Содержание к диссертации
Введение
1 Анализ условий работы и видов разрушения просеивающих поверхностей грохотов 9
1.1 Анализ основных видов грохотов и сит 10
1.1.1 Классификация грохотов 10
1.1.2 Основные факторы, влияющие на эффективность грохочения 12
1.1.3 Анализ просеивающих поверхностей 14
1.1.4 Кинематика движения сортируемого материала 19
1.2 Долговечность и основные причины разрушения сит грохотов 24
1.2.1 Сроки службы сит грохотов 24
1.2.2 Основные причины выхода резиновых сит грохотов из строя 27
1.2.3 Основные теоретические подходы к повышению износостойкости резиновых сит грохотов 36
1.3 Задачи работы 41
2 Резины для проведения исследований на износостойкость 43
2.1 Выбор каучука 44
2.2 Влияние технического углерода на износостойкость 51
2.3 Влияние других компонентов резиновой смеси на износостойкость резины 52
2.4 Подбор компонентов для износостойкой резины 53
3 Теоретико-экспериментальное исследование взаимосвязи интенсивности изнашивания резиновых сит с изменением физико-механических свойств 57
3.1 Влияние деформации на твердость и модуль упругости резин 57
3.1.1 Влияние деформации на твердость и модуль упругости резин на основе различных каучуков 57
3.1.2 Влияние деформации на твердость и модуль упругости резин при различной степени их наполнения техническим углеродом 62
3.2 Влияние деформации резины на эластичность 66
3.2.1 Влияние деформации на эластичность резин на основе различных каучуков 66
3.2.2 Влияние деформации на эластичность резин при различной степени их наполнения техническим углеродом 69
3.3 Разработка математической модели и вывод уравнения интенсивности изнашивания резин с учетом изменения физико-механических свойств 72
3.3.1 Исследование взаимодействия частицы с поверхностью сита и разработка расчетной схемы 72
3.3.3 Вывод уравнения интенсивности изнашивания резин с учетом изменения физико-механических свойств 75
4 Экспериментальная проверка основных теоретических зависимостей влияния изменения физико-механических свойств и условий эксплуатации на износ резин при контактно-динамическом нагружении 87
4.1 Лабораторная установка 87
4.2 Методика проведения испытаний 94
4.3 Влияние их, модуля упругости и эластичности резины на износ резин 97
4.3.1 Влияние деформации на износ резин 97
4.3.2 Влияние деформации растяжения на износ резин с учетом наличия ячейки 106
4.3.3 Влияние деформации растяжения на износ резин в зависимости от типа каучука 108
4.4 Влияние угла атаки на износ резин 110
4.4.1 Влияние угла атаки на износ резиновых образцов с ячейкой и без ячейки 110
4.4.2 Износ материалов при малых углах атаки 115
4.5 Влияние вибраций на износ резин 119
4.6 Влияние старения на износ резин 121
5 Практическое применение результатов исследования 126
5.1 Конструкции сита грохота с предварительным сжатием резиновых элементов 126
5.1.1 Сито грохота с механизмом сжатия 126
5.1.2 Сито грохота с эластичными элементами выпуклой формы 130
5.2 Результаты опытно-промышленных испытаний 133
Общие выводы 136
Список литературы 138
Приложения 156
- Анализ просеивающих поверхностей
- Основные теоретические подходы к повышению износостойкости резиновых сит грохотов
- Влияние деформации на твердость и модуль упругости резин на основе различных каучуков
- Влияние угла атаки на износ резиновых образцов с ячейкой и без ячейки
Введение к работе
Актуальность темы. Грохоты используются в строительном производстве для сортировки инертных нерудных материалов. Они также широко применяются при обогащении руд черных и цветных металлов, угля и во многих других отраслях промышленности.
Вследствие постоянного контакта с большими объемами высокоабразивных масс сита грохотов подвергаются интенсивному изнашиванию. Поэтому сита грохотов являются наиболее быстроизнашивающимися деталями. Низкий срок службы сит приводит к большим экономическим издержкам. Это связано с затратами на закупку новых и простоями при замене изношенных сит. Кроме этого, износ сит приводит к ухудшению качества сортируемого материала.
