Механическая чистка изделий

Механическую чистку изделий выполняют с применением ворсовых щеток. Наиболее распространенными типами щеток являются плоские и цилиндрические. Щетки, предназначенные для очистки текстильных материалов от пыли и загрязнений по сравнению со щетками другого назначения (например, для чистки или полировки обуви) имеют сравнительно короткий и жесткий ворс, благодаря чему обеспечивается требуемый процесс очистки.

В процессе очистки материала с волокнистой поверхностью при движении щетки ворсинки ее, прочесывая эту поверхность, удаляют частицы из межволоконного пространства.

Эффект очистки поверхности зависит от силы сцепления ворса щеток с частицами и волокнами, а также от шероховатости обрабатываемой поверхности. Чем больше сила сцепления ворса и чем меньше шероховатость обрабатываемой поверхности, тем эффективнее может быть произведена очистка.

При очистке ворсинка щетки, создавая силу давления (рис. 55, а), производит в направлении своего движения под действием силы давления сдвиг частиц относительно поверхности материала и последующее отрывание их от этой поверхности при , где – сила сопротивления (сцепления) частиц загрязнений с обрабатываемым материалом.

Ворс щетки, изготовленный из того или иного материала, представляет собой стержни малой жесткости. Эффект очистки зависит от размеров этого ворса и его механических характеристик.

Рис. 55. Схема работы цилиндрической щетки в процессе очистки материала:

а – схема действия ворсинки щетки на слой пыли;

б – схема геометрических параметров цилиндрической щетки

Жесткость ворса оказывает существенное влияние на процесс очистки. Толстый и короткий ворс является чрезмерно жестким, повреждающим поверхность ткани. Тонкий и гибкий ворс весьма эластичен и сильно подгибается, что приводит к снижению очистки. Оптимальная жесткость щеточного ворса характеризуется определенным коэффициентом жесткости:

,

где – модуль упругости ( Па); – момент инерции сечения; – длина ворса.

Чтобы произвести очистку поверхности материала щеткой, необходимо к ней приложить силу давления. Эта сила распределяется между элементами щетки – ворсинками.

По образующей поверхности цилиндра элементы щетки воспринимают часть этой силы и воздействуют на обрабатываемый материал примерно с одинаковой силой, по дуге же контакта с материалом сила давления ворсинок изменяется. Наименьшие значения силы давления будут на границах дуги контакта, а наибольшие – на линии вертикального диаметра.

При работе щетки по дуге (рис. 55, б) различают три характерные ее части, в пределах которых осуществляются различные режимы работы ворсинок. Так, ворсинки , подойдя к границе дуги соприкасаясь с материалом , оказывают на него давление с некоторой силой . При повороте щетки и попадании ворсинки в область дуги сила давления ворсинки на материал постепенно увеличивается, увеличивается также сила сопротивления перемещению ворсинки, вызванная трением , вследствие чего ворсинка теряет устойчивость против изгиба и деформируется (изгибается). Деформация ворсинки увеличивается при повороте щетки по мере приближения ее к вертикальному диаметру, где величина деформации максимальна.

В области дуги происходит постепенное уменьшение величины деформации ворсинки. Минуя дугу , т. е. при выходе из контакта с тканью концы ворсинок получают резкий скачок скорости (до 10–12 м/с) за счет потенциальной энергии изгиба ворсинок. Это явление сопровождается колебаниями ворсинок.

По данным научных исследований установлено, что удаление частиц пуха, пыли с очищаемой поверхности ткани происходит не всем ворсом, находящимся в контакте с тканью, а лишь тем, концы которого занимают близкое к нормальному положение по отношению к очищаемой поверхности и расположены в области рабочего угла . Ворс, расположенный в области центрального угла , значительно деформирован, и угол его встречи с очищаемой поверхностью больше . Поэтому в этой области ворс скользит по находящимся на ней частицам, не отделяя их от материала.

Между величинами углов , , и имеются постоянные соотношения, практически не изменяющиеся в тех пределах изменения радиальной деформации ворса, которые имеют место при очистке тканей:

,

,

где (определяется геометрическим построением).

Если обозначить через число ворсинок щетки, находящихся в контакте с очищаемой поверхностью, а через – рабочее число ворсинок, обеспечивающих очищение этой поверхности, то:

.

Если обозначить через – общее количество ворсинок, равномерно распределенных на цилиндрической поверхности щетки, когда радиус очищаемого участка поверхности или близко к этому, то значение может быть определено по формуле:

;

,

где – максимальная радиальная деформация ворса; – радиус щетки; .

Средняя скорость движения концов ворсинок, характеризующая скорость удаления частиц загрязнений при известной амплитуде колебания , определяется по формуле, полученной по результату решения уравнения колебания ворсинок:

,

где – период времени основного колебания; – плотность ворсинок; – площадь поперечного сечения ворсинок; – длина ворсинки; – момент инерции сечения ворсинки; – модуль упругости ворсинки.

Так, при амплитуде 3,7 мм капроновая ворсинка диаметром 0,3 мм, длиной 20 мм имеет среднюю скорость , а ворсинка из мексиканской травы при таких же размерах имеет .

Особенность работы плоских щеток заключается в том, что у них создание зоны распрямления ворса обеспечивается за счет отклонения очищаемой поверхности материала от направления движения щетки или, наоборот, за счет отклонения направления движения щетки от очищаемой поверхности.

При чистке поверхности щетками сначала удаляются различные загрязнения: пыль, грязь и т. д. Под действием силы давления (рис. 56) ворсинки щетки, проникнув в глубину очищаемого слоя, в результате действия силы трения (силы сцепления) очищают поверхность обуви. Значение силы определяется из условия:

,

где –коэффициент трения (сцепления) щетки о счищаемый слой; – сила сцепления счищаемого слоя загрязнений с поверхностью.

Рис. 56. Обработка поверхности вращающейся щеткой в процессе чистки

Максимальное значение силы давления ворса ограничивается продольным изгибом ворса, т. е. при максимальном значении этой силы ворсинки щетки, достигнув поверхности материала, изгибаются. При этом они скользят по материалу не торцовой, а боковой поверхностью, в результате чего эффект обработки снижается.

Для очистки ковров можно применять переносные щеточные машины.

Принцип действия этих машин основан на том, что посторонние частицы пыли и мусора, находящиеся между ворсинками ковра, при движении машины по ковру (рис. 57) в момент быстрого распрямления ворсинок перед краем выемки и кромкой паза корпуса машины подбрасываются вверх и захватываются цилиндрической щеткой . Со щетки частицы пыли или мусора счищаются специальными зубьями , а затем падают во внутреннюю часть корпуса или остаются на зубьях.

Чистку одежды в швейном производстве осуществляют механическими щетками, снабженными отсосами пыли.

Рис. 57. Схема работы переносной щеточной машины