Статьи»Технология изготовления клиновых ремней кордшнуровой конструкции»Анализ причин разрушения клиновых ремней

Анализ причин разрушения клиновых ремней

Добавлено 29.05.2014

 

Анализ характера эксплуатационных отказов ремней в различных приводах показывает, что элементы конструкции в большинстве слу­чаев разрушаются следующим образом:

для ремней кордшнуровой конструкции нормальных сечений ха­рактерно появление усталостных поперечных трещин оберточной ткани на нижнем основании ремня, развитие их в резину до несущего слоя с последующими вырывами участков слоя сжатия;

для ремней кордтканевой конструкции характерно развитие уста­лостных повреждений несущего слоя в виде поперечных трещин, пере­ходящих с нижних на верхние слои кордткани;

во всех типах ремней, особенно в ремнях узких сечений, наблю­даются износ к трещины оберточкой ткани на рабочих поверхностях, продольные трещины на уровне несущего слоя, приводящие к расслое­нию ремня;

для всех ремней (особенно для ремней ротационной вулканиза­ции) возможно удлинение больше нормативного, что связано обычно с нарушением технологии изготовления ремней.

Обертка ремня является в большинстве случаев местом зарожде­ния начальных усталостных повреждений, развивающихся в дальнейшем в глубь сечения. Исключение составляют, как было отмечено выше, трещины несущего слоя кордтканевых ремней [I].

Преобладание того или иного вида разрушения зависит от осо­бенностей конструкции ремня, способа его изготовления и условий эксплуатации. Решающее значение в появлении и развитии усталост­ных повреждений имеют в большинстве случаев циклические деформа­ции различных участков сечения, зависящие главным образом от уипа вулканизационного оборудования, диаметров шкивов, размеров сече­ния, расположения несущего слоя. Величины деформаций тем больше, чем больше искажен участок ремня в сравнении с ненапряженным сос­тоянием, зафиксированным в процессе вулканизации [з]. В связи с этим при одинаковых диаметрах шкивов и длинах ремней деформации резины слоя сжатия на шкиве будут наибольшими для ремней челюст­ной вулканизации, меньшими для ремней котловой вулканизации и ми­нимальными для ремней ротационной вулканизации. На прямых участ­ках ветвей между шкивами, наоборот, максимальными будут деформа­ции для ремней ротационной вулканизации и минимальными для челюст­ной.

Таблица 2

В табл. 2 даны формудн для оценки деформаций краевых точек по высоте сечения ремней, вулканизованных на различном оборудова­нии* Обозначение величин, входящих в формулы табл. 2, приведены ниже:

Размеры hp и hсж определяют по размерам h, bp, V, заданным соответствующим стандартом на ремни» Расчет показывает, что максимальные деформации сжатия на шкивах составляют 10-12%, а на участках обратного изгиба сечения на ролике вне контура деформации растяжения достигают

Рассчитанные по формулам табл. 2 деформации и начальные уста­лостные повреждения взаимосвязаны:

растягивающие деформации слоя растяжения на шкивах вызывают трещины слоя растяжения;

растягивающие деформации слоя сжатия на прямых участках между шкивами вызывают трещины резины слоя сжатия;

сжимающие деформации слоя растяжения на прямых участках между шкивами вызывают отслоение слоя растяжения, кроме ремней челюстной вулканизации;

сжимающие деформации слоя сжатия на шкивах вызывают продольные трещины оберточной ткани в месте наибольшего контактного давления на рабочих поверхностях на уровне несущего слоя /"4], так как рези­на слоя сжатия на шкиве стремится занять объем больший, чем позво­ляет нормальное оформление сечения, и ограниченная сверху несущим слоем, а сбоку канавкой шкива, деформирует нижнее основание рем­ня и оберточную ткань.

Для более равномерного распределения контактного давления мно­гие зарубежные фирмы освоили выпуск ремней с вогнутыми рабочими по­верхностями [5,б].