Используемые в промышленности нерудных строительных материалов просеивающие поверхности грохотов в основном могут быть подразделены на две группы - металлические и резиновые сита. Металлические сита обеспечивают несколько большую часовую производительность грохотов, так как они имеют большее "живое" сечение. Однако опыт эксплуатации показал, что срок службы металлических просеивающих поверхностей очень мал и составляет от 24 до 400 часов. В то же время износостойкость резиновых сит, в зависимости от размеров и природы сортируемого материала, в 2 - 15 раз больше. Поэтому резиновые сита являются более перспективными, с точки зрения повышения сроков службы и эффективности использования грохотов.
Во многих конструкциях грохотов резиновые сита при монтаже устанавливаются с предварительным натяжением. В процессе эксплуатации они находятся под действием дополнительных изменяющихся деформаций растяжения от массы сортируемого материала. Как известно, наличие деформаций растяжения увеличивает скорость изнашивания. Поэтому снижение деформаций растяжения или создание сжимающих деформаций можно рассматривать как метод повышения износостойкости сит грохотов. Однако в настоящее время мало сведений о взаимосвязи интенсивности изнашивания резин с изменяющимися под действием деформаций сжатия или растяжения физико- механическими свойствами. Кроме этого, сита грохотов находятся также под воздействием вибрации вместе с коробом грохота, но данных о влиянии вибрации на износостойкость резиновых деталей машин нет.
Поэтому возникает вопрос исследования совокупности задач, формирующих представления об износе резиновых просеивающих поверхностей грохотов под действием сортируемого материала в условиях изнашивания в массе незакрепленного абразива с учетом вибрации. Дальнейшее расширение номенклатуры используемых резин для сит грохотов требует разносторонних комплексных теоретических и экспериментальных исследований оценки износа резин в условиях их эксплуатации.
Цель работы: повышение износостойкости и долговечности резиновых сит грохотов за счет изменения физико-механических показателей при деформации резины.
Для достижения поставленной цели необходимо: установить основной вид износа резиновых сит грохотов при эксплуатации; исследовать влияние деформаций на физико-механические показатели резины и, как следствие, на величину износа резин для просеивающих поверхностей грохотов; исследовать влияние параметров грохочения на износ резин; исследовать влияние старения на износостойкость резин для сит грохотов; - разработать аналитический метод оценки интенсивности изнашивания резиновых сит для грохотов с учетом деформации и старения резины; подобрать рецептуру износостойкой резины для условий эксплуатации сит грохотов; разработать конструкцию просеивающей поверхности, имеющей повышенный срок службы за счет создания режима предварительного сжатия.
Методы исследований: включают анализ источников научно-технической информации, постановку и проведение теоретических и экспериментальных исследований.
Теоретические исследования деформации поверхности эластомера проводились с применением методов механики сплошных сред на основе использования методик решения задач в теории удара и теории упругости.
Процессы изнашивания эластомеров, подверженных деформациям сжатия или растяжения, а также исследования влияния динамики движения, проводились на специально сконструированной установке.
Для обработки экспериментальных данных и планирования эксперимента привлекались методы теории вероятностей и математической статистики.
Физико-механические свойства эластомеров определялись с использованием стандартных методик и установок, в соответствии с ГОСТами.
Научная новизна работы: - выяснена степень влияния деформации на изменение физико-механических свойств резины; - установлена взаимосвязь деформации и износостойкости резины; - теоретически обосновано повышение износостойкости резин в условиях деформации сжатия; получены аналитические зависимости, позволяющие определять интенсивность изнашивания резин, находящихся в деформированном состоянии, с учетом старения резины; экспериментально исследовано влияние вибрации на износостойкость резин; разработан и обоснован новый способ установки резиновых сит на грохотах с приданием им предварительной деформации сжатия.
Практическая ценность работы: На основе выполненных теоретических и экспериментальных исследований создана рецептура резины с повышенной износостойкостью. Разработаны рекомендации параметров грохочения и предложены технологические режимы, снижающие величину износа сит. Установлена необходимость создания предварительной деформации сжатия сит перед установкой. Исследования завершены разработкой конструкции сит с предварительным сжатием.
