Влияние циклических нагружений на износ рыболовных нитей Текст научной статьи по специальности «Технологии материалов»

УДК 639.2.081.1

Д.А. Колотев, А.В. Суконнов

Калининградский государственный технический университет, Калининград, 236022 e-mail: anatoly. sukonnov@klgtu. ru

ВЛИЯНИЕ ЦИКЛИЧЕСКИХ НАГРУЖЕНИЙ НА ИЗНОС РЫБОЛОВНЫХ НИТЕЙ

В процессе эксплуатации орудия лова подвержены различным видам износа. Практика показывает, что в процессе движения элементы орудия лова в воде в системе судно - трал подвержены периодическим растяжениям, что приводит к потере прочности и разрывам последних. Изучению физики данного процесса и посвящена работа. По данному вопросу имеются исследования в смежных областях, в частности в строительной и швейной, которые подтверждают значимость влияния циклических нагружений на потерю прочности изделий. Однако в силу своей специфики применить результаты данных исследований для рыболовных материалов не представляется возможным. Была применена экспериментальная установка и методика проведения испытаний, разработанная авторами.

Ключевые слова: циклические нагружения, износ, промышленное рыболовство, экспериментальная установка.

DA. Kolotev, А-V. Sukonnov

Kaliningrad State Technical University, Kaliningrad, 236022 e-mail: anatoly. sukonnov@klgtu. ru

IMPACT OF CYCLIC LOADING ON FISHING THREADS WEAR

During operation fishing gears are subjected to various types of wear. Practice shows that the fishing gear elements are subjected to periodic stretchings moving in the water in the vessel-trawl system. It leads to the loss of strength and rupture of the latter. The investigation is devoted to the study of this process physics. There are studies in related areas on this issue, in particular in construction and clothing, which confirm the significance of the impact of cyclic loads on the loss of products strength. However, due to its specificity, it is not possible to apply the results of these studies for fishing materials. An experimental installation and developed test methodology were applied.

Key words: cyclic loading, wear, industrial fishing, experimental installation.

Вопросу влияния циклических нагружений на прочность материала в процессе эксплуатации было посвящено немало исследований. Например, в соседних с промышленным рыболовством областях таких как, строительная промышленность, машиностроение и швейное производство.

Так, в строительной промышленности были проведены исследования О.Я. Бергом о влиянии циклических нагружений на усталостную прочность бетона, которые демонстрируют, что кривая циклических нагружений с частотой приложения нагрузки в диапазоне от 10 до 1 000 циклов почти не влияют на максимальную выносливость бетона [1].

В машиностроении разрушение металлов под влиянием знакопеременных нагружений называют усталостью. Перед усталостным разрушением происходит накопление материалом повреждений и образование в нем трещин. В то время как деталь изгибается в разные стороны, ее поверхности поочередно подвергаются сжатию или растяжению, что вызывает пластические деформации и деформационное упрочнение материала, в результате чего со временем возникают трещины.

В швейном производстве ниточные швы изделий рассматривают по их устойчивости к многоцикловым растягивающим нагрузкам, которые по своему напряжению меньше разрывных нагрузок, но прилагаются многократно и вызывают разрушение. Нагрузки, которые составляют

70-90% от разрывной при полуцикловом растяжении, считаются недопустимыми, потому что через небольшое количество циклов (10-500) наступает разрушение ниточного соединения. Нагрузки, в диапазоне 50-65% от разрывной, применяемые в ходе использования ниточного соединения циклично, считаются условно-допустимыми, потому что разрушение соединения наступает только после 0,5-2 тыс. циклов. Такие нагрузки являются допустимыми при условии, что за весь период использования число циклических нагружений не превзойдет диапазон от 0,5 до 2 тыс. циклов, и швы можно легко восстановить при ремонте.

