книги из ГПНТБ / Потураев, В. Н. Резина в горном деле

На рис. 7 показан узел подвески шахтной вагонетки малой емкости [45], где в качестве амортизаторов использованы рези­ новые элементы цилиндрической формы, работающие на сдвиг со сжатием. В качестве упругих элементов могут быть использованы и детали прямоугольной формы с привулканизованными метал­ лическими пластинами или закрепляемые в узлах подвески за счет сил трения. Жесткостные характеристики узла подвескнможно регулировать, изменяя форму и размеры резиновых амор­ тизаторов или устанавливая между ними металлические пластины. Изменяя геометрическую форму упругих элементов, угол их уста­ новки или марку резины, можно получить необходимые жесткост­ ные и демпфирующие характеристики и в зависимости от этого

создавать конструкции с требуе­ мыми динамическими параметрами.

Опыт эксплуатации шахтного транспорта показал, что приме­ нение пружинных и резинометал­ лических амортизаторов не всегда предохраняет колесные пары от

Рис. 6. Буферно-сцепное устройство Рис. 7. Подвеска шахтной вагонетки

срезинометаллическим элементом с использованием цилиндрических

значительных динамических перегрузок, чем объясняются их низ­ кий срок службы и быстрый выход из строя подшипниковых уз­ лов. Для устранения этого недостатка в некоторых конструкциях вагонеток, особенно большегрузных, резиновый амортизатор разме­ щают непосредственно в ободе колеса.

3. РЕЗИНА В ВИБРОМАШИНАХ

Имеется класс изделий — упругие связи и амортизаторы, в которых резина в настоящее время практически не может быть заменена ни одним из существующих синтетических материалов. Именно в таких изделиях в наиболее полной мере проявляются высокие демпфирующие и звукопоглощающие свойства резины. К машинам, в которых используют резиновые элементы, отно­ сятся прежде всего вибрационные транспортные и транспортно­ технологические машины — грохоты, конвейеры, питатели, а так­ же горно-обогатительные машины — мельницы, бункера, дро­ билки, центрифуги и т. д. В этих машинах колеблющиеся массы соединены между собой резиновыми элементами, жесткость кото­

10

На рис. 9 показаны наиболее распространенные типы резино­ металлических деталей простой формы. Цилиндрические элементы (рис. 9, а, б, в) обычно испытывают деформации одноосного сжатия и допускают небольшие смещения сдвига. Наличие цент­ рального отверстия повышает эластичность амортизаторов и спо­ собствует их лучшему охлаждению. Варьируя геометрическими размерами, можно увеличивать их устойчивость, сохраняя постоян­ ной величину продольной жесткости. Одним из средств повыше­ ния продольной устойчивости является создание элементов сбор­ ной конструкции (рис. 9, в), которая удобна тем, что ее упругую

Рис. 9. Резинометаллические детали простой формы

характеристику можно изменять, изменяя набор составных эле­ ментов.

Амортизаторы конической формы (рис. 9, г) имеют слабо нелинейную силовую характеристику.

Рассмотренные конструкции применяются в качестве упругих связей и ограничителей колебаний вибрационных вертикальных конвейеров, а также на посадочных местах шахтных клетей, ски­ пов и т. д.

На рис. 9, д, е показаны резинометаллические амортизаторы сдвига, имеющие жесткость в поперечном направлении значи­ тельно меньшую, чем в продольном. Это объясняется различным значением модуля резины при деформациях сжатия и сдвига. Обычно элементы сдвига выполняют квадратной или прямоуголь­ ной формы с привулканизованной металлической арматурой.

12

Для увеличения жесткости на сжатие при сохранении габаритов элемент разделяют одной или несколькими пластинами (см. рис. 9, е). Амортизаторы такого типа применяются в том случае, когда нежелательны колебания машины или оборудования в вер­ тикальной плоскости. Уменьшение жесткости таких амортизато­ ров достигается образованием внутри резинового элемента поло­ сти (рис. 9, ж) или созданием конструкции мостичного типа

(рис. 9, з).

