Введение к работе
Актуальность проблемы. Одной из важных задач технического про-ресса является повышение качества, надежности и долговечности машин при щновременном снижении их металлоемкости.
Разнообразные отрасли промышленности и сельского хозяйства предъ-івляют высокие требования к антикоррозионной защите деталей машин и ап-іаратов, работающих в условиях сильных агрессивных рабочих сред при погашенных температурах и давлениях, с периодическим изменением состава гтих сред, при эффективном их перемешивании.
Из существующих способов защиты поверхностей гуммирование занижает особое положение вследствие того, что резина обладает целым комплек-ом технически полезных свойств: стойкостью к воздействию агрессивных сред, їластичностью, вибростойкостью, сгюсобностью вьщерживать мощные гидро-іинамические удары, водо- и газсінепроницаемостью.телло- и морозостойко-гтью.
Вулканизация покрытий является завершающим и наиболее ответст-енным процессом во всем цикле работ по гуммированию любого металличе-кого объекта, сопровождающимся большими затратами энергии и особенно іуждающимся в совершенствовании. Высокие эксплуатационные качества ювых гуммированных деталей машин и аппаратов должны закладьваться на тадии проектирования. Отсюда вытекает необходимость и актуальность ис-ледований, направленных на повышение качества труда за счет механизации і автоматизации, усовершенствования и интенсифіикации процесса получения зтовых изделий.
Несмотря на широкое распространение гуммированных деталей машин і аппаратов, теория, методы их расчета, проектирования и изготовления рас-мотрены недостаточно.
Надежность гуммированных деталей машин и аппаратов неразрывно вязана с когезионной прочностью, химической стойкостью гуммировочного окрьггия и адгезива, потерей прочности крепления к металлу и т.д. Эта про-лема в настоящее время разбита на ряд частных задач, которые решаются золированно. Коме того, их решение изложено в различных разделах техниче-кой литературы.
Такое состояние проблемы заставляет искать новые подходы к ее ре-іению. Поэтому разработка новой технологии получения гуммированных объ-ктов, разработка теории расчета и построение на ее основе универсальных
методов расчета, позволяющих комплексно решить проблему, является актуальной задачей, отвечающей требованиям научно-технического прогресса.
Подход к проблеме, принятый в работе, характеризуется тем, что рассматривается изготовление гуммированных деталей машин, агрегатов и аппаратов методами пластического деформирования резинометаллических листов и полос после термообработки эластомерного покрытия, а не гуммирования готового металлического объекта, как принято в традиционных методах. В этом случае рассматриваются способы термообработки, позволяющие создать поточную линию для изготовления гуммированных объектов. Кроме того, рассматривается совместная деформация эласто мерного покрытия и металлической основы, взаимодействующих между со бой. Разработка программных средств осуществлялась с использованием метода системного и структурного программирования.
Научно обоснованные универсальные математические модели экспериментов, представленные в данной работе, прошли апробацию на разнообразных машинах и объектах в химической, нефтехимической, дерево обрабатывающей, металлургической промышленности и промышленности сельскохозяйственного машиностроения. Автор данной диссертации был исполнителем этих разработок
Целью диссертационной работы является теоретическое обобщение результатов математического моделирования и расчета процессов тепло переноса при термической обработке листовых гуммированных объектов в аппаратах с активным гидродинамическим и тепловым режимом, базирующееся на решениях краевых задач внутреннего переноса теплоты в многослойном эла-стомерном покрытии; развитие и совершенствование на этой основе инженерных методик расчета процесса, а также расчетно-экспериментальное исследование перспективных технологических процессов горячего крепления покрытий к металлу и качества гуммированных покрытий в лабораторных и промышленных условиях; выборка рекомендаций для промышленного освоения результатов исследований; внедрение разработанных методик, технических и технологических решений в практику предприятий.
На защиту выносится: способ термообработки и модель гуммируемого изделия в виде многослойной пластины; теория процесса вулканизации и рас-четатемпературньїхітолей вулканизуемых эластомерных покрьпий; результаты экспериментальных исследованийткгап^ниюосновньк факторов на скорость и степень вулканизации эластомерного покрытия; неразрушающие методыоп-^ ределения степени вулканизации покрытий и прочности крепления покрытий к
металлу, позволяющие автоматизировать контроль и управление процессом гуммирования ; результаты теоретических и экспериментальных исследований коррозионной стойкости эластомерных покрытий ; результаты исследования влияния давления вулканизующей среды на качество, гуммированных деталей машин ; система контроля и управления процессом сушки наносимых слоев клея; способ подготовки поверхности металлического объекта, вопросы теплообмена между металлом и механизмом уплотнения абразивной среды, результаты теоретического и экспериментального исследований прочности горячего крепления эластомерных покрытий; электронтфрак-тограЗэического анализа структуры слоев и клеевых швов покрытия ; экспертные методы и теория планирования эксперимента при прогнозировании работоспсххбности гуммированных деталей машин и технологического оборудования ; рекомендации по промышленной реализации процесса изготовления гуммированных деталей машин и аппаратов из резинсіметаллической полосы.
