Государственое унитарное предприятие «фан ва тараккиёт»

§1.1. Состояние фрикционного взаимодействия хлопка-сырца с металлическими поверхностями

Хлопок-сырец был и остается основной культурой нашей страны, поэтому для его выращивания, сборки и переработки требуются высокоэффек­тивные технологии [1; с.22].

Как известно, применение высокоэффективных современных технологий обуславливается высоким уровнем механизации и автоматизации, и од­ной из важнейших проблем становится снижение повреждаемости хлопка - сырца при взаимодействии с металлическими органами машин и механизмов, так как в связи с переходом на новые методы прядения современная тек­стильная промышленность проявляет высокие требования к качеству волок­на [2; с.158, 3;с.10-12].
Так как повреждаемость хлопковых волокон и семян, в основном, происходит в результате фрикционного взаимодействия хлопка-сырца с поверх­ностями основных рабочих органов машин и механизмов по его переработке, то одним из основных факторов определяющих триботехнические свойства покрытий является природа их контактного взаимодействия при трении, чему посвящены многочисленные работы [4;с.34-35].
В теории трения имеются исследования физики и механики контактного взаимодействия двух тел с учетом многочисленных факторов и свойств материалов. Есть работы, посвященные изучению трения волокнистых ве­ществ с твердыми телами, но в них недостаточны выявлен механизм трения хлопка с твердыми телами.
Трение хлопка и других волокнистых веществ с различными материалами впервые изучены И.В. Крагельским [4;с.55-57], где было исследовано влияние различных факторов на коэффициент трения хлопка по металлу. При повы­шении скорости от нуля до некоторой величины наблюдалось повышение ко­эффициента трения, затем, при дальнейшем увеличении скорости - снижение. Это происходит, как объясняет автор, потому, что при малых скоростях упру­гие свойства волокнистой массы обеспечивают время, необходимое для вне­дрения ее в сопрягаемую поверхность. А при последующем повышении ско­рости такое внедрение не обеспечивается.
Влияние скорости скольжения объясняется, в основном, вязкоупругим характером связи хлопка с металлической поверхностью и соответствующим этому механизмам взаимодействия в этой системе [4;с.75-77],.
В работе [5;с.87-89] автор исследовал механизм взаимодействия единичного волокна с твердым шероховатым телом. Рассмотрено филаментное волокно с продольными неровностями вдоль волокна, движущегося по твердой поверх­ности с шероховатостью, описываемой уравнением:
У = A(l+cosn𝜋x) (1.1)
где А - амплитуда или высота неровности;
n - частота или шаг неровности.
В случае движения волокна по шероховатой поверхности с малым значением «А» и большим «n» площадь контакта велика и следует ожидать более высокого коэффициента трения.
В своих работах [6;с.234-235,7;с.245-248] Г.И. Мирошниченко показано исследование трение хлопка - сырца со сталью и поверхностью транспортерной ленты, а также с поверхностью дерева, асфальта, бетона и кирпича. В результате исследования уста­новлено, что вид материала контртела, взаимодействующего с хлопком- сырцом, оказывает существенное влияние на величину коэффициента трения. Установлено, что независимо от рода поверхности трения, влажности хлопка, сорта и способа его сбора происходит закономерное уменьшение коэффициента трения по мере возрастания нормального давления. Автор [7;с.249-250] также уста­новил, что при трении хлопка по стали и резиновой транспортерной ленте ко­эффициент трения резко возрастает с увеличением влажности перемещаемого материала и снижается с повышенным нормального давления от 0,005 до 0,025 МПа. При более низком давлении 0,0001-0,0002 МПа и влажности 8% и 55% соответственно f=0,71-0,68 и 1,69 - 1,60.
Рост коэффициента трения с увеличением влажности хлопка-сырца автор объясняет усиливающимися взаимодействием молекул воды с молекула­ми контактирующей поверхности. Уменьшение коэффициента трения с рос­том давления объясняется повышением плотности хлопка, в результате чего образуется более легко сдвигаемая решетка, лежащая на выступах контакти­рующей поверхности твердого тела.
Показано, что коэффициент трения зависит от способа сбора и сорта хлопка-сырца. Так, коэффициент трения у хлопка-сырца машинного сбора всегда выше, чем у хлопка ручного сбора. Со снижением сорта хлопка для давлений 0,0001-0,0002 МПа наблюдается тенденция к уменьшению коэффициента трения а при больших значениях давление - к его возрастанию.
Скорость скольжения существенно влияет на коэффициент трения хлопка-сырца по исследованным поверхностям. При возрастании скорости от нуля до 2,0-2,5 м/с коэффициент трения увеличивается. Дальнейшее увеличение скорости существенно не влияло на изменение коэффициента трения. В зависимости от скорости скольжения при больших давлениях коэффициент трения изменяется меньше, чем при малых давлениях. Влажность хлопка, сорт, способ сбора и давление не изменяли общего характера возрастания си­лы трения при повышении скорости скольжения, но влияли на значение ко­эффициента трения [6;с.348-349].
Влияние скорости скольжения на коэффициент трения автор объясняет вязкоупругим характером связи хлопка с металлической поверхностью, основываясь на известных теоретических положениях И.В. Крагельского.
Проявлением такого характера связи является возрастание коэффициента трения до максимума при повышении скорости от нуля до некоторой ве­личины, затем снижение коэффициента трения с увеличением скорости [8;с.15].
Ф.Х. Ходжаев [9;с.19-20] исследовал трение хлопка-сырца по стальной сетке и установил, что коэффициент трения при этом лежит в пределах от 0,8 до 1,2. При прочих равных условиях это в два раза выше, чем при скольжении хлопка-сырца по гладкой стальной поверхности.
И.И. Новицкий [10;с.28] исследовал трение опушенных хлопковых семян по поверхности различных материалов. Хлопковые семена имели 10-14% волокнистого покрова и обладали сходными с хлопком-сырцом физико­-механическими свойствами. В результате исследований было установлено, что, хотя коэффициент трения для хлопка-сырца и семян были различными, но они зависели от аналогичных параметров.
К числу недостатков этих исследований можно отнести то, что они охватили недостаточно широкий диапазон изменений скоростных и нагрузочных режимов и не изучали зависимости силы трения хлопка-сырца от других факторов, например, параметров шероховатости, температуры и т.д.
Автор работы [11;с.32-34] показал, что при определении силы натяжения свободной части волокна, соприкасающегося со шпинделем, с увеличением ко­эффициента трения повышается натяжение свободной части волокна, то есть возрастает вероятность обрыва хлопковых волокон при извлечении из коро­бочки. С увеличением шероховатости поверхности растет коэффициент тре­ния. Следовательно, большая шероховатость поверхности повреждает волок­но и семена хлопчатника.
Взаимодействие хлопка-сырца с поверхностью конструкционных материалов с позиции оптимизации шероховатости поверхностей контртела и снижения механической повреждаемости хлопковых волокон исследовал академик Р.Г. Махкамов в работе [12;с.35-36], где изучена механика взаимодействия хлопка-сырца с шероховатой поверхностью рабочих органов хлопкоочисти­тельных машин. Используется модель волокнистой массы хлопка в виде тон­кой сетки пересекающихся продольных и поперечных волокон, прижатых к шероховатой поверхности силами, определяемыми свойствами массы хлопка. Определены условия, при которых волокнистая масса перемещается по по­верхности без механического захвата неровностями.
Автором показано, что сила взаимодействия хлопка-сырца с металлическими поверхностями увеличивается либо за счет микро резания хлопковых волокон микро выступами, либо за счет увеличения адгезионных взаимодей­ствий с повышением влажности хлопка-сырца. По его данным, интенсивное микро резание волокон происходит при радиусе округления вершин менее,, чем 100 мкм.
Для условий, при которых будет отсутствовать захват волокон микро выступами шероховатостей поверхности, автор рекомендует [12;с.56-58]:

где μ₁ - коэффициент трения волокна с металлической поверхностью;
В₁ - цепкость, определяемая, в основном, силами адгезии между волокном и металлической поверхностью;
μ₂ - коэффициент внутреннего трения волокон;
В₂ - цепкость волокон, определяемая силами когезии;
N - нормальная нагрузка;
Rz - высота микронеровности;
S - шаг микронеровности
Предложены оптимальные значения радиуса округления вершин неровностей (100-200 мкм) и материал (титан и хром) для рабочих поверхностей основных органов машины, позволяющие снизить силы трения при их взаимодействии с хлопком-сырцом. Р. Г. Махкамов также показал влияние парафинов в восковой (кутикулярной) части поверхностного слоя

хлопковых волокон, играющих роль граничной смазки, на их взаимодействие с поверх­ностями трения. При этом отмечено, что наиболее эффективное смазочное действие проявляется при жестких режимах (больших значениях давления и скорости скольжения) трения, обеспечивающих температуру в контактной зоне в пределах 60-70°С. Этими же явлениями автор объясняет повышение работоспособности пильчатых джинов при жестких режимах их эксплуатационную зону для обеспечения благоприятных условий взаимодействия хлопка-сырца с поверхностями рабочих органов машин.

Однако предложение Р.Г. Махкамова и других о технологический обработке рабочих поверхностей деталей машин с радиусом скругления вершин неровностей до 110-200 мкм, нанесение металлических покрытий из титана и хрома, подача нагретого воздуха и др. представляют определенные техниче­ские сложности в условиях производства в связи с большими габаритными размерами рабочих органов хлопкоочистительных машин. К тому же хром и титан относятся к дефицитным и дорогостоящим материалам.
Кроме того эти технологические приемы не устраняют таких недостатков рабочих органов хлопковых и хлопкоочистительных машин, как возник­новение пожаров от искры при наличии твердых включений в хлопке-сырце и соударения с твердыми металлическими поверхностями рабочих органов, механическую дробленность семян и т. п.
Одним из путей оптимизации процесса взаимодействия хлопка-сырца с металлическими рабочими органами машин и механизмов является покрытие их поверхности полимерными материалами, обладающими рядом положительных свойств, как низкая шероховатость, эластичность, дешевизна и др.
Ниже будет рассмотрен процесс фрикционного взаимодействия хлопка и полимерных покрытий.