Свойство резины обладать различными модулями при дефор­ мациях сдвига и сжатия используется при создании амортизаторов,.

Рис. 10. Резинометаллические амортизаторы сжатия и сдвига

имеющих определенное расчетное соотношение продольной и попе­ речной жесткости. Резиновые элементы таких деталей испыты­ вают обычно деформации сдвига и сжатия одновременно.

На рис. 10 показаны различные конструкции амортизаторов, которые под действием продольной силы испытывают деформации сжатия и сдвига. Их широко используют в инженерной практике, в том числе для установки горного оборудования. Соотношение продольной и поперечной жесткости можно изменять, регулируя угол установки упругих элементов.

Рассмотренные выше амортизаторы имеют простые геометриче­ ские формы, большинство из них обладает практически линейной силовой характеристикой. Для горно-шахтного оборудования, имеющего широкий частотный спектр колебаний в горизонтальной и вертикальной плоскостях, применяются полые амортизаторы сложной формы (рис. 11), имеющие поперечную жесткость значи­ тельно меньшую, чем продольную. Жесткостная характеристика амортизаторов такого типа из резины на основе НК твердостью

13

по ТМ-2 56 и из полиуретана марки СКУ-6 при деформациях сжа­ тия и сдвига показана также на рис. 11.

Величина модуля объемного сжатия для применяемых в насто­ ящее время амортизационных резин на порядок выше, чем модуль

Р‘10'1н

при одноосном сжатии. Это свойство положено в основу амортиза­ торов объемного сжатия, используемых в вибропитателях для-

14

Более сложная конструкция амортизатора с использованием эффекта объемного сжатия показана на рис. 13. Такой амортиза­ тор может испытывать одновременно деформации сжатия и сдвига.

Вэтом случае к полому цилиндрическому элементу, имеющему

вцентре кольцевую проточку для уменьшения сдвиговой жест­ кости, сверху и снизу присоединяются металлические чашки.

Если нижняя чашка установлена на неподвижном основании, а верхняя жестко соединена с амортизируемой подвижной массой, совершающей сложные колебания в горизонтальной и вертикаль­ ной плоскостях, то резиновый элемент претерпевает деформацию сжатия со сдвигом. В момент, когда величина сжимающей силы достигает таких значений, что резиновый элемент в чашках за счет осадки касается ее стенок, начинает проявляться эффект объемного сжатия.

В качестве элементов упругой подвески широкое распростра­ нение получили резинометаллические шарниры, основные типы которых показаны на рис. 14. Они позволяют компенсировать некоторые перекосы деталей и узлов машин, возникающие при сборке и эксплуатации. Отсутствие трущихся частей исключает износ и необходимость смазки, а отсутствие зазоров в соедине­ ниях устраняет шумы и создает некоторую амортизацию толчков и вибраций.

Отсутствие проскальзывания достигается присоединением ре­ зины к пальцу и обойме шарнира вулканизацией или приклеива­ нием отдельно изготовленных резиновых элементов, а также нали­ чием значительных нормальных усилий, создаваемых сжатием резинового элемента специальными устройствами или запрессов­ кой его под давлением.

Конструкция резинометаллического шарнира, наиболее часто используемого в качестве элементов упругой подвески различных машин, показана на рис. 14, а. Шарнир состоит из концентрично расположенных металлических втулок, между которыми помещен резиновый элемент, приклеиваемый к ним или соединяемый спосо­ бом вулканизации. Внутренняя втулка шарнира выполнена раз­ резной, что позволяет производить посадку на вал с некоторым натягом. Внешняя втулка изготовляется также разъемной для снятия внутренних напряжений термической усадки резины при изготовлении шарнира.

