Производственные испытания дисковых пил после ионно-плазменного азотирования и лазерной закалки волокноотделительной машины марки 5ДП-130

DOI:

Переработка хлопка-сырца осуществляется на технологических машинах и оборудовании, которое, в основном, изготовлено в США, Китае, России и Узбекистане [1]. Важным фактором по обеспечению стабильности объема выращивания хлопка-сырца и повышения конкурентоспособности сырья на мировом рынке является получение хлопка-волокна высокого качества при обеспечении высокой эффективности.

В Республике Узбекистан осуществляются широкомасштабные мероприятия по разработке высокоэффективной техники и технологий для первичной обработки хлопка-сырца, обеспечивающих получение продукции высокого качества. В этом отношении можно отметить разработку техники и технологий, обеспечивающих сохранение качества вырабатываемой хлопковой продукции на хлопкоперерабатывюших предприятиях, дающих возможность снижения расхода сырья и энергии, совершенствование технологии и техники хлопкоочистительной промышленности, ведущим технологическим звеном которой является процесс джинирования, выполняемый узлом пильного цилиндра [2].

Основной проблемой при функционировании рабочих органов пильного джина является низкий выход волокна, высокая поврежденность волокна и семян хлопка, затрудненность отвода оголенных семян из камеры, высокая потребляемая мощность, низкая эффективность и невозможность джинирования хлопка повышенной влажности.

Проводимые исследования направлены, как правило, на технологию джинирования, съема хлопко-волокна, очистки, выделения оголенных семян и др. Но в них не учитывалось увеличение срока службы за счёт упрочнения и повышения стойкостных характеристик значимого элемента джинов – дисковой пилы, а также не изучено его влияние на процесс джинирования, что является важным фактором повышения эксплуатационной надежности машин [3]. На основе вышеизложенного повышение надежности основной детали рабочего органа джина – пильных дисков, обоснование основных параметров и режимов их упрочнения является актуальной проблемой отрасли.

МАТЕРИАЛЫ И МЕТОДЫ

Производственные испытания износостойкости и прогнозирование долговечности пильных дисков джинов, упрочненных ионно-плазменным азотированием с последующей лазерной закалкой, могут дать ясную картину о целесообразности выбранного метода упрочнения и дальнейшего внедрения в хлопкоочистительный сектор Бухарской области. Основным критерием эффективности данной работы является увеличение срока службы дисковых пил, а также повышение качественных показателей волокна и семян (выход волокна, опушенность и поврежденность семян) в процессе джинирования [4].

В данной работе приведена методика и результаты производственных испытаний упрочненных пильных дисков, расчетная модель износа зубьев джинных пил, метод прогнозирования относительной долговечности упрочненных пильных дисков в зависимости от уровня интенсивности износа и предела прочности материала [5].

Процесс волокноотделения семян осуществляется непосредственно с помощью пильных дисков и колосников. Рабочее состояние этих рабочих органов зависит от засорённости хлопка сырца, влажности, содержания в составе хлопка органических и минеральных абразивных элементов. В последствие, с увеличением содержания этих элементов начинается возрастание величины износа рабочих зубьев пильных дисков и ребер колосников, что приводит к уменьшению их срока службы. Решению этой проблемы посвящена представленная научная работа, а именно, нанесению износостойкого покрытия с помощью азотирования и лазерного закаливания.

Известно, что срок службы существующих конструкций пильных цилиндров джинных пил составляет всего лишь 48 часов, затем необходима заточка зубьев или замена пил, что влечет простой машины. Процесс восстановления зубьев пил в течение 96 часов повторяется два раза, после чего заканчивается ресурс работы дисковых пил. На втором этапе непригодные пилы подвергаются повторной заточке для дальнейшего использования их в линтерных машинах. Для повышения износостойкости и прочности поверхностей рабочего органа джинов одним из современных передовых методов является упрочнение рабочей кромки зубьев дисковых пил с помощью лазерного луча.

