ИССЛЕДОВАНИЕ ВЛИЯНИЯ КОНСТРУКЦИИ ЗОНЫ ПИТАНИЯ ЩИПАЛЬНОЙ МАШИНЫ НА ЭФФЕКТИВНОСТЬ РАЗВОЛОКНЕНИЯ ШВЕЙНЫХ ОБРЕЗКОВ

АННОТАЦИЯ

В работе представлена выведенная формула для расчёта силы трения между составными амортизирующими рифлёными цилиндрами и обрезками ткани в зоне питания предлагаемой щипальной машины, предназначенной для разволокнения швейных отходов. На основе анализа полученных графиков зависимости силы трения от жёсткости упругих элементов, величины деформации, массы и радиуса цилиндров определены их оптимальные значения. Полученные результаты могут быть использованы для совершенствования конструкции и повышения эффективности оборудования для разволокнения текстильных отходов.

ABSTRACT

The work presents a derived formula for calculating the friction force between the composite shock-absorbing corrugated cylinders and fabric pieces in the feeding zone of the proposed sewing machine designed for fiber separation of garment waste. Based on the analysis of the obtained graphs of the dependence of the friction force on the stiffness of the elastic elements, the magnitude of deformation, the mass, and the radius of the cylinders, their optimal values were determined. The obtained results can be used to improve the design and increase the efficiency of equipment for fiber separation of textile waste.

Ключевые слова: обрезки ткани, щипальная машина, составной, упругий, втулка, рифля, цилиндр, сила трения, коэффициент, масса, жесткость, деформация, график, зависимость, параметр, рекомендуемое значение.

Keywords: fabric cuts, tearing machine, composite, elastic, bushing, flute, cylinder, friction force, coefficient, mass, stiffness, deformation, graph, dependence, parameter, recommended value.

Введение. В результате ежегодного увеличения объёмов переработки местного сырья и производства готовой одежды в нашей Республике образуется значительное количество вторичных текстильных сырьевых ресурсов [1]. Известно, что в процессе раскроя одежды выделяется большое количество вторичных сырьевых ресурсов, то есть швейных обрезков.

Поиск путей получения из швейных отходов качественных регенерированных волокон и их более эффективного использования является актуальной и своевременной задачей, поскольку непрерывный рост объёмов производства текстильной продукции требует увеличения количества используемого сырья.

Рациональное использование вторичных сырьевых ресурсов способствует экономии первичного сырья, расширению ассортимента выпускаемой продукции, снижению её себестоимости и количества отходов, а также создаёт предпосылки для разработки ресурсосберегающих технологий производства [1-4]. 

На начальных этапах переработки швейных отходов важным процессом является восстановление волокон, осуществляемое на специальном технологическом оборудовании. Свойства и степень разволокнения волокон, получаемых из швейных обрезков, в основном зависят от работы щипальных машин, в частности – от процесса разделения обрезков тканей на волокна. Решение задач повышения производительности и улучшения качества продукции во многом достигается путём совершенствования технологических процессов. Процесс разволокнения обрезков на щипальных машинах осуществляется следующим образом: непрерывно подаваемые транспортёром обрезки тканей захватываются двумя рифлёными питающими цилиндрами и передаются на разрыхлительный барабан, где происходит их разволокнение посредством зубчатой гарнитуры.

Изучение и наблюдения за процессом разволокнения показали, что неразволокненные нити и кусочки обрезков, находясь под воздействием зубьев барабана, проскальзывают и попадают в массу уже разрыхлённых волокон. Причиной этого является недостаточное сжатие обрезков между парой питающих цилиндров. Следовательно, конструкция зоны питания щипальной машины оказывает значительное влияние на процесс восстановления волокон из швейных отходов. Эффективность удержания обрезков в зоне питания и качество разделения их на волокна напрямую зависят от конструкции этой зоны [5].

Усовершенствованная схема зоны питания щипальной машины.

В существующей щипальной машине питающие рифлёные цилиндры вращаются навстречу друг другу, проталкивая обрезки в рабочую зону за счёт силы трения при определённом давлении. Основным недостатком такой конструкции является неравномерная подача обрезков, поскольку изменение их толщины и плотности приводит к колебаниям силы трения. В некоторых случаях при недостаточной силе трения целые обрезки могут покидать питающие цилиндры, не подвергаясь разрыхлению, что снижает эффективность работы щипальной машины.

Для повышения равномерности подачи и эффективности проталкивания обрезков в рабочую зону была предложена усовершенствованная конструктивная схема питающих рифлёных цилиндров с составными упругими элементами, приведенная на рис. 1.