Практика показывает, что в орудиях лова в процессе работы также возникают циклические нагружения, которые воздействуют на орудие лова во время его буксировки, выборки, качки судна, приводят к деформации рыболовных материалов, деформации ячей, к изменению раскрытия ячей, к уменьшению уловистости и, в конечном итоге, к необратимым последствиям, таким как порывы и разрывы орудия лова.

Методики, применяемые для изучения процесса циклических нагружений в соседних областях, не могут быть применены к рыболовным материалам из-за специфики последних, а именно, их свойств (вид сырья при изготовлении, способ отделки, крутка, плотность), также неоднородность нитевидного материала. В связи с вышеизложенным была поставлена задача экспериментальным путем оценить влияние циклических нагружений на прочность и износостойкость рыболовных материалов.

Для проведения данных испытаний была разработана методика экспериментальных исследований, разработана и изготовлена экспериментальная установка. Проведены предварительные испытания по оценке работоспособности установки и методики испытаний. Экспериментальная установка оснащена нижеперечисленными элементами (рис. 1) [2]:

1) электродвигатель;

2) соединительная муфта;

3) червячный редуктор;

4) маховик;

5) кривошипно-шатунный механизм;

6) каретка;

7) неподвижная траверса.

6 5

Рис. 1. Экспериментальная установка

Описание работы экспериментальной установки. Электродвигатель (1) сообщает вращающий момент при помощи соединительной муфты (2) на входной вал червячного редуктора (3). В червячном редукторе энергия низкого крутящего момента на входном валу и высокой угловой скорости преобразуется, за счет чего увеличивается крутящий момент и уменьшается угловая скорость выходного вала. С выходного вала крутящий момент передается на маховик (4). Маховик (4) сообщает вращательное движение на кривошипно-шатунный механизм. Кривошипно-шатунный механизм (5) образовывает возвратно-поступательное движение и сообщает его ка-

ретке (6), на каретке установлены образцы для проведения испытаний. Неподвижная траверса (7) необходима для закрепления образцов относительно каретки (6).

Методика выполнения экспериментальных работ заключается в выполнении следующих этапов [3]:

- дооснащение экспериментальной установки контрольно-измерительным оборудованием, представленным в виде электромеханического измерителя циклов;

- выбор разрывного оборудования для определения прочности исследуемых образцов;

- отбор и подготовка образцов (рыболовной нитки);

- порядок проведения испытаний.

Порядок выполнения испытаний содержит установленный перечень действий для получения верных данных и правильной работы установки и состоит в следующем:

- первоначально, на разрывной машине определяется разрывное усилие и удлинение образца, а затем начинается работа на разрывной машине;

- полученные данные удлинения образца (А/) необходимо разделить в следующем процентном соотношении: 25% и 50%;

- при помощи шатунного механизма выставляем на маховике выбранное удлинение образца;

- закрепляем четыре образца одной рыболовной нити на каретке и неподвижной траверсе;

- запускаем в работу электродвигатель;

- первый этап испытания - это преодоление 100 циклов на установке, после чего исследуемые образцы проходят испытания на разрывной машине для определения разрывного усилия испытуемого образца;

- полный этап испытаний проводим до 400 циклов (Ы), причем через каждые 100 циклов испытуемые образцы проверяем на разрывное усилие;

- полученные экспериментальные данные разрывного усилия (Р^ для каждого количества цикла записываем в таблицу для дальнейшей обработки;

- выполняем обработку всех полученных результатов экспериментов.

Экспериментальные данные. Объектом исследования в представленной работе служит полиамидная рыболовная нить диаметром 2,5 мм (ПА-93, 5*2*4*3: ПА-187*4*3), со следующими начальными данными разрывной прочности, равной 1 160 Н и максимальным удлинением, равным 60 мм [4, 5]. Измерения диаметра рыболовной нити проводились с помощью электронного микроскопа согласно стандартной методике. Для оценки точности выполненных измерений диаметра был проведен расчет относительной погрешности измерения диаметра образцов, и получены следующие данные (табл. 1).

