книги из ГПНТБ / Восстановительный ремонт шин

определяться не только температурой теплоносителя Гв и продолжи­ тельностью ее действия тв, а всем характером температурно-временной зависимости за цикл вулканизации. Суммарный эффект вулканиза­ ции можно представить в виде

т2

или численно — площадью под кривой интенсивность — время. Значение этой площади может быть найдено прямым планиметриро­ ванием или по формуле трапеций, а также с помощью специальных таблиц.

ключатель; 11 — проволочные термопары. •

Для вычисления интенсивности и эффекта вулканизации в раз­ ных слоях вулканизуемой шины необходимо экспериментально определить для соответствующих точек зависимость температуры от продолжительности нагревания.

Экспериментально зависимость температуры в разных слоях шины от продолжительности нагревания определяют следующим способом. При наложении шиноремонтных материалов в шину закладывают датчики температуры (термопары). Обычно термопары закладывают в полость варочной камеры (диафрагмы), между вароч­ ной камерой (диафрагмой) и покрышкой, между прослоечной резиной (если она применяется) и каркасом, между прослоечной резиной и протектором (или между протектором и каркасом в случае наложе­ ния протектора без прослоечной резины) и на поверхности протек­ тора. У шин, имеющих отремонтированный участок каркаса, термо­ пары дополнительно закладывают между пластырем и каркасом и в массив наполнительной резины в зоне ремонта (на уровне послед­ них слоев каркаса). При введении термопары в шину необходимо, чтобы спай термопары точно располагался в выбранных для замеров точках. Для этого его закрепляют резиновой ленточкой, промазан­

274

ной клеем. Свободные концы термопар выводят через вырез в борто­ вой части формы. Термопары подключают к многоточечному потен­ циометру по схеме, показанной на рис. V III.1. Температуру в каж­ дой точке замеряют через каждые 5 или 10 мин. Затем графически изображают зависимость температура — время или непосредственно интенсивность вулканизации — время и вычисляют эффекты вул­ канизации, как указано ниже. Определив эффект вулканизации Е{ для некоторой точки или слоя изделия (протектора, прослойки,

(точке) изделия, от продолжительности вулканизации. Из условия равенства эффектов вулканизации находят продолжительность вул­ канизации

при выбранной постоянной температуре Тп (эквивалентное время вулканизации), обеспечивающую получение резины с теми же свой­ ствами, что и при экспериментально наблюдавшемся нестационар­ ном температурном режиме в рассматриваемой точке изделия. Сопоставляя полученное значение эквивалентного времени вулкани­ зации тэ с известной зависимостью свойств соответствующей резины от продолжительности вулканизации, определяют, обеспечивает ли данный нестационарный режим достаточную степень вулканизации резиновой смеси, использованной для ремонта изделия в данной точке.

Пример. Определим эффект вулканизации и эквивалентное время для слу­ чая, приведенного на рис. VIII.2. Расчет ведем по формуле трапеций:

Е = + -іі+ -І2 + • • « +

где Ат — интервал времени между двумя последовательными замерами темпера­ туры; I 0, /j, 1 2 — интенсивности вулканизации для соответствующих интервалов времени. Принимая единицу интенсивности вулканизации равной 0,125 см, а интервал времени Ат = 5 мин в масштабе 0,25 см, можем рассчитать эффект вулканизации:

Е — 0,03125 (0+0,25 + 0,3 + 0,4+1,0+1,5 + 2+ 3+ 8 + 20+32 +

+ 44 + 54 + 58 + 54 + 60+ 60 + 12+ 1 + 0,2) = 0,03125 • 413,7 = 12,9 см2

где 0,03125 — масштабный коэффициент, получаемый как произведение мас­ штабов интенсивности и времени, а в скобках приведены соответствующие зна­ чения интенсивности.

При температуре 143° С интенсивность вулканизации составит около 20 ед. Учитывая принятый масштаб, получим І ш = 2,5 см.