Рисунок 1.  Рекомендуемая схема питающих рифленых цилиндров в зоне питания щипальной машины

Составной нагружаемый цилиндр состоит из рифлёной части 1, вала 2 и упругого элемента 3, т.е. резиновой втулки. Соответственно, нижний составной цилиндр включает рифлёную часть 4, ось 5 и резиновую втулку 6. Рифлёная часть верхнего цилиндра 1 воздействует на обрезки с силой сжатия . В данной конструкции при изменении плотности (толщины) обрезков 7 соответствующие элементы цилиндра и резиновые втулки 3 деформируются, поддерживая равновесие обрезков и обеспечивая стабильный режим разволокнения.

Теоретические исследования. Расчетная схема и математическая модель определения силы трения между рифлеными цилиндрами и обрезками в зоне питания щипальной машины.

При подаче обрезков в рабочую зону требуется достаточное трение между питающими рифлеными цилиндрами и материалом обрезка, при этом сила разделения всегда должна быть меньше силы трения [6,7].

                                                        (1)

Поэтому определение силы трения является важной задачей. Согласно расчётной схеме (рис. 2), сила трения  в основном зависит от силы сжатия , массы составных рифлёных цилиндров, их геометрических размеров, восстановительных сил с учётом жёсткости резиновых втулок и центробежной силы, свойств обрезков (их деформируемости) и угловой скорости цилиндров.

Рисунок 2. Расчетная схема для определения силы трения между составными рифлёными цилиндрами и обрезком

Равновесие восстанавливающих сил жесткости упругих элементов при взаимодействии обрезков с верхним и нижним составными рифлёными цилиндрами имеет следующий вид [8,9]. При этом по условию равновесия сил по вертикальной оси [10]:

                                                           (2)

Здесь,  – сила сжатия;  - оси и валы рифлёных цилиндров, массы резиновых втулок, а также рифлёных частей;  - ускорение свободного падения;  - радиусы цилиндров, - угловые скорости цилиндров; - деформации соответствующего обрезка под действием цилиндров;  - значения деформации резиновых втулок;  - коэффициенты жесткости резиновых втулок;  - коэффициент жесткости обрезка.

Согласно расчетной схеме соответственно из  и :

                     (3)

Также из  и  [8,9];

                                             (4)

При этом и

                                     (5)

Учитывая полученное (5), из (2) получаем выражение для расчета силы сжатия рифленых цилиндров;

  (7)

Согласно закону Амонтона-Кулона [11,12], сила трения между составными питающими рифлеными цилиндрами с упругими элементами и обрезками:

                                                                         (7)

Подставив выражение (6), получено выражение для расчёта силы трения.:

            (8)

Выражение (8) получено для общего случая, когда размеры питающих цилиндров различны. Если цилиндры принять одинаковыми, то есть:

Когда

, сила трения:

   (9)

         Численное решение полученной формулы (9) выполнено при следующих значениях параметров элементов рабочей зоны щипальной машины:

;  

  ;

Математическое численное решение задачи и анализ результатов. Были построены графики зависимости силы трения между предлагаемыми составными рифлёными питающими цилиндрами с упругими элементами и обрезками от изменения параметров конструкции. В частности, на рис. 3 показаны графики зависимости силы трения между составными питающими цилиндрами и обрезками от суммарной массы сжимающего цилиндра.

Анализ построенных графиков показывает, что при увеличении общей массы сжимающего цилиндра от 2,2 кг до 3,4 кг, при коэффициенте трения f=0,19 сила трения  возрастает линейно от 0,21∙10 Н до 0,79∙10 Н. Аналогично, при f=0,33 значения силы трения увеличиваются от 0,37∙10 Н до 2,7∙10 Н. Основной причиной этого является то, что с увеличением массы цилиндров растёт давление на поверхность обрезков, соответственно увеличивается и сила трения. Однако следует отметить, что чрезмерно высокая сила трения при воздействии рифлёной части цилиндров на обрезки может привести к повреждению волокон.

Кроме того, сила трения должна превышать силу, необходимую для разделения волокон (нитей). Поэтому для обеспечения требуемой силы трения целесообразно, чтобы общая масса цилиндра  не превышала диапазон 3,2 – 3,25 кг (  кг).

1–f = 0,19; 2–f = 0,22; 3–f = 0,25; 4-f = 0,28

Рисунок 3. Графики зависимости силы трения между составными питающими цилиндрами и обрезками от суммарной массы сжимающего цилиндра

Следует отметить, что сила трения между рифлёной частью цилиндра и обрезками во многом зависит от коэффициентов жёсткости обрезков и резиновой втулки составного цилиндра. На рис. 4 представлены графики зависимости силы трения между составными питающими цилиндрами и обрезками от жёсткости резиновой втулки и обрезков.

