ИННОВАЦИИ БИЗНЕСУ

Номер

02-023-06

Наименование проекта

Способ смазки скользящей поверхности лыж

Назначение

Нанесение покрытий на скользящую поверхность лыж.

Рекомендуемая область применения

Область техники, связанной с разработкой и применением систем нанесения покрытия на скользящую поверхность лыж.

Описание

            Результат выполнения технологической разработки.

Изобретение относится к области техники, связанной с разработкой и применением способов смазки скользящей поверхности лыж (систем нанесения покрытий на скользящую поверхность лыж).

Суть предлагаемого технического решения заключается в нанесении материала смазки на скользящую поверхность лыж, осуществлении энергетического воздействия, равномерном распределении материала смазки вдоль участков скользящей поверхности лыж, причем энергетическое воздействие осуществляют с помощью электромеханического преобразователя, имеющего плоскую излучающую поверхность и ограничитель, обеспечивающий регулируемый зазор между излучающей поверхностью и скользящей поверхностью лыжи. В зазор вводят смазку и на материал смазки воздействуют ультразвуковыми колебаниями в диапазоне частот 20...100 кГц, с интенсивностью, достаточной для возникновения кавитации в материале смазки. Перемещением преобразователя, вдоль скользящей поверхности лыж, осуществляют формирование слоя смазки между излучающей поверхностью преобразователя и скользящей поверхностью лыж, а скорость перемещения преобразователя устанавливают в зависимости от вязкости и кавитационной прочности материала смазки.

Анализ функциональных возможностей различных методов энергетического воздействия на скользящую полимерную поверхность лыж позволил установить эффективность применения ультразвуковых технологий, основанных на явлениях ультразвуковой пропитки, низкотемпературной сварки, снижения вязкости, дегазации [5, 6].

Ультразвуковые технологии, применительно к решению проблемы подготовки скользящей поверхности лыж, позволяют реализовать следующие технологические процессы:

1. Ультразвуковую пропитку [7], основанную на звукокапилярном эффекте и снижении вязкости материалов, способную обеспечить ввод расплавленного материала смазки глубоко в материал поверхности при низких температурах, т.е. без термического повреждения поверхности. В процессе ввода ультразвуковых колебаний происходит ускорение молекул смазки за счет возникающей в ней кавитации и более глубокое их проникновение в скользящую поверхность лыжи. При введении ультразвука в смазку происходит его дегазация, что обеспечивает ровную поверхность парафинового покрытия, без газовых пузырьков - пустот.

2. Ультразвуковую сварку [5], реализуемую при температурах ниже температуры плавления соединяемых материалов и основанную на многократном ускорении процессов диффузии. Она обеспечивает не только интенсификацию проникновения парафина в полимерное покрытие, но и позволяет разрушать и вваривать в поверхность лыжи образовавшиеся на ней волоски (ворсинки).

3. Размягчение смазки (перевод в вязкопластичное состояние), происходящее при температуре ниже температуры ее плавления за счет снижения вязкости материала, подвергаемого УЗ воздействию. Возможно, также, низкотемпературное распыление материала смазки при применении ультразвуковых колебаний высокой интенсивности.

К несомненным достоинствам ультразвуковой технологии следует отнести, также, возможность исключения непосредственного механического контакта поверхности ультразвукового преобразователя с обрабатываемой поверхностью. Воздействие осуществляется через тонкий слой (0,5...3 мм) жидкого материала смазки в кавитирующем состоянии. Это исключает разогрев скользящей полиэтиленовой поверхности до температуры плавления или разложения полиэтилена.

Предложенный способ смазки скользящей поверхности лыж поясняется фиг.1, на которой приняты следующие обозначения:

1 - колебательная система, 2 - пьезокерамические элементы, 3 - отражающая накладка, 4 - корпус, 5 - защитный корпус, 6 - вентилятор, 7 - подложка, 8 - упорное кольцо, 9 - лыжа, 10 - скользящая поверхность лыжи, 11 - смазочный кавитирующий материал.

Для практической реализации предложенного способа нанесения смазки на скользящую поверхность лыжи 10 используются пьезоэлектрическая колебательная система 1 (фиг.2) и осуществляющий ее электрическое питание электронный генератор (не показан). Реализация предложенного способа осуществляется следующим образом. На скользящую поверхность лыжи 10 наносится материал смазки 11, после чего происходит обеспечение контакта ультразвуковой колебательной системы с наносимым покрытием и ввод ультразвуковых колебаний. При этом происходит поглощение УЗ колебаний в материале смазки 11 и смазка становится жидкой, в ней начинаются кавитационные процессы, при которых взрывы (захлопывания) кавитационных пузырьков обеспечивают проникновение смазки в глубь скользящей поверхности лыжи 10.

Для практической реализации предложенного способа создано специализированное малогабаритное оборудование, обеспечивающее необходимую и достаточную мощность излучения на заданной площади обработки.

Оборудование включает в себя:

1) специализированную ультразвуковую колебательную систему 1 (см. фиг 2), имеющую размер рабочей поверхности, превосходящий ширину скользящей поверхности лыжи и обеспечивающую равномерное распределение ультразвуковых колебаний на излучающей поверхности для обеспечения равномерного размягчения и нанесения парафина по всей ширине лыжи;

2) генератор электрических колебаний ультразвуковой частоты для питания колебательной системы, обеспечивающий регулировку выходной мощности и стабилизацию ультразвукового воздействия в процессе обработки поверхности лыж.