Тогда

1?9

г ш = ^ - = 5 , 1 5 см тЭКв, 14 3 = 5,15-20= 103 мин

Однако замеры температур непосредственно в шине сравнительно трудоемки и длительны. Получаемые результаты не всегда воспроиз­ водимы из-за возможных в производстве колебаний пйраметров теплоносителей и других нестабильных условий вулканизации. Поэтому в последнее время для оценки температурного режима в различных слоях вулканизуемой шины находят все более широкое распространение экспериментально-расчетные и расчетно-аналити­ ческие методы. Экспериментально-расчетные методы состоят в исполь­ зовании электроили гидромоделирования процесса. При проведении

Рис. VIII.2. Построение кривой продолжительность — интенсивность вулканизации.

аналитических расчетов температурного поля в восстанавливае­ мых шинах вводят ряд упрощений, вытекающих из специфики их вулканизации.

Особенность вулканизации восстанавливаемой шины состоит в том, что отсутствует необходимость свулканизовать все ее элементы (в частности, неповрежденную часть каркаса и зону борта). При рас­ четах принимают, что при вулканизации вновь наложенного про­ тектора у шин, не имеющих сквозных повреждений каркаса, обогрев может быть осуществлен только со стороны пресс-формы (преиму­ щественно по коронной части). При вулканизации шин, имеющих сквозные повреждения каркаса, обогрев должен быть двусторон­ ним (со стороны пресс-формы и варочной камеры или диафрагмы).

Считают, что вулканизация восстановленных шин происходит практически при одномерности теплового потока. Это допущение

276

правомерно для восстанавливаемых шин (с учетом отмеченной выше особенности их вулканизации), поскольку в этом случае радиус кривизны вулканизуемого слоя протекторной ленты намного больше его толщины. Например, для восстанавливаемой шины диаметром 600 мм при толщине наложенного протектора 15 мм отношение ра­ диуса кривизны к толщине вулканизуемого слоя равно 20, в то время как для новой шины с радиусом кривизны профиля 100 мм при сред­ ней толщине стенки 30 мм это отношение равно всего лишь 3.

При расчетах протектор восстанавливаемой шины представляют как бесконечную пластину в случае двустороннего подвода тепла или как полуограниченное тело — в случае одностороннего. По­ скольку резина в пресс-форме находится в непосредственном кон­ такте с нагретыми металлическими поверхностями, принимают, что температура поверхности наложенного протектора в начале цикла вулканизации сразу становится равной температуре теплоносителя и остается постоянной до конца процесса нагревания (tw — const, граничное условие 1-го рода). В зависимости от значения критерия Фурье (Fo), характеризующего нестационарный тепловой поток

вина толщины нагреваемого слоя), аналитический расчет темпера­ турного поля в вулканизуемой восстанавливаемой шине произво­ дится двумя способами. При малых значениях критерия Фурье (Fo < 0,05), что соответствует случаю практически одностороннего подвода тепла, относительный прирост температур математически равен дополнению до единицы интеграла вероятностей Гаусса:

2

к моменту времени т; t w — температура поверхности; t 0 — начальная темпера­

тура в данной точке.

Значения Ѳ = erfc (z) для различных значений z приведены в математических справочниках. Зная значения Ѳ, легко опреде­ лить t из соотношения;

При значениях критерия Фурье Fo ^ 0,25 нагревание протекает аналогично нагреванию тела, ограниченного с двух сторон (беско­ нечной пластины). В этом случае относительный прирост температур может быть выражен следующими формулами:

я2

Л

277

ратура t меняется во времени и оказывается тем меньше по сравне­ нию с tw, чем меньше продолжительность нагревания т и чем больше расстояние х от обогреваемой поверхности.

При остальных одинаковых условиях т, t0, tw. ^ темпера­

тура t тем ниже, чем меньше температуропроводность а нагреваемой резины. Температура t станет равной tw, когда отношение --— ~

будет равняться 1. Если выразить в процентах это отношение, на­ звав его долей начальной разности температур (tw—10), то влияние температуропроводности резины на продолжительность нагревания центра пластины получается таким, как это показано на рис. V III.4.

Расхождение между экспериментальными и теоретическими кри­ выми изменения температуры в восстанавливаемой шине для одного итого же значения критерия Фурье находится в пределах 10%, что связано в основном с влиянием теплового эффекта вулканиза­ ции (тепловыделения). Тепловой эффект сильнее проявляется по мере увеличения расстояния от поверхности шины.