Научная новизна. Предложена методика расчета процессов термической обработки гуммировочных покрытий , сопровождающихся химическими взаимодействиями и протекающих в системе" инертный зернистый теплоноситель - твердое тело" в условиях организованной гидродинамической и тепловой обстановки, базирующаяся на решении краевых задач переноса теплоты в многослойной эластомерной обкладке с внутренними источниками.
На принципах предложенной методики осуществлено решение сле-дующих задач теллопереноса;
-
теплоперенос в многослойном эластомерном покрытии с изменяющимся во времени в пределах каждого слоя внутренним источником теплоты и граничных условиях третьего рода на внешних поверхностях;
-
теплоперенос в эластомерном покрытии гуммированного объекта без учета внутренних источников теплоты;
-
теплоперенос в металлической основе, абразивной среде и механизме уплотнения в процессе подготовки металла к нанесению адгезива;
-
теплоперенос в гуммированных валах с многослойным эластомерным покрытием;
-
теплоперенос в резиновых узлах трения с продольными смазочными канавками.
Полученные решения краевых задач теллопереноса легли в основу разработки математических моделей и методик расчета:
1) процессов термической обработки покрытий гуммированных объектов в аппаратах непрерывного действия с инертным зернистым теплоносителем;
-
процессов термообработки эластомерных покрытий в секционированных аппаратах с инертным зернистым теплоносителем;
-
процессов абразивно-порошковой очистки поверхности металла перед нанесением на нее адгезива.
Произведено расчетно-экспериментальное исследование указанных процессов в лабораторных и промышленных условиях, получены новые экспериментальные данные по кинетике вулканизации, химической стой кости и структуре слоев и клеевых швов гуммированных покрытий на основе различных каучуков. Разработаны новые методы и устройства для неразрушающега контроля степени вулканизации и прочности крепления покрытий ; новая технология изготовления гуммированных объектов с с применением поточной линии и АСУТП.
Практическая ценность результатов работы заключается в том, что разработаны и доведены до конечной реализации инженерные методы расчета процессов термообработки гуммировочных покрытий, внедренные в расчетную практику ряда предприятий (АО "Газоавтоматика", Сокольский ЦБК и др.); на базе проведенных исследований предложены новые способы термообработки покрытий и конструкции аппаратов для их осуществления, позволяющие значительно снизить удельные энергозатраты и резко сократить время обработки обкладок. Разработаны также способы и устройства неразрушающега контроля степени вулканизации, прочности крепления покрытий к металлу и автоматизации процесса сушки клеевых покрытий. Созданы алгоритмы и программы для расчета на ЭВМ всех параметров процесса, которые могут быть использованы в библиотеках САПР при проектировании гуммированных деталей машин и аппаратов.
Полученные результаты были использованы в хоздоговорных научно-исследовательских работах "Исследование процессов вулканизации прорезиненных тканей с двухсторонним покрытием" (Калинин, КПИ, 1975-76г., тема № 138), "Улучшение динамических характеристик двух этажных лесопильных рам" (Вологда, ВоПИ, 1980г., тема № 422/76, № гос. регистрации 76014518), "Отработка конструкции и технологических процессов агрегатов очистки горяче-катанных полос и круглой катанки от окалины" (Вологда, ВоПИ, 1989г., тема ЧФ-475/2) и госбюджетных научно-исследовательских работах: "Исследование во-Ітросовгашения вибрацийлесхзпиііьно-деревос)брабатьівающего оборудования" ( Вологда, ВоПИ, 1983г., тема № П672МЗГ№ гос.-регистрации 79061548), "Математическое моделирование процесса массообмена при опробовании нефтяных скважин (Вологда, ВоПИ, 1989-1990г.г., тема № Г9.6.Э4), "Исследование процессов разрушения древесины при волновом воздействии"
(Вологда, ВоПИ, 1993-1995г.г., тема № 6 п.53), "Исследование возможности интенсификации работы теллхэбменного оборудования производства серной кислотыЧПО"Аммофос"(Вологда, ВоПИ, 1989-1990гг.).