Технический результат заключается в создании нового способа, позволяющего повысить качество нанесенного на скользящую поверхность лыж покрытия, повышении производительности процесса при одновременном уменьшении энергозатрат и исключении необходимости применения систем термического нагрева. Эффект достигается за счет оптимизации параметров энергетического и временного воздействия. Разработанный способ нанесения покрытия на скользящую поверхность лыж обеспечивает снижение трения скольжения не менее чем на 5%, увеличение объема смазки, введенной в материал скользящей поверхности лыж - на 5...10% (в зависимости от типа лыж и покрытия), что позволяет не менее чем в 2 раза увеличить время эксплуатации лыж.

Поскольку используемые материалы смазок имеют различную исходную вязкость, различную температуру плавления, кавитационный процесс возникает в них при различных мощностях ультразвукового воздействия, и скорость перемещения преобразователя при нанесении покрытия может быть различной и устанавливаться экспериментальным путем для каждого вида смазки.

Для реализации предложенного способа разработана специализированная ультразвуковая колебательная система, выполненная по полуволновой схеме в виде пьезоэлектрического преобразователя Ланжевена [8]. Внешний вид колебательной системы представлен на фиг.2. Спроектированная и разработанная ультразвуковая колебательная система работает следующим образом. При подведении к электродам пьезоэлементов 3 электрического напряжения происходит преобразование электрических колебаний в механические колебания, которые распространяются в колебательной системе 1 и усиливаются за счет выбора продольных и поперечных размеров накладки 2 таким образом, что продольный резонанс всей колебательной системы совпадает с диаметральным резонансом рабочей частотно-понижающей накладки.

Колебательная система 1 крепится в корпус 4 при помощи винтов, вкручивающихся в подложку 7 (фиг.1). Колебательная система снабжена крепежным фланцем, который зажимается между корпусом и подложкой 7. Колебательная система снабжена дополнительным защитным корпусом 5 (фиг.1). Воздух вентилятором 6, через отверстия, втягивается в корпус колебательной системы, проходя там, он охлаждает разогревающиеся пьезокерамические элементы 2.

Разработанная колебательная система имеет рабочую частоту 27±3,3 кГц, диаметр рабочей излучающей поверхности 65 мм. Для обеспечения регулируемого зазора между излучающей поверхностью ультразвуковой колебательной системы 1 и поверхностью лыж 10 использовано упорное кольцо 8.

Одним из составляющих ультразвукового технологического оборудования является электронный генератор электрических колебаний ультразвуковой частоты (на фигурах не показан). Он предназначен для питания ультразвуковой колебательной системы.

Для обеспечения максимальной эффективности работы колебательной системы, при всех возможных изменениях ее параметров, электронный генератор снабжен блоком автоматической подстройки частоты генератора и стабилизации амплитуды колебаний излучающей поверхности.

Разработанный генератор для питания ультразвуковой колебательной системы имеет следующие параметры:

Внешний вид аппарата представлен на фиг.3.

Кроме интенсификации процесса пропитки и удаления ворсинок, применение ультразвукового аппарата исключило необходимость применения специальных нагревательных приборов (утюгов) для разогрева материала смазки.

Проведенные исследования функциональных возможностей созданного ультразвукового аппарата позволили разработать следующую методику нанесения парафина на скользящую поверхность лыж:

1) предварительное включение и работа аппарата без нагрузки (на воздух) на мощности 100% в течение 3...5 минут. Такой режим обеспечивает прогрев излучающей поверхности до 80...85°С. При такой температуре на поверхности плавится материал смазки (парафин);

2) снижение мощности аппарата ниже 100%, не более 75%;

3) нанесение парафина на скользящую поверхность и работа аппарата на мощности 75...85% неограниченное время.

При этом скорость нанесения смазки отличалась незначительно при использовании различных материалов смазки. Уменьшение скорости не приводило к снижению качества нанесения смазки.

Проведенные испытания показали, что скорость скольжения лыжи после применения ультразвукового способа нанесения парафина на скользящую поверхность лыжи увеличивается на 5...7%, а длительность работы скользящей поверхности увеличивается на 13-15%.

Внешний вид созданного ультразвукового аппарата представлен на фиг.3.

Таким образом, предложенный способ обеспечивает повышение эффективности (повышение производительности и улучшение качества пропитки) нанесения покрытия на скользящую поверхность лыж за счет реализации возможностей ультразвуковой интенсификации процессов.

В результате реализации предлагаемого технического решения оптимизирована технология нанесения покрытия на лыжи, с точки зрения обеспечения максимальной производительности, реализации возможности контроля за процессом, снижены энергозатраты и исключено применение высокотемпературных устройств.

Преимущества перед известными аналогами

Обеспечивает повышение эффективности (повышение производительности и улучшение качества пропитки) нанесения покрытия на скользящую поверхность лыж за счет реализации возможностей ультразвуковой интенсификации процессов.

Стадия освоения

Опытный образец

Результаты испытаний

Соответствует технической характеристике изделия (устройства)

Технико-экономический эффект

После применения ультразвукового способа нанесения специальных составов на скользящую поверхность лыжи скорость скольжения лыжи увеличивается на 5...7%, а длительность работы скользящей поверхности увеличивается на 13-15%.

Возможность передачи за рубеж

Возможна передача за рубеж

Дата поступления материала

06.10.2006