Введение к работе
Актуальность темы. Большое количество подвижных и неподвижных сопряжений машин и оборудования., эксплуатируемых в горнодобывающей и перерабатывающей отраслях промышленности подвергается ударно-абразивному изнашиванию сыпучими материалами.
Затраты на обеспечение долговечности указанных сопряжений в условиях абразивного износа весьма значительны. Использование стали для защиты от абразивного износа не всегда эффективно.
В настоящее время наметились перспективные способы решения существующей проблемы путем применения эластичных материалов типа резин. Однако выбор марок резин и подбор функциональных добавок и наполнителей осуществляется в ряде случаев эмпирическими методами. При этом практически без внимания, остается тот факт, что вопросы создания эффективных марок резин с требуемыми физико-механическими и износостойкими свойствами могут быть поставлены на научную основу и решены только при исследовании условий эксплуатации сопряжения, кинетики движения абразивной частицы, трибологических, тепловых и других физических процессов, которые в совокупности и определяют фрикционные свойства резин и характер их износа.
Отсутствие математического описания процесса удара абразивной частицы, которое учитывало бы все названные явления, не позволяет в полной мере объяснить некоторые экспериментальные данные ударно-абразивного износа резин и более точно учитывать их физико-механическне характеристики при подборе марок резин для защитных покрытий на стадии проектирования с учетом напряженно-деформированного состояния.
Таким образом, несмотря на определенные достижения в области изучения процессов ударно-абразивного износа резиновых защитных покрытий проблема повышения их износостойкости является актуальной.
Цель и задачи работы
Целью работы является установление общих теоретических и экспериментальных закономерностей процесса взаимодействия абразивной частицы с защитным покрытием, разработка на этой основе способов повышения износостойкости резиновых защитных покрытий, а также методов управления их фрикционными свойствами. Для выполнения поставленной цели необходимо было решить следующие задачи:
разработать теоретическую и экспериментальную методику определения характеристик ударного взаимодействия абразивной частицы с защитным покрытием;
оценить напряженно-деформированное состояние многослойных защитных покрытий при ударе;
методами моделирования и планирования эксперимента исследовать физико-мехаиические характеристики резин и разработать инженерные методы конструирования защитных покрытий;
- разработать предложения по созданию новых высокоэффективных
многослойных зашитых покрытий и повышению эффективности техноло
гических процессов приготовления резин.
Научная новизна. На базе комплексного и научного обобщения полученных результатов предложена модель удара абразивной частицы о защитное покрытие, учитывающая параметры удара и трибологические характеристики защитного покрытия и абразивной частицы, а также учитывающая вяз-коупругость покрытия, режимы движения абразивной частицы в процессе удара, тепловыделение и его влияние на коэффициент трения. Установлена взаимосвязь между трибологическими характеристиками резиновых защитных покрытий, коэффициентом трения, износостойкостью и физико-механическими характеристиками защитного покрыли, в том числе:
- доказана возможность возникновения автоколебательных процессов
при косом соударении абразивной частицы с защитным покрытием;
выявлено, чго максимальная температура в контактной зоне в процессе удара наблюдается при средних углах атаки, что необходимо учитывать при анализе возможных процессов термодеструкции;
разработан алгоритм решения задачи квазистатического удара параболического нндентора о защитное многослойное покрытие на жестком основании, позволяющий сократить количество численных операций;
в процессе выполнения работы созданы новые методики и приборы для исследования фрикционного взаимодействия, а также разработаны вовые устройства для повышения эффективности технологического процесса приготовления резин, новизна которых защищена авторскими свидетельствами и патентами;
- использование полученной модели удара абразивной частини о за
щитное покрытие позволяет посредством численного -эксперимента делать
качественные выводы о влиянии параметров удара и физико-механических
характеристик покрытия на динамику удара, износостойкость и теплозыде-
ление.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Выполненные теоретические и экспериментальные исследования по анализу процесса удара абразивной частицы и решение задачи определения напржаенно-деформированного состояния многослойного покрыли послужили научной основой для разработай методов повышения износостойкости конструкций и позволили сформулировать новые критерии по оптимизации защитных покрытий.
Алгоритм решения задачи ударз абразивной частицы о многослойное защитное покрытие с определением напряженно-деформированного состояния использован для проектирования двухслойного защитного покрытия из разномодулыюи резины. Защитное покрытие изготовлено и установлено на отбойном экраие Батайского камнедробильного узла (РДРСУ «Ростовавтодо-рз») в месте перегрузки сыпучего материала на грохот. Эксплуатация ззщнт-
ного экрана в 1995 — 1996 гг. показала, что срок службы защитного покрытия увеличился с 1 года до 1 года 3 месяцев по сравнению с ранее применявшимся однослойным покрытием.
На основе модели удара абразивной частицы о защитное покрытие возможна оценка термодеструкциоиных процессов в защитном покрытии из резин.
Методика расчета удар? абразивной частицы о защитное покрытие и созданный на ее основе комплекс программ позволяют оценивать напряженно-деформированное состояние многослойного защитного покрытия и делать качественные выводы о влиянии параметров удара и физико-механических характеристик покрытия на динамику удара, износ, температуру на контакте в широком диапазоне нагрузок и скоростей.
Использование изобретений по приготовлению дисперсных и жидких компонентов резин (а.с. 1755915, а.с. 1825658, а.с. 1825657, патент №2024310, а.с. 1796255, ах. 1688909, патент № 2044029) повысит эффективность технологических операций приготовления резин и улучшит их качество.
Структура работы. Диссертация состоит из введения, пяти глав, выводов, списка литературы, включающего 137 наименований, трех приложений. Полный объем диссертации 213 страниц, включая 65 рисунков, 5 таблиц. Основной текст без оглавления, списка литературы, рисунков, таблиц и приложений излагается на 131 страницах машинописного текста.
Апробация работы. Результаты, изложенные в диссертации, докладывались:
на техническом совете РДРСУ ГУП «Ростовавтодора» (Ростов-на-Дону, 1995);
на объединенном семинаре кафедры теории упругости Ростовского государственного университета (Ростов-на-Дону, 1995);
на Республиканской научно-технической конференции (Федеральная автомобнльио-дорожная служба РФ, Российский совет научно-технического общества автомобильного транспорта и автомобильных дорог, Научно-производственное объединение ГЭК, Суздаль, 1996);
на Международной научно-практической конференции (Ростовский государственный строительный университет, Ростов-на-Дону, 1997).
Публикации. Основные научные результаты диссертации опублюсова-ны в работах [1-11].