В заводской практике для приближенной экспресс-оценки общей продолжительности вулканизации восстанавливаемых шин (в мин),

где К — коэффициент, характеризующий скорость прогрева резины и завися­ щий от температуры вулканизации, рецептуры резины и других факторов, мин/мм; S — толщина вулканизуемого слоя, мм; т0 — время, необходимое для вулканизации нагретого слоя, мин.

Применение этого уравнения основывается на том, что изотермы, в том числе при 130—150 °С, соответствующие распространению «фронта вулканизации» по толщине протектора, удовлетворительно выражаются прямыми линиями (рис. V III.5). Установлено, что для нагревания до 130—145 °С слоя протекторной резины толщиной в 1 мм необходимо в среднем 5—7 мин (К = 5—7 мин/мм). При­ бавляя к времени, затрачиваемому на прогрев протектора, время, необходимое для вулканизации уже нагретого слоя, находят общую продолжительность вулканизации.

Пространственно-временное распределение температур в вулка­ низуемой восстанавливаемой шине в значительной степени зависит от способов теплопередачи. Тепло может передаваться шине: через металлическую поверхность пресс-формы, обогреваемую паром или электричеством; соприкосновением с насыщенным паром, подаваемым непосредственно в вулканизационный котел, где находится шина; соприкосновением с горячей варочной камерой или диафрагмой,

2 7 8

обогреваемой перегретой водой (водой, нагретой под давлением до температуры выше 100 °С) либо насыщенным паром.

Тепловой поток (количество тепла, проходящее через определен­ ную площадь в единицу времени) для стационарного режима тепло­ передачи от теплоносителя через пресс-форму или через варочную камеру (диафрагму) к шине может быть рассчитан по следующей формуле:

аX

где q — удельный (приходящийся н а единицу площади) тепловой поток; Тп — температура теплоносителя (пара); Т р — температура на поверхности вновь наложенного протектора; К — коэффициент теплопередачи; а — коэффициент теплоотдачи от пара к пресс-форме (варочной камере); б — толщина прессформы (варочной камеры); X — коэффициент теплопроводности пресс-формы (варочной камеры).

Рис. VIII.5. Изотермы вулканизации покрышек размера 260—20:

a — при одностороннем обогреве (1 — 70 °С; 2 — 90 °С; 3 — 100 °С; 4 — 120 °С; 5 — 135 ”С);

б — при двустороннем обогреве (1 — 80 °С; 2 — 100 °С; 3 — 120 °С; 4 — 135 °С).

Таким образом, в любой момент времени при данной разности температур между паром в рубашке пресс-формы и шиной тепловой поток будет пропорционален коэффициенту теплопередачи. Поскольку значения толщины пресс-формы заданы, тепловой поток будет зависеть от коэффициентов а и L

В начальный период нагревания в результате интенсивного

непрерывного удаления конденсата при дальнейшем нагревании коэффициент теплоотдачи увеличивается до 10 000—14 000 ккалДм2-

• ч-°С). По мере повышения температуры пресс-формы он сни­ жается вначале до 2000—4000 ккалДм2-ч-°С), а затем до 500— 1000 ккалДм2-ч- °С). Коэффициент теплоотдачи резко снижается даже при небольшом содержании в паре воздуха (1% воздуха сни­ жает а на 60%), при наличии влаги в паре, наличии конденсата в паровой рубашке пресс-формы и т. д.

На изменения коэффициента теплоотдачи от пара к варочной камере (диафрагме) влияют те же факторы. Значения коэффициента теплоотдачи значительно повышаются при циркуляции пара, обеспе­

280

чивающей удаление конденсата из внутренней полости варочной камеры (рис. VIII.6).

Особенно существенное влияние оказывает циркуляция тепло­ носителя на значения коэффициента теплоотдачи при применении перегретой воды для обогрева со стороны варочной камеры (диа­ фрагмы). При тупиковой схеме подачи коэффициент теплоотдачи от перегретой воды к стенкам варочной камеры (диафрагмы) составляет примерно 300 ккал/(м2-ч-°С); при введении циркуляции его сред­ ние значения возрастают до 6000 ккал/(м2-ч-°С).