Таблица 1

Расчетные данные по диаметру полиамидных ниток

Среднее арифметическое диаметра, й, мм Коэффициент вариации по диаметру, С, % Относительная погрешность измерения, £ а ь %

2,505 0,021 2,364

В процессе выполнения испытаний были получены следующие экспериментальные данные, которые представлены в табл. 2.

Таблица 2

Экспериментальные данные

Ы, количество циклов А/, % Ро, ср/Н

100 1 160

200 25 1 158

300 1 149

400 1 138

100 1 159

200 50 1 146

300 1 120

400 1 100

Для визуального представления полученных данных можно построить график зависимости остаточной прочности образца от количества циклов нагружения при удлинениях, равных 25% и 50% (рис. 2).

Л ы

л к

г! о

I

о

о

1180 1160 1140 1120 1100 1080 1060 1040

100

25% Д1 50% Д1

200 300

Количество циклов

400

Рис. 2. График зависимости остаточной прочности образца (ПА-187*4*3) от количества циклов

С целью получения математической зависимости была проведена аппроксимация полученных экспериментальных данных, как для 25%, так и для 50% удлинения образца (рис. 3, 4). Аппроксимация проводилась «методом наименьших квадратов».

1 17x10? 1.164x1(1? 1.15&х10? р. ИзЗхЮ3

X**

к

X

1.147x10? 1.141к 103

1.136x1(1?

113x1 Я) 116.667143 333 170 1W.667U3.333 250 276.667303.333 330 356.667333.333 410

N

Рис. 3. График зависимости остаточной прочности образца (ПА-187х4х3) от количества циклов, при 25% удлинении («метод наименьших квадратов»)

117*1<Г 1159*10? 1147x10? р 1136x10?

О

X

1.124x10? 1ИЗХ103 1.101x10?

1.09x10?,

<

90 116.667143 333 170 196.66Л23.333 250 276.667303.333 330 356.667333.333 410

N

Рис. 4. График зависимости остаточной прочности образца (ПА-187х4х3) от количества циклов, при 50% удлинении («метод наименьших квадратов»)

Отклонения экспериментальных данных от расчетных получились следующими (1), (2):

f-0,22^] Р„-Р, _ 0,26 " 0,13

Р

р0-рх Р

о/ % .

(1)

ч-0,18 ,

Г-0,23^ 0,4 -0,1 v-0,07 ,

о/ % .

(2)

Во время проведения эксперимента было замечено, что при увеличении удлинения образца на 25%, прочность его в диапазоне от 100 до 400 циклов снижается на 2%. При возрастании удлинения образца на 50%, прочность образца в диапазоне от 100 до 400 циклов уменьшается на 6%.

Увеличение удлинения образца с 25% до 50% влечет за собой заметное изменение остаточной разрывной силы на 4%. Это позволяет сделать вывод о том, что прочность рыболовной нити снижается пропорционально заданной величине удлинения.

Полученные зависимости адекватно описывают процесс потери прочности рыболовной нитью от количества циклов нагружений и амплитуды удлинения. Погрешность полученных зависимостей не превышает 1%.

Литература

1. Берг О.Я. Физические основы теории прочности бетона и железобетона. - М.: Госстрой-издат, 1962. - 98 с.

2. Шейнблит А.Е. Курсовое проектирование деталей машин. - М., 1991. - 454 с.

3. Файловый архив студентов [Электронный ресурс]. - URL: https://studfiles.net/preview/ 2893900/page:21/ (дата обращения: 23.11.2018).

4. Лапина Е.А. Рыболовные материалы: Методические указания к лабораторным работам для студентов специальности 311800 «Промышленное рыболовство». - Петропавловск-Камчатский: КамчатГТУ, 2004. - 60 с.

5. Ломакина Л.М. Технология постройки орудий лова - М.: Легкая и пищевая пром-сть, 1984. - 207 с.