ЭНЕРГОЭФФЕКТИВНОСТЬ ВИНТОВОГО КОНВЕЙЕРА ДЛЯ ТРАНСПОРТИРОВКИ ХЛОПКА С АНТИФРИКЦИОННЫМ ПОЛИМЕРНЫМ ПОКРЫТИЕМ

АННОТАЦИЯ

В статье приведены результаты исследования влияние антифрикционного поликапроамидного композиционного покрытия, нанесенное на поверхность винта и желоба, на производительность и потребляемой мощности винтового конвейера для хлопка. В процессе производственных испытаний были проведены измерения величины линейного износа покрытия на поверхности винта и желоба. Установлено, при рекомендуемой толщине покрытия из АПКП-I 600-700 мкм, его долговечность в условиях эксплуатации на хлопкоочистительном заводе, при двухсменной работе в течении одного сезона будет обеспечена.

ABSTRACT

The article presents the results of a study on the effect of an anti-friction polycaproamide composite coating applied to the surface of a screw and a chute on the performance and power consumption of a screw conveyor for cotton. In the process of production tests, measurements were made of the linear wear of the coating on the surface of the screw and the chute. It has been established that with the recommended thickness of the APKP-I coating of 600-700 microns, its durability under operating conditions at a cotton gin plant, with two-shift operation during one season, will be ensured.

Ключевые слова: транспортировка хлопка, винтовых конвейеров, волокна хлопка, влажности хлопка,антифрикционного поликапроамидного композиционного покрытия.

Keywords: transportation of cotton, screw conveyors, cotton fiber, cotton moisture, anti-friction polycaproamide composite coating.

Возрастающие требования к повышению эффективности хлопко-очистительной промышленности вызывают необходимость постоянного совершенствования технологического оборудования, снижения энергоёмкости и металлоемкости, повышения производительности и долговечности машин и механизмов за счет совершенствования конструкции и широкого применения новых, наиболее эффективных конструкционных материалов при условии сохранения природных качеств хлопкового волокна и семян [1,2].

Исследования ряда авторов показывают [3-5], что рабочие органы винтовых конвейеров, применяемых в хлопкоочистительной промышленности при взаимодействии с хлопком-сырцом, значительно повреждает его и снижают качество выпускаемой продукции. Кроме того, эти агрегаты металлоемки, потребляют большое количество энергии, имеют относительно низкую производительность и работоспособность, являются источниками возникновения пожаров за счет искрообразования при соударении их рабочих органов с твердыми включениями хлопка-сырца.

Ранее было установлено, что указанные недостатки можно устранить или свести к минимуму применением полимерных покрытий. Полимерные покрытия значительно улучшают микрогеометрию поверхности, ликвидируя заусенцы и острые кромки. Кроме того, образующиеся на поверхности полимерного покрытия микронеровности обладают меньшей способностью надреза хлопковых волокон из-за большого радиуса скругления вершин микронеровностей и высокой эластичности полимерного покрытия [6-9].

На основании исследования физико-механических и антифрикционных свойств с хлопком различных композиционных полимерных покрытий с учетом их стоимости и технологичности, а также условий эксплуатации были разработаны несколько составов антифрикционных композиции для применения на рабочих поверхностях хлопковых машин, обладающих комплексом необходимых эксплуатационных свойств [10,11].

Для проведения исследования влияния разработанных антифрикционных поликапроамидных композиционных покрытий (АПКМ), нанесенных на поверхность винта и желоба, на эффективность работы винтовых конвейеров для хлопка нами разработана и изготовлена специальная стендовая установка, работающая по замкнутому циклу.

На стендовой установке горизонтально вмонтирован исследуемый винтовой конвейер длиной 4 м (одна секция).

Скорость вращения питательных валиков установки регулируется, что позволяет подавать хлопок на винтовой конвейер с различным коэффициентом заполнения.

Исследования проводились на средневолокнистом хлопке селекции «Султон» первого сорта машинного сборка кондиционной влажности от 8 до 21% с засоренностью от 7,5 до 28%. Увлажнение хлопка проводилось по методике ЦНИХПрома.

В процессе проведения опытов с помощью самопишущего ваттметра производилась запись расхода мощности на холостом ходу и под нагрузкой.

Износ деталей, в основном, измеряют по потере массы и по изменению линейных размеров образцов. Первый метод обеспечивает высокую точность, простоту и удобство измерений. Однако для наших задач применение этого метода нецелесообразно из-за больших габаритов испытуемых образцов и деталей, а также сложности изучения распределения износа по поверхности деталей.

С этой точки зрения для изучения изнашивания полимерных покрытий при трении с хлопком-сырцом в зависимости от условий испытания, а также конфигурации деталей, использовали переносной магнитный толщиномер покрытий МТ-101М, предназначенный для измерения толщины покрытий на магнитных металлах в соответствии с ГОСТ 51694.