1,2 – F_т = f (C_о); 3,4 – F_т = f (C_р); 1,3 – f = 0,22; 2,4 – f = 0,28

Рисунок 4. Графики зависимости силы трения между составными питающими цилиндрами и обрезками от жёсткости резиновой втулки и обрезков

Построенные графики показывают линейную зависимость силы трения, которая также зависит от коэффициента трения. В частности, при  и увеличении коэффициента жёсткости обрезков от  до  сила трения возрастает от Н до Н. Соответственно, при значения  линейно увеличиваются от Н до Н. Следует отметить, что при  сила трения, обусловленная жёсткостью резиновой втулки рифлёного цилиндра, возрастает линейно до Н, а при  значения  увеличиваются с Н до Н. Таким образом, сила трения между рифлёной частью цилиндра и обрезком в зоне питания во многом зависит от жёсткости резиновой втулки цилиндра. Поэтому рекомендуемые значения для обеспечения необходимой силы трения следующие:

 .

На рис. 5 приведены графики зависимости силы трения между составными питающими цилиндрами и обрезками от изменения их радиусов.

1–R₁ = 1,5R₂ ; 2–R₁ = 1,25R₂ ; 3–R₁ = R₂

Рисунок 5. Графики зависимости силы трения между составными питающими цилиндрами и обрезками от изменения их радиусов

Согласно анализу, можно заметить, что сила трения зависит от соотношения радиусов составных рифлёных цилиндров с упругими элементами и увеличивается по нелинейному закону. В частности, при  и увеличении радиуса от м до м значения возрастают от Н до Н по нелинейному закону. Соответственно, когда радиусы цилиндров равны, сила трения достигает максимального значения, увеличиваясь до Н. Основная причина этого заключается в том, что при деформации обрезков увеличивается зона воздействия обоих рифлёных цилиндров, что приводит к росту силы трения. Рекомендуемые значения радиусов составляют:

 м.

Заключение. Разработана усовершенствованная конструктивная схема щипальной машины для разволокнения швейных обрезков с составными рифлёными питающими цилиндрами. Получена формула для расчёта силы трения между обрезками и составными рифлёными цилиндрами в зоне питания машины. Проведен анализ зависимости силы трения от жёсткости упругих элементов, величины деформации, массы и радиуса цилиндров. На основе анализа построенных графиков определены оптимальные значения параметров, обеспечивающие эффективное взаимодействие обрезков с цилиндрами и стабильный режим их разволокнения.

Список литературы:

1. Sh.M.Shodiyeva, S.L.Matismailov, M.Sh.Xoliyarov. Research on the Fiber Recovery Process from Sewing Waste. Textile jurnal of Uzbekistan (ISSN 2010-6262). №2/2025, 79-84 bet.
2. Sh.M.Shodiyeva, M.Sh.Xoliyarov, Q.G.Gofurov. Chimdib titish mashinasi ta’minlash moslamasi ishini optimallash. Textile jurnal of Uzbekistan. 2019, №2, 25-33 bet.
3. Петканова Н.Н. и др. Переработка текстильных отходов и вторичного сырья. М.: Легпромбытиздат. 1991, с. 92-93.
4. Фролова И.В. Теория и практика получения и использования регенерированных волокон / И.В. Фролова. - Иваново: Комитет государственной статистики, 1999. - 523 с.
5. Азизов И.Р., Атаханов А.К., Одилхонова Н.О. Исследование конструкции и параметров работы питающего механизма щипальных машин // Universum: технические науки: электрон. научн. журн. 2024. 6(123). URL: ttps://7universum.com/ru/tech/archive/item/17850. 
6. М.И.Бать и др. Теоритеческая механика, Изд. Наука, Москва, 1966, II-том, 663 с. Источник: https://zachet.ca/termech/bat/bat.php.   
7. В.В.Добронравов, Н.Н.Никитин. «Курс теоретической механики». Учебник для машиностроит. Спец. Вузов. – 4-е изд., перераб. и доп. - М., «Высшая школа», 1983 г. - 575 с. Источник: https://isopromat. ru/teormeh/literatura/kurs-teormeha-uchebnik.
8. Баранов Г.Г. Курс теории механизмов и машин, М., «Машинастроение», 2004 г.
9. Левитская О.Н., Левитская Н.И. Курс теории механизмов и машин, «высшая школа», М., 1978 г.
10. Артоболевский И.И., Теория механизмов и машин, «Наука», -1988 г.
11. Светлицкий В.А., Стасенко И.В. "Сборник задач по теории колебаний". Учебное пособие для вузов. М. "Высш. школа", 1998. 456 с.
12. Фролов К.В. Теория механизмов и машин. М.: Наука, 1987. 496 с.