8 Реализация работы. Результаты исследований были использованы для разработки конструкций сит грохотов с предварительным сжатием. Сита с предварительной деформацией сжатия, а также с разработанной резиной успешно прошли опытно промышленные испытания на Ивановском карьере. Разработанная резина прослужила на 15 — 20% больше, чем серийная, а придание резиновым ситам предварительной деформации сжатия позволило увеличить срок их службы на 25 — 30%.
Анализ просеивающих поверхностей
Используемые в промышленности нерудных строительных материалов сита грохотов в основном могут быть подразделены на две группы — металлические и резиновые. Наибольшее применение имеют в настоящее время металлические сита. До 80% грохотов оснащено этими ситами. В последние годы все большее применение находят резиновые сита и ими оснащено 20% грохотов.
К первой группе относятся: тканые сита из проволоки, сита, сваренные из круглых или прямоугольных стальных стержней, сотовые (ячеистые) шестиугольные сита, сваренные из узких профилированных стальных полос, шпальтовые (колосниковые) сита, собранные на стержнях из проволок трапециевидного сечения, перфорированные решета, штампованные из стальных Ру листов, колосниковые решетки, состоящие из отдельных литых металлических балок (колосников). Обычно металлические сита изготавливаются из термообработанных сталей обыкновенного качества Ст.О, Ст.З, углеродистых сталей марок 40 и 45, марганцовистой стали 65Г и пружинной стали 70. В качестве наплавок иногда используют сормайт. 1 Наибольшее применение на карьерах имеют рифленые проволочные сита. Преимуществом проволочных сит является большая величина "живого" сечения и малая масса. К недостаткам этих сит можно отнести низкую долговечность; сильное залипание ячеек, особенно при грохочении мелких влажных фракций. Следует отметить, что износостойкость и "живое" сечение этих сит в большей мере зависят от толщины проволоки [3, 116, 138]. Ко второй группе относятся резиновые сита, на основе натурального и синтетических каучуков. Сита, изготовленные из этих материалов, могут быть: литые, прокатные, перфорированные ячеистые, резиновые струнные, щелевидные сита, набранные из отрезков резинового шнура или резиновых лент-струн и др. Главными достоинствами сит из резиновых смесей на основе различных каучуков являются высокая износостойкость и значительное снижение шума при работе грохотов. Износостойкость сит на основе различных каучуков от 5 до 10 раз выше, чем тканых металлических [3, 116, 138]. Прокатные резиновые сита (рисунок 1.2) собираются из резиновых полотен шириной от 300 до 1200 мм и длиной, равной ширине грохота. Устанавливаются на металлическом подситнике с квадратными и прямоугольными отверстиями. Количество полотен определяется длиной грохота. Следует отметить, что резиновые полотна устанавливают на подситник в натянутом состоянии. Крепежные перемычки резиновых полотен имеют пазы, которыми они надеваются на трапециевидные или фигурные выступы гребенок подситника, в результате чего образуется надежное замковое соединение типа "ласточкин хвост". Согласно [204] и нашим исследованиям выяснилось, что указанный тип сит обладает низкой износоустойчивостью и надежностью работы, за счет надрезов сита крепежными элементами и отсутствия возможности поднатяжки. Данная конструкция сит применяется в Ставропольском крае на карьере Малка и Солдато-Александровском карьере. Недостатком прокатных резиновых сит является замена целого дорогостоящего полотна при износе отдельного участка [3, 116, 138]. Резиновые сита типа "перфолента" применяют для разделения материалов крупностью до 5 мм (рисунок 1.3). Они легко изготавливаются путем перфорации листов толщиной от 2,5 до 3,5 мм. Эти сита долговечны при эксплуатации, имеют сравнительно большое "живое" сечение. Однако сита этого типа подвержены интенсивному разрушению при падении на них крупных кусков сортируемого материала из бункера, а также залипанню ячеек [3, 116, 138]. Резиновые струнные сита (рисунок 1.4) отличаются высокой износостойкостью, способны самоочищаться от налипающего материала благодаря собственным