13

Конструкция шарнира обусловливается характером действу­ ющих нагрузок и требованиями эксплуатации. Для придания шарниру большой радиальной жесткости при неизменной осевой жесткости резиновый элемент раз­ деляют металлическим кольцом (рис. 14, б). Если необходимо, что­ бы шарнир выдерживал значи­ тельные осевые и радиальные на­ грузки при большой коаксиаль­ ной податливости, ему придают особую форму (рис. 14, в). При этом осевые нагрузки вызывают в резиновом элементе напряже­ ния сжатия и сдвига, тогда как радиальные нагрузки вызывают

Рис. 13. Амортизатор с двумя лишь напряжения сжатия. Боль­ установочными чашками шой осевой ход шарнира при его

значительной радиальной жест­ кости достигают обычно привулканизацией промежуточного металлического кольца (рис. 14, г).

На рис. 14, д показана конструкция упругой опоры с исполь­ зованием шарнира в качестве эластичного элемента.

16

4. РЕЗИНА В КАЧЕСТВЕ ФУТЕРОВОЧНЫХ И ЗАЩИТНЫХ ПОКРЫТИЙ

При переработке и транспортировании горной массы, облада­ ющей большой абразивностью и агрессивным влиянием, наблю­ дается значительный износ рабочих поверхностей машин и оборудо­ вания. Для защиты от такого воздействия применяют износостой­ кие футеровки и покрытия, используя для этого различные марки сталей и чугуна, синтетические материалы (капрон, тиоколы, фторопласт и т. д.), каменное литье. В последнее время в каче­ стве покрытий и футеровок стали применять износостойкие ре­ зины.

До создания конструкций износостойких покрытий и подбора специальных типов резин в инженерной практике использовали обычную листовую резину или отработанную конвейерную ленту. Применение такой облицовки в местах с большим абразивным износом (течки, места перегрузки руды, бункера, рудоспуски и т. д.) увеличивало срок эксплуатации оборудования и уменьшало производственный шум.

Впоследствии для этой цели были разработаны различные резиновые смеси на основе натурального и синтетического каучу­ ков, используемых отдельно или в соединениях. Большой выбор исходных смесей, возможность создания разнообразных конструк­ ций от тонких пленочных покрытий, наносимых напылением, склеиванием или вулканизацией, до массивных ударостойких футе­ ровок, присоединяемых к рабочей поверхности машин механически, позволило в каждом отдельном случае эксплуатации использо­ вать наиболее оптимальные средства защиты от абразивного из­ носа и агрессивного воздействия внешней среды.

В общем случае износостойкие покрытия и футеровки горных машин осуществляют:

гуммированием поверхности; вулканизацией или склеиванием резины с металлом;

механическим присоединением резиновых элементов к защи­ щаемой рабочей поверхности.

Для покрытия по первому и второму способам предпочтитель­ ной является резина твердостью по ТМ-2 от 40 до 70 в зависимо­ сти от абразивности перерабатываемого материала и механизма взаимодействия его с рабочей поверхностью.

При третьем способе для покрытия применяют толстую листо­ вую резину. Падающие куски горной массы при ударе о рези­ новый слой теряют значительную часть энергии, снижая при этом ударные нагрузки на рабочую поверхность машины.

Гуммирование поверхности помимо защитного действия от кор­ розии и абразивного износа позволяет использовать в конструк­ циях черные металлы вместо легированных сталей и цветных металлов. Гуммируют поверхности каучуковыми растворами или пастами с последующей термической или холодной вулканизацией..,^

слоя. Покрытия можно наносить толстыми слоями, обеспе­ чивающими защиту поверхностей не только от агрессивных, но и абразивных сред. Такие покрытия не имеют стыков и швов, обладают высокой эластичностью, не разрушаются под действием резких перепадов температуры, знакопеременных механических нагрузок и вибраций, обладают большими звукопоглощающими свойствами.