РЕЗУЛЬТАТЫ И ОБСУЖДЕНИЕ

Производственные испытания износостойкости джинных пил, упрочненных по технологии ионно-плазменного азотирования и лазерной закалки, проводили с использованием хлопка-сырца ручного сбора 3-го сорта 3-й селекции Бухара-108 влажностью 12,1 % на двух джинах 5ДП-130 лабораторного типа в джинно-линтерном цехе Бухарского хлопкоочистительного завода. Износ измеряли по задней поверхности на пяти маркированных и расположенных подряд зубьях с помощью отсчетного микроскопа – лупы Бринеля МПБ-2 с ценой деления 0,05 мм и увеличением ×24 (см. рисунок 1).

а)

Рисунок 1. Состояние дисковых пил после 96 часов работы с закаленными и не закаленными зубьями (б) на отдельных джинах 5ДП-130.

б)

Figure 1. The condition of circular saws after 96 hours of operation with hardened (a) and non-hardened teeth (b) on individual gins 5DP-130.

Исследования показали, что работоспособность пильных дисков с упрочненными зубьями по технологии ионно-плазменного азотирования и лазерной закалки значительно превосходит стойкость неупрочненных джинных, пил [6]. Так, если стойкость пильных дисков с упрочненными зубьями составила Т=98 часов при достижении h 3 = 0,6 мм, то стойкость неупрочненных дисков – всего лишь Т=98 часов при h 3 = 1,2 мм.

Установлено, что после 98 часов работы закаленные зубья пильных дисков сохранили полностью исходный профиль и высокую работоспособность при h3 = 0,6 мм. Джинные дисковые пилы с незакаленными зубьями показали значительно меньшую работоспособность h3 = 1,2 мм, из-за поломок и искажения заданного профиля зубьев вследствие износа (рисунок 2).

Рисунок 2. Состояние дисковых пил после 96 часов работы, установленных чередованием (с закаленными и не закаленными зубьями) на джине 5ДП-130.

Figure 2. The condition of circular saws after 96 hours of operation, installed in alternation (with hardened and not hardened teeth) on a gin 5DP-130.

Выявлены особенности процесса изнашивания при одновременной эксплуатация пильных дисков на одном джине с закаленными и не закаленными зубьями (рисунок 2). Заводские пильные диски показали низкую работоспособность. Зубья заводских пильных дисков на некоторых участках полностью разрушились и потеряли функциональную способность [7]. Закаленные зубья дисков имеют высокую работоспособность при их минимальном износе h 3 =0,2…0,6 мм, сохраняя геометрические параметры.

В работе произведена оценка интенсивности износа зубьев джинных пил в соответствии с методикой прогнозирования изнашиваемых механических устройств [8,9].

С учетом приведенных результатов исследований по износостойкости пильных дисков составлена таблица соответствия развития износа зубьев по длительности эксплуатации джинных пил по задней поверхности, по которой можно рассчитать среднее значение продолжительности производственного цикла (таблица 1).

Таблица 1. Степень развития износа зубьев от длительности эксплуатации.

Table 1. The degree of development of tooth wear from the duration of operation.

№	Пилы с упрочнёнными зубьями		Пилы с неупрочнёнными зубьями
	T, час	h 3 , мм	T, час	h 3 , мм
1	48	0,2	48	0,28
2	72	0,4	72	0,6
3	96	0,6	96	1,2

В результате выполненного анализа рекомендуемых пильных цилиндров стало возможным значительно повысить твердость зубьев при сохранении высокой твердости по толщине, в результате увеличен срока службы пил джинов в 2-2,5 раза, что подтверждается результатами экспериментальных исследований, проведенными на пильных джинах, упрочненных с помощью ионно-плазменного азотирования и лазерной закалки зубьев пильного цилиндра.

ВЫВОДЫ

Применение вышеперечисленных способов упрочнения позволило значительно повысить твердость зубьев пильных дисков при сохранении их высокой твердости по толщине, в результате было установлено, что срок службы пильных дисков джина увеличился в 2,5 раза. Упрочненные зубья пильных цилиндров сохранили первоначальный профиль и высокую работоспособность при h 3 =0,2 мм после 48 часов работы. Исходя из полученных результатов исследования микротвердости, прочность поверхности пильного цилиндра увеличилась и срок работы пильного цилиндра с 48 часов увеличился до 96 часов после химико-термической обработки и лазерной закалки.