вибрациям струн, снижают содержание лещадных зерен в подрешетном продукте, имеют сравнительно большое "живое" сечение. Перечисленные достоинства резиновых струнных сит обусловили их применение для грохочения влажных, липких, загрязненных глиной, гравийно 16 песчаных смесей и мелкодробленых каменных материалов при границах разделения 3,5, 10 мм. Ленточно-струнные сита (рисунок 1.5) состоят из лент-струн длиной около 400 мм. Устанавливаются поперек движения материала в несколько рядов вдоль грохота. Концы предварительно натянутых лент вкладывают в пазы продольных металлических реек с шагом, определяемым требуемой границей разделения. На ленте-струне имеются периодические выступы, которые совместно с тыльной поверхностью передней ленты образуют отверстия сита необходимой величины. Сита могут состоять из полос эластичного материала, из гофрированных полос, из перфорированных полос, из эластичных лент [116, 170, 178, 190, 194]. Достоинством этих сит является хорошая самоочистка при грохочении влажных материалов за счет подвижности эластичных элементов, сравнительно большое "живое" сечение. Недостатками данного типа сит является: 1 Отсутствие возможности периодической поднатяжки лент, что ведет к их провисанию в процессе работы; застреванию крупных зерен сортируемого материала в стыке между соседними лентами, что приводит к ухудшению качества нижнего продукта за счет попадания в него крупных частиц сортируемого материала; 2 Сложность установки и демонтажа на грохоте.
Сборные резиновые сита (рисунок 1.6) собираются из полос эластичного материала боковые поверхности, которых выполнены в виде чередующихся выступов и впадин, при этом выступы одной полосы размещены во впадинах другой.
Достоинством этих сит является экономия материала за счет замены при ремонте одной из полос [170]. Недостатком — невозможность периодической поднатяжки полос, что ведет к их провисанию в процессе работы и ухудшению качества сортировки, а также небольшое "живое" сечение.
Сита из протекторной части шины (рисунок 1.7) применяется для сокращения затрат на изготовление сит [196]. Сито получается из протекторной части шины путем сверления в ее выступах отверстий.
Основные теоретические подходы к повышению износостойкости резиновых сит грохотов
Вследствие отсутствия информации о рецептуре и сравнительной износостойкости резин используемых для изготовления сит, был проведен анализ литературных источников и исследованы изношенные сита на карьерах.
Резиновая смесь - многокомпонентная система, включающая каучук и ингредиенты, каждый из которых выполняет определенные функции. При этом в наиболее общем виде резиновая смесь содержит следующие компоненты: 1 каучук (или несколько каучуков); 2 вулканизующую систему, в том числе вулканизующий агент, первичный и вторичные ускорители, активаторы вулканизации; 3 наполнители; 4 мягчители или пластификаторы; 5 технологические добавки; 6 защитные добавки против различных видов старения [153].
Каучук и ингредиенты неодинаково влияют на различные свойства резиновых смесей и резин. Поскольку в каждом конкретном случае важны не все, а лишь отдельные характеристики резиновых смесей и резин, то при составлении рецепта смеси выбирают, прежде всего, те ингредиенты, от которых больше всего зависят значения этих характеристик. Так вещества, составляющие вулканизующую систему, обеспечивают вулканизацию, то есть превращение пластичной и вязкоупругой резиновой смеси в высокоэластичную резину в результате образования единой пространственной сетки, соединяющей химическими связями отдельные макромолекулы каучука. Наполнители обеспечивают заданные механические свойства резин, улучшают технологичность и снижают стоимость резиновых смесей. Мягчители обеспечивают необходимые технологические свойства и также снижают стоимость резиновых смесей. Пластификаторы повышают морозостойкость резин, одновременно выполняя функции мягчителей. Ангиоксиданты, антиозонанты, термостабилизаторы, антирады улучшают сопротивление резин старению, причем одни и те же вещества могут обеспечивать защиту резин от различных видов старения [153].
