat shaping of upper billets by an inner method is proposed. The opportunity of applying the balance methods to the calculation of the main indices of the processes of wet-heat fixation of upper billet shapes on the perforated pad is considered. Keywords: upper part of a shoe, billet, shaping, perforated pad, wet-heat fixation, balance method. 56