ОПРЕДЕЛЕНИЕ СИЛЫ ТРЕНИЯ МЕЖДУ СОСТАВНЫМ ПИТАЮЩИМ ЦИЛИНДРОМ И ВОЛОКНИСТОЙ ЛЕНТОЙ В ЗОНЕ ПИТАНИЯ ПНЕВМОМЕХАНИЧЕСКИХ ПРЯЛЬНЫХ МАШИН

АННОТАЦИЯ

В работе исследуется зависимость силы трения между подающим цилиндром и волокнистой лентой от коэффициентов жёсткости резиновой втулки цилиндра и волокнистого материала. Показано, что сила трения линейно увеличивается с ростом приведённого коэффициента жёсткости системы «цилиндр-волокнистая лента» от 2,8 до 8,0 сН/мм и радиуса цилиндра от 8,5×10⁻³ м до 10,5×10⁻³ м. Определены оптимальные параметры для устойчивой подачи волокнистого материала без повреждения волокон: сила трения (0,8–1,1)×10 сН, общая масса подающего цилиндра (1,8–2,5)×10⁻¹ кг и коэффициент трения f = 0,2–0,25. Полученные результаты имеют практическое значение для оптимизации работы питающих устройств текстильных машин и повышения качества формирования волокнистых структур.

ABSTRACT

The study investigates the dependence of the friction force between the feed cylinder and the fibrous sliver on the stiffness coefficients of the cylinder’s rubber sleeve and the fibrous material. It has been shown that the friction force increases linearly with the rise of the reduced stiffness coefficient of the “cylinder-fibrous sliver” system from 2.8 to 8.0 cN/mm and with the cylinder radius from 8.5×10⁻³ m to 10.5×10⁻³ m. Optimal parameters ensuring stable feeding of the fibrous material without fiber damage were determined: friction force in the range of (0.8–1.1)×10 cN, total mass of the feed cylinder (1.8–2.5)×10⁻¹ kg, and friction coefficient f = 0.20–0.25. These findings have practical significance for optimizing the performance of feeding devices in textile machinery and improving the quality of fiber structure formation.

Ключевые слова: подающий цилиндр; волокнистая лента; сила трения; коэффициент жёсткости; резиновая втулка; деформация волокон; коэффициент трения; дискретизационная зона; текстильная машина; оптимизация технологических параметров.

Keywords: feed cylinder; fibrous sliver; friction force; stiffness coefficient; rubber sleeve; fiber deformation; friction coefficient; discretization zone; textile machine; optimization of technological parameters.

Введение. Основная часть. Составной питающий цилиндр в процессе работы сжимает волокнистую ленту и подаёт её в зону дискретизации в пределах сечения (2×9) мм². В существующей конструкции этот процесс в основном зависит от коэффициента трения между волокнами и питающими цилиндром, а также от силы давления [1]. Работоспособность предлагаемого составного питающего цилиндра также в определённой степени зависит от жёсткости его резиновой упругой втулки.

Методология исследования. Составной питающий цилиндр сжимает волокнистую ленту в пределах сечения 2×9 мм² и подаёт её в зону дискретизации. Сила трения между цилиндром и лентой определяется:

                                                        (1)

В процессе взаимодействия составного питающего цилиндра с волокнистой лентой возникают следующие силы: центробежная сила, сила тяжести питающего цилиндра, сила упругости резиновой втулки, сила упругости волокнистой ленты, сила трения и реактивная сила. Схема расчета взаимодействия питающего цилиндра с волокнистой лентой приведены на рисунке 1.

Здесь g — ускорение свободного падения.

Центробежная сила составного (комбинированного) цилиндра [10]:

                                                   (2)

где,— частота вращения питающего цилиндра; r — уклонный радиус гарнитуры питающего цилиндра.

Рисунок 1. Расчетная схема взаимодействия составного питающего цилиндра и волокнистой ленты

Следует отметить, что восстанавливающая сила резиновой втулки, как и восстанавливающая сила при вертикальном смещении оплетки волокон, направлена ​​вверх, далее приведены значения, которые учитываются следующей общей единичной силой [2]:

                                                               (3)

Особенно надо указать, что  сила трения [9]:

                                                                         (4)

где f — коэффициент трения; N — полная сила; a — угол охвата зоны деформации рифля.

Поверхность контакта между питающим цилиндром и рифлям определяется следующим выражением [7]:

где   длина цилиндра.

С учётом вышеизложенного, сила трения между поверхностью рифленой головки цилиндра, обеспечивающей зону дискретизации, и фитилём определялась по следующему выражению [6]:

При выводе результирующего выражения движение определяется в установившемся режиме, то есть для расчёта значение ускорения равно нулю.

Для определения зависимости силы трения от параметров цилиндра учитывались их расчётные значения в следующих диапазонах:

 кг;

 кг;   кг;  ;

 сН/мм;   сН/мм; 

Результаты и обсуждение. В результате решения задачи построен график зависимости силы трения между составным цилиндром  зоны питания и  дискретизации с  волокном от перемещения.

Известно [12], что с ростом массы увеличивается сила давления на трущиеся поверхности, т.е. сила трения становится больше. Анализ графиков на рисунке 2 показывает, что при увеличении общей массы составного цилиндра от  кг до  кг и минимальном значении коэффициента трения 0,2 значения   линейно возрастают от   сН до   сН.

Соответственно, при увеличении коэффициента трения до 0,3 значения F увеличиваются от 0,315·10 сН до 1,18·10 сН в линейном соединении [4].