В работе, для нанесения порошкообразной полимерной композиции на поверхность рабочих органов винтового конвейера применяли способ плазменного напыления, с использованием промышленной установки Киев-7. Установка позволяет получать многослойные покрытия с изменением концентрации компонентов напыляемых порошковых материалов по толщине слоя и достижении совокупности свойств, присущих каждому из напыляемых компонентов.

Для получения высококачественных покрытий важное значения имеет строгое соблюдение заданной технологии приготовления составов и композиции. Нами для приготовления композиций в необходимом соотношении его компонентов использован смеситель типа “Ангер”. Хорошая гомогенизация компонентов получается при двух стадийном их смешивании. Композицию смешивали в зависимости от вида наполнителей в течении 20-40 минут. Сушку наполнителя проводили при повышенных температурах (100-150 ⁰С) для ускорения процесса сушки.  Полимерный порошок предварительно выдерживали в вакуум-сушильном шкафу ВШ-0,035 М в течение 6 часов при 323-333 ⁰К до влажности 0,1-0,3%.

На рис.1. представлены результаты исследования АПКП (Антифрикционное поликапроамидное композиционное покрытые) на производительность и потребляемую мощность винтового конвейера для хлопка ШХР в зависимости от влажности транспортируемого хлопка при различных коэффициентах заполнения.

Видно, что с увеличением влажности транспортируемого хлопка производительность винтового конвейера, как с покрытием, так и без него, линейно снижается. При этом наиболее интенсивное снижение наблюдается у винтового конвейера без покрытия. Также видно, что при уменьшении коэффициента заполнения производительность у всех винтовых конвейеров с увеличением влажности снижается менее значительно.

Исследования показали, что при коэффициенте заполнения Y=1 и влажности хлопка W=7,5% производительность конвейеров с АПКП в среднем на 9% выше, чем без покрытия, а потребляемая мощность на 21% ниже, а при влажности хлопка W=20% эти цыфры составляют 29 и 34%.

Результаты этих исследований объясняется, главным образом, закономерностью изменения коэффициента трения АПКП и стали с хлопком в зависимости от влажности последнего. Коэффициент трения АПКП с хлопком, во-первых, значительно ниже, чем у стали, во-вторых с увеличением влажности хлопка коэффициент трения у АПКП менее интенсивно увеличивается в сравнении со сталью [8]. С увеличением силы трения хлопка по поверхности пера винта в силу большей связанности хлопка происходит его перебрасывание, т.е некоторая часть хлопка начнет вращаться вмести с винтом. Последнее оказывает влияние не только на увеличение затрат энергии на транспортирование хлопка, но также приводит к снижению производительности винтового конвейера. Причем явление перебрасывания хлопка винтом проявляется сильнее при больших значениях коэффициента заполнения.

а)                                                                   б)

Рисунок 1. Зависимость производительности (а) и потребляемой мощности (б) винтового конвейера ШХР от влажности транспортируемого хлопка при  ψ = 1(1,2,3,4) и ψ = 0,75 (1′,2′,3′,4′);  1,1′,2,2′,3,3′ - поверхность винта и желоба покрыты разработанными антифрикционными поликапроамидными композициями соответственно АПКП-1, АПКП-2, АПКП-3; 4,4′-винтовой конвейер без покрытия

Таким образом, в пределах рассмотренной влажности хлопка среди разработанных композиций АПКП-3 обеспечивает винтовому конвейеру сравнительно более высокую и стабильную производительность. Известно, что при трении полимеров с хлопком образуется и накапливается на поверхности контактирующих тел электростатические заряды, которые могут стать источником возгорания хлопка-сырца по схеме: искра разряда-хлопковая пыль-хлопок [12,13].

В связи с этим были проведены исследования, включающие в себе определение возможности загорания хлопка-сырца от зарядов статического электричества. При этом потенциал электризации поверхности рабочего органа винтового конвейера измеряли электростатическим вольтметром С-53. Результаты измерения показали, что наиболее сильно электризуемым участком поверхности рабочих органов винтового конвейера являются вершины перьев винта и дно желоба. Произведенный расчет энергии возможной искры от электростатических зарядов, образующих на поверхности винта и желоба показали, что энергия заряда при этом не превышает 0,157 Дж. Это значительно меньше энергии воспламенения хлопковой пыли, которая равна 0,510 Дж. [5].

С целью прогнозирования долговечности разработанных антифрикционных ПКП в реальных условиях эксплуатации, нами в процессе производственных испытаний были проведены измерения величины линейного износа покрытия на поверхности винта и желоба с помощью переносного магнитного толщиномера  МТ-101М.