Удельный тепловой поток со стороны пресс-формы, как правило, больше удельного теплового потока со стороны варочной камеры (диафрагмы), что объясняется меньшей теплопроводностью стенок

удельный тепловой поток и меньшая площадь обогрева со стороны варочной камеры (диафрагмы) обусловливают то обстоятельство, что нагрев вулканизуемой шины обеспечивает в основном под­ вод тепла со стороны пресс-формы. Это обстоятельство необходимо учитывать при отработке режимов вулканизации.

Построение режимов вулканизации

Большое значение для качества вулканизуемых восстанавливае­ мых шин имеет режим вулканизации, т. е. порядок поступления, параметры и длительность действия применяемых теплоносителей и прессующих агентов.

Цикл вулканизации можно разделить на несколько периодов. Во время первого периода восстанавливаемую шину нагревают до температуры вулканизации. В этот период происходят размягче­ ние и растекание вновь наложенных материалов, обеспечивающие опрессовку рисунка протектора и заполнение неровностей отшерохованной поверхности восстанавливаемой шины. То же происходит

взоне сопутствующего местного ремонта. Увеличение продолжитель­ ности этого периода ведет к значительному перетеканию материалов,

врезультате чего появляются большие выпрессовки резины в месте разъема пресс-форм, образуются наплывы протектора на боковины

281

и другие дефекты. С другой стороны, недостаточное растекание материалов вызывает недопрессовку рисунка протектора.

Во время второго периода шину выдерживают при температуре вулканизации. За этот период шиноремонтные материалы приобре­ тают заданные физико-механические свойства. Увеличение продол­ жительности этого периода ведет к перевулканизации (ухудшение свойств шиноремонтных материалов), а его сокращение — к недовулканизации, т. е. к ухудшению свойств резины.

Во время третьего периода восстанавливаемую шину охлаждают с целью исключения расслоений каркаса (вследствие наличия в нем остаточной влаги) и повреждений ее при выгрузке из горячей прессформы. Все это необходимо учитывать при построении режимов вулканизации и выборе оптимальной продолжительности каждого периода. Режим вулканизации зависит от способа обогрева.

При одностороннем обогреве (только со стороны пресс-формы) в варочную камеру (диафрагму) для опрессовки вулканизуемой шины подают холодную воду или воздух. Целесообразно односто­ ронний обогрев применять при восстановлении шин, не имеющих сопутствующих повреждений каркаса. При этом отпадает необходи­ мость охлаждения пресс-форм. В других случаях односторонний обогрев приводит к существенному удлинению режимов вулканиза­ ции и иногда вследствие этого к значительной перевулканизации поверхностного слоя протектора.

Двусторонний обогрев применяют при вулканизации большин­ ства восстанавливаемых шин. В качестве теплоносителя в варочную камеру (диафрагму) подают пар или перегретую воду, или пар и перегретую воду последовательно. Как уже отмечалось выше, интенсивность обогрева со стороны варочной камеры (диафрагмы) меньше интенсивности обогрева со стороны пресс-формы. Поэтому для создания наиболее равномерного температурного поля в вароч­ ную камеру (диафрагму) подают теплоноситель с более высокой температурой и раньше, чем в пресс-форму (со сдвигом по времени).

Давление прессующего агента при вулканизации оказывает большое влияние на качество восстанавливаемых шин. Чем оно выше (до определенного предела), тем выше плотность, монолитность, износоустойчивость протектора, больше прочность, связь между элементами шины. Оптимальным для.легковых шин является прес­ сующее давление 10—12 кгс/см2, для автобусных и грузовых — 15— 20 кгс/см2. Пар давлением 10—12 кгс/см2 или перегретая вода того же давления могут быть одновременно и теплоносителе.^, и прессующим агентом для легковых шин. Давление 10—12 кгс/см2 не может обеспечить хорошую опрессовку автобусных и грузовых шин. Поэтому при вулканизации этих шин после пара в варочную камеру подают или перегретую воду, или воздух, или холодную воду под давлением 15—20 кгс/см2. Наименьшая продолжительность вулканизации достигается при подаче пара, а затем перегретой воды. Близки к таким режимам по продолжительности режимы с примене­ нием только перегретой воды. Наиболее длительны режимы вулка­ низации с применением пара и холодной воды (в среднем их продол-

282