Резиновая смесь для сит грохотов должна соответствовать следующим основным требованиям: 1 обеспечивать заданные технические свойства резин; 2 быть технологичной при изготовлении и переработке в изделия; 3 иметь минимальную стоимость; 4 содержать доступные каучуки и ингредиенты; 5 обеспечивать максимальную производительность труда и минимальный расход энергии при изготовлении и переработке; 6 обладать допустимыми санитарно-гигиеническими характеристиками [153].
Для повышения износостойкости резин для сит грохотов необходимо выполнять условия соответствия комплекса технических, технологических, экономических требований и конкретных условий эксплуатации, а именно: высокая износостойкость; высокое сопротивление раздиру; стойкость к порезам, появлению и разрастанию трещин; низкие гистерезисные потери; высокая динамическая выносливость; низкий коэффициент трения; низкая релаксация напряжений (или разнашиваемость и провисание элементов сит); высокая атмосферо- и озоностойкость и т. д. Требования, предъявляемые к резиновым ситам грохотов противоречивы. Обеспечение повышенной износостойкости, низкого коэффициента трения, высоких прочностных свойств с одной стороны, высокой динамической выносливости, низких гистерезисных потерь, низкой остаточной деформации (разнашиваемость), хороших технологических свойств - с другой. При разработке износостойкой резины в качестве материала для сит грохотов необходимо учитывать и экономический фактор, так как потеря массы резиновых сит от массы нового сита при грохочении до выхода из строя составляет от 3 до 10%. Превалирующим техническим свойством при выборе каучука для сит грохотов является их износостойкость, прочность, твердость, сопротивление раздиру и озоностойкость. Каждому из этих технических свойств соответствует определенная группа каучуков, которая представлена в таблице 2.1 [23, 28, 47, 55, 58,92,137, 153]. комплекс физико-механических свойств: СКУ, СКД, СКИ, НК, СКС, ХК, СКЭПТ, СКФ, АК. Износостойкость резин зависит от типа каучука и по этому показателю их можно расположить в ряд: СКД СКС СКЭПТ НК, СКИ-3 ХК СКФ АК [23, 28,47,55,58,92, 137,153]. Одним из основных параметров определяющих применимость каучука является его себестоимость. Все представленные выше каучуки, имеют высокую износостойкость. По себестоимости, в условных единицах, их можно расположить в ряд: 1) СКС - 1; 2) СКД - 1,05; 3) СКИ-3 - 1,1; 4) НК - 1,2; 5) ХК - 1,5; 6) СКЭПТ - 1,6; 7) СКУ - 20; 8) СКФ - 32; 9) АК - 35. В связи с высокой стоимостью и отсутствием широкомасштабного производства каучуков СКУ, СКФ и АК в дальнейшем они рассматриваться не будут. Наибольшей износостойкостью обладают резины на основе каучука СКД. Износостойкость резин на основе СКЭП и СКЭПТ выше, чем резин из НК и примерно равна износостойкости резин на основе СКС. Сопротивление истиранию возрастает при повышении вязкости по Мути этиленпропиленовых каучуков [23, 28, 47, 55, 91, 137, 153]. Высокая износостойкость резин на основе СКД, специфическая зависимость относительной износостойкости от условий изнашивания объясняется тем, что эти резины характеризуются малым коэффициентом трения, большим динамическим модулем, высокой стойкостью к механическим и термомеханическим воздействиям. Физико-механические свойства резин на основе СКД в меньшей степени изменяются при динамическом нагружении, чем на основе натурального каучука и СКС (таблица 2.2) [66]. Сравнительная износостойкость резин на основе НК, СКС, СКД зависит от условий эксплуатации (испытаний). Повышение нормальной нагрузки, степени проскальзывания вызывает увеличение сдвиговых напряжений. В резинах на основе НК и СКС это приводит к повышению интенсивности изнашивания, а для " резин на основе СКД истирание протекает в основном по усталостному механизму и интенсивность износа возрастает сравнительно мало (рисунок 2.1)? [66].
Резины, работающие в условиях динамического нагружения, должны.; обладать высокими упруго-гистерезисными свойствами, которые характеризуются эластичностью по отскоку, модулем внутреннего трения, коэффициентом механических потерь. Резины с низким значением тангенса угла потерь tgSприменяют в грохотах и вибротранспортерах [153].