Практическая реализация разработок осуществлена при создании
сточных устройств и вентиляционных коробов в ОПХ "Остахово" Вологодской
области, защите кузовов и бункеров в Даниловском ДРСУ треста
"Ярославльавтодор", на заводах "Соколреммаш" и Вологодском вагоноремонт
ном , очистке металла от окалины в АО "Северсталь" г. Череповец, гуммирова
нии оборудования на Сокольском ЦБК, АО "Вологодский подилпниковый за
вод" и АО "Газоавтоматика". Материалы исследований внедрены в учебный
процесс. /"
Публикации. За период с 1972 выполнено 194 работы, из них 117 опубликовано в изданиях, утвержденных для освещения научных докторских дис--' сертаций;Изданы монографии: Осипов Ю.Р. Режимы вулканизации и прогнозирование свойств гуммировочньгх покрытий. - Вологда: ВоПИ, 1992 - 204с. Осипов Ю.Р. Работосгххобность гуммирсвочных покрытий в сельскохозяйственной и мелиоративной технике. - Вологда: ВоПИ, 1994. - 97 с, Осипов Ю.Р. Структура и прочность горячего крепления элас томерных покрытий к металлу. - Вологда: ВоПИ, 1994. - 110а, Осипов Ю.Р. Автоматизация процесса сушки клеевых покрытий гуммированньос объектов, - Вологда: ВоПИ, 1994. - 64с., Игонин В.И.,Осипов Ю.Р. Модели температурного и напряженного состояния в элементах конструкций турбонагнетательньк агрегатов. - Вологда: ВНЦ РАЦ, 1995. -160с., Осипов Ю.Р. Термообработка и работоспособность покрытий гуммированных объектов. - М.: Машиностроение, 1995. - 232с. Подано 13 заявок на изобретение, на данный момент получено 8 авторских свидетельств. По материалам научных исследований изданы пособия, описывающие новые подходы к решению проблемы, включая теорию и методы контроля качества гуммированных деталей машин и алпаратоа
Апробация работы. Основные материалы исследования были доложены и обсуждены на 36 Всесоюзных, межреспубликанских и международных научно-технических конференциях, симпозиумах и совещаниях в период с 1974 по 1996 годы. Автор выступал с научными докладами по теме диссертации на: Все союзном семинаре по сушке, октябрь 1974 г. в г. Москве; Всесоюзной конференции "Повышение долговечности и надежности машин и приборов", 22-24 сентября 1981 г. в г. Куйбыиеее; Седьмой Всесоюзной конференции "Планирование и автоматизация эксперимента в научных исследованиях", 20 -22 сентября 1983 г. в г. Москве ;Всесоюзной научно- технической конференции
"Повышение ресурса узлов трения, работающих в экстремальных условиях ", май 1985 г. в г. Перми ; Всесоюзных конференциях " Перспективы и опыт внедрения статистических методов в АСУ ТП ", 12-14 мая 1984 г. в г. Смоленске; 2-4 июня 1987 г. в г. Туле : 22 - 24 мая 1990 г. в г. Туле ; Первой Всесоюзной конференции "Композиционньїе материалы в породоразрушающих инструментах". 22-24 сентября 1987 г. в г. Ивано-Франковске ; Первом Всесоюзном семинаре " Применение полимерных композиционных материалов в машиностроении ", 15-17 июня 1987 г. в г. Ворошиловпэаде; Всесоюзной научно-технической конференции "Защита оборудования и изделий химического и нефтяного машиностроения от коррозии", 26 - 27 мая 1988 г. в г. Пензе; Всесоюзной научной конференции "Математическое моделирование", в мае 1989 г. в г.Куйбыиеее ; Всесоюзном научно - техническом совещании " Нефунтовые и противофильт-. рационные конструкции и гидроизоляция энергетических сооружений", 6-8 июня 1989 г. в г. Ленинграде: Всесоюзном научно техническом семинаре" Применение САПР в химическом и нефтяном машиностроении", 19-23 октября 1990г. в г. Москве: Первой Всесоюзной конференции "Полимерные материалы и технологические процессы изготовления изделий из них", 26-28 ноября 1991 г. в г. Москве: Межреслубликанском научно-техническом семинаре "Клеи и клеевые соединения в народном хозяйстве", 15-16 декабря 1992 г. в г. Москве: Межреспубликанской научно-технической конференции "Клеи, герметики, компаунды: производство и экология", 25-29 января 1994 г. в г. Суздале: Международном симпозиуме по механике эластомеров, 21 - 23 июня 1994 г. в г. Днепропетровске; Научно -технической конференции" Покрытия , упрочнение, очистка Экологически безопасные технологии и оборудование", 18-21 апреля 1995 г. в г. Москве; Научно -технической конференции " Поли мерные материалы: производство и экология", 20-23 июня 1995г. в г. Ярославле и др.