Результаты измерения линейного износа покрытия из АПКП-3 на рабочей поверхности перьев винта и желоба представлены на рис. 2. Как видно из рис.2. наиболее сильно изнашивается вершины перьев винта и поверхности дна желоба. После 1400 часов работы винтового конвейера линейный износ поверхности покрытия на этих участках винта и желоба составил 260 и 310 мкм соответственно. При этом за время эксплуатации испытуемого конвейера в течении одного сезона не наблюдалось отслаивание покрытия с поверхности перьев винта и желоба.

Следовательно, при рекомендуемой толщине покрытия из АПКП-3  600¸700 мкм, его долговечность в условиях эксплуатации на хлопкоочистительном заводе, при двухсменной работе в течении одного сезона вполне будет обеспечена.

Рисунок 2. Распределение линейного изнащивания покрытия из АПКП-3 на рабочей поверхности перьев винта (1) и желоба (2) после 1400 часов работы винтового конвейера

Таким образом, применения антифрикционного поликапроамидного композиционного покрытия на винтовых конвейерах повышает эффективность их работы, способствует сохранению природных свойств хлопка и устраняет возможное сгорание хлопка от искр, возникающих при соударении твердых примесей хлопка с металлическими рабочими органами этих машин.

Список литературы:

1. Имамутдинов М.Х., Максудов И.А.  Состояние в перспективы развития хлопкоочистительной промышленности Узбекистана. – Ташкент: УзНИИНТИ, 1981. – 57 с.
2. Давыдбаев Х.К., Самигулин Р.Л. Состояние и цути развития техники и технологии первичной обработки хлопка. – Ташкент: УзНИИНТИ, 1981.-27 с.
3. Иргашев А.А., Эргашев Ф.А. Установка для исследования гидроабразивной изнашиваемости композиционных полимерных покрытий. Сборник научных статей международного научно-технического конференции “Инновационные решения создания высокоэффективных сельскохозяйственных машин и повышения эффективности использования технических средств”, 27 мая 2022 года Гулбахор, 2022, - С. 372-375.
4. Амиров Р.И. др. К вопросу о повреждаемости семян при транспортировке хлопка-сырца. Хлопковая промышленность, 1975, №1 с.3-4.
5. Негматов С.С. Условия эксплуатации основных рабочих органов машин и механизмов для уборки и переработки хлопка-сырца. Ташкент, «Узбекистан»,1980, 60с.
6. Иргашев А.А. Разработка и исследование антифрикционных композиционных полимерных покрытий, работающих с условиях взаимодействия с хлопком-сырцом. Автореферат канд. дисс. Т. 1983 25 с.
7. Иргашев А.А., Цырлина Э.Б. и др. Исследование возможности применения композиционных полимерных материалов в рабочих органах хлопкоочистительных машин с целью повышения их эф­фективности // Композиционные полимерные материалы и их при­менение.  - Ташкент: Фан, 1986. - С. 144-148.
8. Негматов С.С, Иргашев А.А., Цырлина Э.Б. Применение антифрикционных композиционных полимерных материалов в технологическом оборудовании первичной обработки хлопка: Сборник докладов «TPJBO-TEHNJCA-87» The 5in conference on fruction, Lubrication and wear, Bucuresti. 1987, 167-173.
9. Джумабаев А.Б., Иргашев А.А., Джалалов Т., Негматов С.С. Исследование триботехнических св-тв композиционных полимерных материалов при фрикционном взаимодействии с хлопком-сырцом: В сборнике трудов международ­ной научной конференции «Трение, износ и смазочные материалы», М. 1985, Т, I. с. 66-71.
10. Иргашев А.А.,  Негматов С.С., Эргашев Ф.А., Туркменов Х.И. Разработка требований к эксплуатационным свойствам композиционных полимерных материалов. В сб. трудов Международного симпозиума «Наука. Инновации. Техника и проблемы, достижения и перспективы». Комсомольск – на- Амуре, 2-16 мая 2015г.166-169 с.
11. Иргашев А.А., Эргашев Ф.А. Проблемы разработки и применения наполненных полимерных композиционных материалов при восстановлении деталей машин в сельском хозяйстве. В сб. трудов международной научно-практической конференции «Наука, образование и инновации для АПК: cостояние, проблемы и перспективы», Ташкент, 22-23 ноябрь 2019г. Часть-1,  с.395-397.
12. Негматов С.С., Джалилов Н.Х. Исследование явления электризации при трении полимерных покрытий с хлопком- сырцом:  В. сб. Теория трения, износа и смазки., Ташкент, 1975, с.111-116
13. Джалилов Н.Х., Иргашев А.А., Цырлина Э.Б., Негматов С.С. Электризация композиционных полимерных материалов покрытий на основе фурано-эпоксидных олигомеров при трении с хлопком-сырцом. В сборнике трудов международ­ной научной конференции «Трение, износ и смазочные материалы», М. 1985, Т. П. с. 210-216.