Износостойкость возрастает при повышении эластичности резин. Это влияние проявляется наиболее наглядно при износе резины потоком незакрепленного абразива. При малой пластичности релаксационные процессы могут не успевать завершиться в период между многократными ударами падающих частиц, что приводит к повышению локальных напряжений и более интенсивному разрушению поверхности. В таблице 2.3 приведены данные об эластичности по отскоку на основе различных каучуков (без мягчителей или пластификаторов) [153].
Влияние деформации на твердость и модуль упругости резин на основе различных каучуков
В резиновую смесь помимо каучука и наполнителя входят и другие компоненты. Это вулканизующая система, в состав вулканизующего агента входят первичный и вторичный ускорители, активаторы вулканизации, мягчители или пластификаторы, технологические добавки, защитные добавки против различных видов старения. Изучение этих компонентов позволило подобрать вулканизующую систему, обеспечивающую оптимальные вулканизующие свойства для каждой из подобранных резин.
С целью повышения эксплуатационной надежности, на основе анализа условий эксплуатации и большого статистического анализа связи физико-механических показателей с износом резин, предложена износостойкая резина на основе синтетических каучуков в соотношении: 70 массовых частей дивинилового каучука (СКД) и 30 массовых частей бутадиен стирольного (СКС-ЗОАРКМ-15) марки СЕ А—12, рецептура которой приведена в таблице 1 (приложение А). Эта резина реализует высокую эластичность и низкий коэффициент трения. С учетом того, что сита грохотов эксплуатируются на открытом воздухе, были приняты для сравнительных испытаний резины марок 51-1524 на основе тройного этилен пропиленового каучука (СКЭПТ) и 1297 на основе хлоропренового каучука (ХК). Эти резины имеют высокую сопротивляемость атмосферному старению наравне с высокими физико-механическими показателями. Рецептуры резин марок 51-1524 и 1297 приведены в таблицах 2 и 3 соответственно (приложение А).
СКД обеспечивает резинам высокую износостойкость, самый низкий коэффициент трения скольжения (от 0,8 до 0,9), повышенную стойкость к динамическим нагрузкам, большим динамическим модулем, высокую стойкость к механохимическим и термоокислительным воздействиям. В условиях интенсивного циклического нагружения у СКД отмечается меньшее изменение прочностных свойств, что способствует реализации усталостного вида изнашивания перед абразивным.
Введение в резиновые смеси 30 массовых частей СКС повышает прочностные свойства (сопротивление разрыву, сопротивление раздиру) не снижает износостойкости, повышает технологические свойства: подвулканизацию, вязкость по Муни, вальцуемость, шприцуемость. Следует подчеркнуть, что синтетические эластомеры СКД+СКС при смешении образуют гомогенные смеси, что исключает появление гетерогенных включений дисперсного характера, что может явиться причиной появления микродефектов при интенсивном динамическом нагружении [55, 92, 137, 153]. В качестве наполнителя применяется высокоактивный технический углерод N110 (ПМ-120) или N 230 (ПМ-100) обеспечивающий не только повышение упруго-гистерезисных и фрикционных свойств резин, но и технологических параметров. Кроме того, повышенное содержание сажа-масло наполнителя (85+20 массовых частей) в смесях на основе СКД+СКС не снижает прочностных свойств и износостойкости вулканизатов, и обеспечивает повышенную трибологическую надежность в более жестких условиях эксплуатации [55, 92, 137, 153].
Для защиты от различного атмосферного воздействия и снижения протекания механических процессов при интенсивном динамическом воздействии применяется наиболее эффективная защитная система на базе противостарителя неозона Д и противоутомителя (продукта 401 ON — дифен ФП) обеспечивающая синоптический эффект действия [55, 92, 137, 153].
Изучены различные вулканизующие агенты, обеспечивающие образование комплекса различных поперечных связей. Рекомендуется использование серы и сульфидамидных ускорителей, обеспечивающих высокий уровень технических свойств резин [55, 92, 137, 153].
Применение двух стадийного изготовления резиновых смесей при повышенных температурах (до 140 С — I стадия) и давления (до 0,6 МПа) обеспечивает повышение износостойкости на 20—30%.
