Пневмомеханическая чистка изделий

Пневмомеханическая чистка основана на механическом воздействии рабочих органов (щеток, бил, кулачков и т. д.) и струи воздуха на обрабатываемый материал. Механическое воздействие обеспечивает движение частиц пыли, находящихся на материале, а струя движущегося воздуха обеспечивает удаление их с материала.

При обработке щеткой изделие находится в растянутом состоянии (рис. 58). При этом оно охватывает щеточный барабан с некоторым углом . В соответствии с теорией трения гибких тел суммарная сила трения равна разности натяжений и ветвей, т. е. .

Рис. 58. Схема действия щетки для очистки ковровых изделий

Соотношение между натяжениями ветвей изделия устанавливается формулой Эйлера:

,

где – коэффициент трения скольжения; – основание натуральных логарифмов.

Момент трения и расход мощности на трение составят:

;

,

где – радиус щеточного барабана; – угловая скорость вращения; – частота вращения.

В некоторых типах установок для обеспыливания ковровых изделий в качестве исполнительных органов применяют вал с билами (рабочими органами), выполненными из ремней, прикрепленных к валу. При обработке от движущегося била на изделие передается нагрузка, которая по своему виду является нагрузкой, приложенной нормально к поверхности изделия.

Била при своем движении в направлении к обрабатываемому изделию приобретают кинетическую энергию:

,

где – приведенная масса била к месту удара его с изделием; – конечная скорость била, соприкасающегося в момент удара с изделием. При совершении удара кинетическая энергия била расходуется в основном на работу деформации материала:

,

где – давление на поверхности деформируемого материала; – элементарная площадка; – элементарная деформация.

Из этого уравнения может быть определено .

Так как удар о материал совершается быстро и с большой скоростью, деформация происходит в основном в зоне контакта материала с исполнительным органом и не успевает распространиться по ширине материала вследствие инерции его массы. Следовательно, форма зоны деформирования материала приближается к форме исполнительного органа, а давление в этой зоне будет определяться геометрической формой исполнительного органа и величиной деформации (рис. 59).

Рис. 59. Схема действия била в процессе выбивания пыли

После удара находящийся в порах материала воздух, подвергнутый действию наружных сжимающих давлений, с большой скоростью будет просачиваться через открытые поры на поверхность материала, а одновременно с воздухом будут вылетать и частицы пыли, находящиеся в порах. Чтобы не преграждать путь воздуху, необходимо после удара быстро отводить рабочий орган от материала, так как именно в данном месте под действием давления происходит движение пыли к поверхности материала. В этих целях применяют упругие подкладки, укладываемые под обрабатываемый материал, или создают натяжение материала. При этом удар получается частично упругим и исполнительный орган быстро отходит от деформированного материала.

Основные зависимости величин, характеризующих силовой удар рабочего органа с параметрами воздуха, можно получить в первом приближении по уравнению количества движения для объема воздуха, вытесненного из материала в момент удара:

где – среднее давление на поверхности контакта рабочего органа с материалом; – проекция поверхности контакта на плоскость, перпендикулярную действию силы удара ; – время действия нагрузки; – плотность воздуха; – скорость истечения воздуха из пор; – объем воздуха, вытесненный в момент удара круглым в сечении рабочим органом и равный:

где – площадь кругового сегмента, образовавшегося в результате деформации материала; – длина контакта рабочего органа с материалом; – радиус круга; – центральный угол кругового сегмента.

Нагрузка при обеспыливании материала, прилагаемая продольно, встречается, например, в устройствах для встряхивания запыленных тканевых фильтров.

Вследствие того что при этом ткань относительно воздуха совершает движение с ускорением, возникает силовой импульс – удар с резким повышением давления на лобовую поверхность изделия. Зависимость силы удара и величины давления может быть определена из уравнения количества движения для объема воздуха, занимающего пространство между отклоненным начальным положением изделия и движущимся относительно него воздухом со скоростью (рис. 60):

где – средняя величина перепада давления; – площадь проекции выпуклой поверхности изделия на плоскость, перпендикулярную направлению относительного движения воздуха; – время, в течение которого действует сила ; – скорость относительного движения воздуха.

Из этого уравнения определяем:

.

Следовательно, перепад давления прямо пропорционален скорости и объему сжимаемого изделием воздуха и обратно пропорционален времени действия нагрузки на изделие.

Рис. 60. Схема действия потока воздуха при пневмодинамическом ударе на изделие

Быстрый перепад давления под действием инерционных сил обеспечивает отрыв частиц пыли от изделия и просачивание воздуха через приоткрываемые при силовом импульсе поры материала.