Методом вулканизации резины с металлом покрывают корпуса и рабочие колеса центробежных насосов для перекачивания гидроабразивной пульпы в условиях обогатительных фабрик.

В ленточных конвейерах резина используется для покрытия приводных, натяжных и поддерживающих барабанов, а также для облицовки направляющих роликов. Для покрытия привод­ ных барабанов используется резина толщиной 7—10 мм с твер­ достью по ТМ-2 около 70. Для покрытия натяжных и поддержива­ ющих барабанов толщина резинового слоя выбирается равной 5—10 мм при твердости по ТМ-2 25—40.

Резиновая футеровка барабанов и роликов не истирает ленту, значительно улучшает динамику конвейера, гасит удары и вибра­ ции, препятствует прилипанию влажного материала и защищает поверхности от коррозии и износа.

Механические способы крепления резиновой футеровки благо­ даря универсальности и легкости осуществления монтажных и демонтажных работ получили наибольшее распространение. С их помощью осуществляется футеровка мельниц, виброконвейеров и грохотов, питателей, кузовов автомобилей и т. д.

Рассмотрим случаи применения резины в качестве футеровки и защитных покрытий.

Для классификации руд, угля и других материалов с круп­ ностью кусков от 10 до 40 мм применяют сита. Их испытания на виброгрохотах предприятий цветной металлургии показали, что в различных условиях работы износостойкость резиновых сит в 5—20 раз выше металлических. Резиновые сита обеспечивают высокие эффективность процесса (80—95%) и качество продуктов грохочения. Применение таких сит значительно снижает уро­ вень шума в цехах и улучшает условия труда.

На рис. 15 показаны конструкции сит, изготовленных обыч­ ными методами резиновой технологии. Размер и форма отверстий сит выбираются в зависимости от технологических требований к перерабатываемому материалу. Толщина сит обычно опреде­ ляется размером отверстий и условиями эксплуатации. Способ­ ность сит выдерживать большой груз может быть достигнута ис­ пользованием комбинированной двухслойной конструкции с ниж­ ним более жестким слоем резины и верхним мягким и высокодемпфирующим слоем. При такой конструкции резиновой футеровки сит их отверстия практически не забиваются.

Широкое распространение получают также облицованные рези­ ной сита и колосники виброгрохотов, применяемых для классифи-

18

нации и обезвоживания полезных ископаемых. Для предохране­ ния их от износа используется шинная резина. Толщина слоя подбирается в зависимости от крупности перерабатываемого мате­ риала. Стальные колосники с резиновым покрытием, аналогич­ ным по конструкции крепежным клиньям шаровых мельниц, применяют при грохочении крупнокускового абразивного мате­ риала и при ударно-абразивном характере износа.

Обобщая отечественный и зарубежный опыт эксплуатации резиновых и обрезиненных сит, можно отметить их следующие преимущества перед стальными ситами:

надежность в работе и отсутствие внезапности отказа; сравнительно большое живое сечение и повышенная эффек­

тивность грохочения;

Рис. 15. Резиновые сита:

а — конструкции; б — вариант крепления

самоочищаемость вследствие высокой упругости и значитель­ ных колебаний;

улучшение условий труда благодаря шумопоглощающим свой­ ствам;

предохранение перерабатываемого материала от измельчения и истирания;

уменьшение динамических нагрузок на конструкции благо­ даря снижению массы подвижных частей, что значительно увели­ чивает срок службы машин и оборудования;

большая коррозионная стойкость; значительно больший срок службы.

Однако резиновые сита имеют ограниченную стойкость к коле­ баниям температуры, а при малых размерах отверстий малое живое сечение.

Футеровка в шаровых мельницах является одним из основных узлов, от которого зависят эксплуатационные показатели измельчительного агрегата в целом. Применение резиновых футеровок позволяет значительно сократить расход дорогостоящих леги­ рованных сталей, уменьшить массу футеровки и значительно