В качестве наполнителя применится высокоактивный технический углерод N110 (ПМ-120) или N 230 (ПМ-100) обеспечивающий не только повышение упруго-гистерезисных и фрикционных свойств резин, но и технологических параметров.
Изучены различные вулканизующие агенты, обеспечивающие образование комплекса различных поперечных связей. Рекомендуется использование серы, тиурама, 2-меркаптобензтиазол, а также стеарина выступающего в качестве активатора, обеспечивающих высокий уровень технических свойств резин [55, 92, 137, 153]. Для сравнительных испытаний были приняты резины, из которых изготавливаются сита, грохотов: 2—617 на основе каучуков СКИ—3+СКД в соотношении 70:30, имеющая пониженный коэффициент трения и 6252 на основе натурального каучука, имеющая высокую эластичность и малые гистерезисные потери. Рецептуры резин марок 2—617 и 6252 приведены в таблицах 4 и 5 соответственно (приложение А). В качестве эталонной резины для сравнительной оценки интенсивности изнашивания всех резин была принята резина марки ИРП-10214 - типовая резина для изготовления элементов горнорудного оборудования, рецептура, которой приведена в таблице 6 (приложение А). Основные физико-механические показатели всех резин приведены в таблице 2.6. Для выяснения влияния физико-механических свойств на износостойкость использовалась резина марки СЧ-6 на основе каучуков СКД-З+СКС-ЗОАРКМ-15 в соотношении 60:40. В рецептуре этой резины менялось содержание технического углерода (изменение содержания технического углерода резко меняет физико-механические свойства резин). Это позволило получить эластомеры с различными физико-механическими характеристиками. Содержание технического углерода варьировалось в пределах от 10 до 60 массовых частей. Рецептура резины марки СЧ-6 приведена в таблице 7 (приложение А), а ее физико-механические показатели в таблице 2.7.
Влияние угла атаки на износ резиновых образцов с ячейкой и без ячейки
Для ускорения испытаний была увеличена скорость частиц. Замеры не показали увеличения температуры образцов, следовательно, не изменялись условия изнашивания за счет изменения температурного и релаксационных режимов изнашивания. Анализ топографии изношенных поверхностей показал, что изнашивание происходило по задирному механизму фрикционного вида износа, то есть так же как, и в условиях эксплуатации. Скорость соударения частиц с изнашиваемыми резиновыми образцами в лабораторных опытах была задана на уровне 40 м/с. Частицы размером от 0,35 до 1,0 мм при такой скорости взаимодействия развивают кинетическую энергию от 0,00000028 до 0,012 Дою. Это соответствует средней кинетической энергии взаимодействия частиц сортируемого материала с ситом грохотов. Также при выборе скорости. соударения были учтены исследования [6, 107, 108, 109, 111], согласно которым при скоростях абразива меньше 30 м/с резины по износостойкости мало отличаются друг от друга, при этом абсолютные значения износа малы. При скоростях же частиц меньше 20 м/с износ резин практически не наблюдается.