В зоне дискретизации сила трения должна быть достаточной для перемещения втулки с заданной скоростью к заготовке без проскальзывания.

Рисунок 2. Графики зависимости полной массы композитного питающего цилиндра рекомендуемой зоны дискретизации от силы трения с зубчатой ​​парой и фитильным волокном

Рисунок 3. Графики зависимости силы трения между цилиндром, обеспечивающим зону дискретизации, и волокнистой лентой от коэффициентов жёсткости резиновой втулки цилиндра и волокнистой ленты

Однако, с другой стороны, следует отметить, что с увеличением давления на волокнистую ленту возрастает и повреждение волокон. Поэтому, чтобы обеспечить силу трения в диапазоне , рекомендуется, чтобы общая масса составного питающего цилиндра находилась в пределах , а коэффициент трения  .

Сила трения во многом зависит от жёсткости резиновой втулки питающего цилиндра и от степени деформации волокон в ленте, то есть от её плотности [8]. На рисунке 2 приведены графики зависимости силы трения между питающим цилиндром, обеспечивающим зону дискретизации, и волокнистой лентой от коэффициентов жёсткости резиновой втулки цилиндра и волокнистой ленты. Сила трения во многом определяется жёсткостью резиновой втулки питающего цилиндра, а также величиной деформации волокнистой ленты, то есть её плотностью. На рисунке 3 представлены графики зависимости силы трения между питающим цилиндром и волокнистой лентой в зоне дискретизации от коэффициентов жёсткости резиновой втулки цилиндра и волокнистой ленты [3].

Анализ построенных графиков показывает, что при приведённом общем коэффициенте жёсткости питающего цилиндра и волокнистой ленты от 2,8 сН/мм до 8,0 сН/мм, а также при наружном радиусе цилиндра   , сила трения возрастает линейно от 0,19·10 сН до 0,52·10 сН.

Кроме того, при увеличении радиуса цилиндра до   ,  сила трения между рифлёной гарнитурой питающего цилиндра и волокнистой лентой соответственно возрастает линейно от 0,45·10 сН до 1,12·10 сН.

Таким образом, для увеличения силы трения между питающим цилиндром и волокнистой лентой целесообразно выбирать их приведённые коэффициенты жёсткости в диапазоне [5; 11] (7,0–9,0) сН/мм.

Заключение. Сила трения между подающим цилиндром и волокнистой лентой определяется в первую очередь жёсткостью резиновой втулки цилиндра и деформационной способностью волокон. Для обеспечения устойчивого взаимодействия рекомендуется: 1 приводной коэффициент жёсткости 7,0–9,0 сН/мм 2 коэффициент трения f = 0,2–0,25

Такой режим обеспечивает оптимальное сочетание надёжности подачи и сохранности структуры волокна, что повышает эффективность дискретизации и равномерность подачи в прядильных машинах нового поколения.

Список литературы:

1. Блохин Н., Данилов В.Д., Мусаев Ю.А. Коэффициенты трения качения гладких цилиндров при предельной несущей способности масляного слоя // Машиноведение. — 1972. — № 3. — С.85–89.
2. Глушков Г.А. Износостойкость зубчатых цепей. — Ижевск: Удмуртия, 1965. — С.84–87.
3. Джураев А., Мирзаев О. Питающий столик дискретизирующей секции // Современные наукоёмкие технологии и перспективные материалы текстильной и легкой промышленности. — Иваново, 2013. — C.132–134.
4. Джураев А., Мирзаев О., Ахмедов К., Ураков Н. Разработка высокоэффективных конструкций и методов расчета параметров рабочих органов зоны дискретизации прядильных машин. — Т.: «Fan va Temobgiya», 2019. — № 5 (122). — C.164.
5. Джураев А.Д., Ураков Н.А., Мирзаев О.А., Алмардонов О.М., Усманов Х.С. Анализ нагруженности питающего цилиндра в узле питания прядильных машин // Universum: технические науки. — 2021. — Vol. 12-3 (93). — C.48–53.
6. Мишин Я.С. Процесс прядения на машине BD-340: теоретическое изучение основных явлений в зоне питания и дискретизации. —2018. — С.1–26. [Электронный ресурс]. — Режим доступа: https://ru.scribd.com/document/472531212/%D0%BC%D0%B8%D1%88%D0%B8%D0%BD-%D0%B2%D0%B8%D1%85%D1%80%D0%B5%D0%B4%D0%B8%D0%BD%D0%B0%D0%BC%D0%B8%D0%BA%D0%B0-pdf (дата обращения: 09.12.2025).
7. Павлов Ю.В. и др. Теория процессов, технология и оборудование прядения хлопка и химических волокон. — Иваново, 2018. — С.214–219.
8. Патент № IAP 05854, 2016. Питающий цилиндр прядильного устройства / А. Джураев, О.А. Мирзаев, Н.А. Ураков, Р.И. Умаров.
9. Светлицкий В.А., Стасенко И.В. Сборник задач по теории колебаний. — М.: Высшая школа, 1973, С.456–457.
10. Чичинадзе А. Трение, износ и смазка (трибология и триботехника). — М.: Машиноведение, 2003. — С. 576–579.
11. Juraev A., Urakov N.A. Development of designs and justification of parameters of a scretting drum with a damper of a spinning machine // Galaxy International Interdisciplinary Research Journal. — Vol. 10.5. —2022. — Pp.1093–1101.
12. Shiomi M., Sakoda N.A. Study on Open-End Spinning // Journal of the Textile Machinery Society of Japan. — 2024. — Vol. 4. — C.124–128.