Угол атаки взаимодействия абразивных частиц с изнашиваемой резиной для образцов (рисунок 4.3) в сравнительных испытаниях был задан на уровне 70 . Это соответствует чаще встречаемому углу атаки взаимодействия сортируемого материала с ситом грохота на карьерах. Амплитуда колебаний задавалась на уровне до 10 мм, а частота колебаний до 25 Гц. Это соответствует величине амплитуд и частот колебаний, используемых при эксплуатации грохотов [3, 57, 67, 97, 116, 138]. Плотность газоабразивного потока в плоскости расположения изнашиваемых образцов с целью интенсификации исследований и обеспечения стабильной работы лабораторной установки задана на уровне 12,24 кг/м -с. С понижением плотности потока вырастает длительность испытаний, а с повышением — свыше 12,24 кг/м -с, лабораторная установка работает нестабильно, и резко возрастает взаимовлияние абразивных частиц в потоке. При испытаниях использованы образцы без ячейки (рисунок 3.3), и с ячейкой 5x10 мм имитирующих часть полотна сита грохота (рисунок 4.3), на основе различных каучуков. Для исключения влияния подложки была принята толщина образцов 8 мм. Количественной оценкой износа в испытаниях резин принята разность масс образца до эксперимента и после эксперимента. где тн — масса образца до эксперимента; тк — масса образца после эксперимента. Образец после эксперимента очищался от частиц абразива и взвешивался на аналитических весах с точностью 0,00005 грамма. На первом этапе были проведены предварительные эксперименты. Они показали, что для измерения эластичности для каждого образца достаточно двадцати экспериментов. Этому количеству опытов соответствует доверительная вероятность от 0,95 [29, 54, 56, 68, 93, 125]. Обработка полученных результатов проводилась статистическими компьютерными программами. ; Из формулы (1.9) видно, что интенсивность изнашивания показывает во сколько раз величина подводимой энергии разрушения меньше энергии необходимой для разрушения единицы объема материала. Отсюда износ пропорционален интенсивности изнашивания I—J. Поэтому в дальнейшем сравнивались теоретическая интенсивность изнашивания и экспериментальный износ резин как пропорциональные величины, имеющие коэффициент пропорциональности для конкретных условий. Результаты исследований влияния деформации на износ резин будут являться основой для повышения долговечности резиновых сит путем осознанного подхода к конструированию узлов и деталей, включающих резиновые элементы, а также оптимальному подбору наиболее долговечных в данных условиях марок резин. Угол атаки в эксперименте был принят равным 30 так как при этом угле атаки износ большинства эластомеров под взаимодействием потока частиц имеет наибольшее значение. Одноосное натяжение задавалось в пределах до 30%, а одноосное сжатие до 15%. Дальнейшее увеличение величины растяжения или сжатия ограничивается возможностями установки, а также величиной растяжений, которые могут возникнуть при эксплуатации сит грохотов. В результате испытаний установлена зависимость износа резиновых образцов от деформаций растяжения и сжатия, которая представлена на рисунке 4.5. Экспериментальные исследования подтвердили теоретические исследования, что с увеличением величины растяжения износ у всех резиновых образцов увеличивается, а с увеличением величины сжатия износ у всех резиновых образцов уменьшается. Причем сжатие в большей степени влияет на изменение износа, чем растяжение. При относительном удлинении образцов на 30% износ увеличился у резин марок СЕА-12 на 50%, 2-617 на 45 %, 1297 на 32%, 51-1524 на 42%, 6252 на 33%, ИРП-10214 на 13% по сравнению с образцами не подверженным деформациям. При относительном сжатии образцов на 15% износ у резин марок СЕА-12 уменьшилась на 33%, 2-617 на 36%, 1297 на 40%, 51-1524 на 45%, 6252 на 67%, ИРП-10214 на 70% по сравнению с образцами не подверженным деформациям.
Серийные резины марок 2—617, 6252 и 51—1524, как и экспериментальная марка резины, имеют примерно одинаковый износ. Но резина марки СЕА—12 обладает лучшей износостойкостью. Ее износ по сравнению с другими марками резин был меньше на 10—25% в зависимости от величины сжатия или растяжения. Износ резины марки ИРП—10214 в зависимости от величины сжатия или растяжения на 30 - 140% выше, а резины марки 1297 до 300% соответственно, чем резин марок 2-617, 6252, 51-1524 и СЕА—12.
Из анализа экспериментальной (рисунок 4.5) и теоретической кривой (рисунок 3.21) влияния деформаций на износ резин и можно сделать вывод, что деформации оказывают значительное влияние на износ.
Отличие теоретических от экспериментальных данных можно объяснить тем, что на износ влияет не только изменение модуля упругости и эластичности по отскоку, но и другие физико-механические показатели, в частности сопротивление раздиру, истираемость и др. Однако однозначной связи с каким-то отдельным физико-механическим показателем нет. Все это отражено в группе коэффициентов, учитывающих все эти факторы, влияющие на износ резин. К этим коэффициентам относятся: х коэффициент механических потерь; Кр - коэффициент эффективности развития трещин; Кх — коэффициент немеханических потерь, которые учитываются в формуле (3.14) в параметре повреждаемости П.