Анализ результатов проведенных расчетов показывает, что вен­тиляторные ремни нормальных и узких сечений работают в условиях наибольших деформаций, причем ремни нормальных сечений более склон­ны к образованию трещин резины слоя сжатия и отслоению слоя растя­жения, а ремни узких сечений - к продольным трещинам обертки на ра­бочих поверхностях на уровне несущего слоя и к трещинам слоя рас­тяжения. Приводные ремни в зависимости от способа вулканизации склонны либо к образованию трещин резины слоя сжатия и отслоению слоя растяжения (ротационная вулканизация), либо к продольным тре­щинам на рабочих поверхностях и трещинам слоя растяжения (челюст­ная вулканизация). Изложенная схема механизма разрушения хорошо со­гласуется с результатами анализа эксплуатационных усталостных повре­ждений ремней. Приведенные выше зависимости оценивают величину деформаций при работе ремня без нагрузки только за счет изгиба на шкивах и могут быть использованы при конструировании ремней, выбо­ре технологии изготовления и условий эксплуатации, исключающих развитие определенного типа дефекта.

Материал несущего слоя в большой степени оказывает влияние на величину добавочных растягивающих деформаций, связанных с переда­чей ремнем полезной нагрузки. На рис. 3 показано изменение растягивающих деформаций ξ для различных материалов несущего слоя ремня профиля "В" при передаче им окружного усилия в 50 даН. При­менение более высокомодульного кордшнура на основе полиэфира или кевлара снижает значение деформаций при пробеге ветвей ремня по контуру Δξ соответственно в 2 и 7 раз. Указанные деформации, согласно схеме (см. рис. 2), снижают деформации слоя сжатия, повы­шают деформации слоя растяжения на шкивах и деформации растяжения всего сечения на прямых участках ремня.

 Рис. 3

Передача ремнем полезной нагрузки (мощности), вероятно, ин­тенсифицирует перечисленные процессы разрушения, в первую очередь за счет повышения температуры сечения ремня в связи с трением (продольным и радиальным) о шкив, сопровождающим процессы скольжения на дуге охвата, и гистерезисными потерями при динамических де­формациях, а также повышает общий уровень деформаций. В реальной эксплуатации одновременно действует весь спектр разрушающих дефор­маций элементов ремня и проявляются в первую очередь усталостные повреждения наиболее слабых элементов. Ремни кордшнуровой конструк­ции, как было отмечено выше, более стойки к знакопеременным изгибным деформациям, хотя их разрывная прочность в 1,5-2 раза ниже тканевых ремней.

В общем случае механизм разрушения ремня модно представить следующим образом.

Вначале действующие деформации значительно меньше критичес­ких разрывных деформаций» приводящих к разрушению в наиболее опас­ных точках. Весь массив одинакового материала какого-либо элемен­та ремня обладает однородными прочностными свойствами.

При работе ремня происходит снижение критических разрывных деформаций, особенно на поверхности материала, в результате чего образуются начальные трещины, появление которых вызывает повышение максимальных (в вершине трещины) и снижение минимальных действую­щих деформаций при постоянстве средних значений на участках, со­размерных с линейным размером развивающегося повреждения.

Снижение разрывных деформаций материала связано главным обра­зом с процессами его старения. За счет внутренних процессов струк­турирования и деструкции эластические характеристики основного массива резины к моменту появления первых усталостных повреждений ремня мало меняются. Испытания образцов резины толщиной 2-3 мм, вырезанных из слоя сжатия вентиляторных ремней, к моменту развития трещин резины слоя сжатия (50-100 ч работы на стенде с передачей мощности по ГОСТ 5813-76) показывают, что их разрывные деформации и физико-механические показатели изменяются незначительно [I] (рис. 4).

Рис. 4

Определяющее значение имеют, очевидно, процессы поверхностно­го старения. Испытания образцов резины различной толщины после ста­рения при 100°С в течение 10 сут показывают, что коэффициент со­противления старению по разрывному удлинению

 

(где о 1 и о2 - разрывное удлинение до и после старения соот­ветственно) падает с уменьшением толщины' образцов (рис. 5), что объясняется увеличением доли ослабленных после старения погранич­ных областей в общей толщине образца. Как только разрывные дефор­мации поверхностного слоя сравняются с максимальными действующими деформациями, он начинает разрушаться. Появление первых трещин резко ускоряет процесс разрушения. В вершине трещины деформации и напряжения возрастают в несколько раз [7].

Рис. 5

Микроскопический анализ нижнего основания ремня 21x14-1303 котловой вулканизации с нанесенными на нем рисками с шагом " мм и шириной ~ 0,04-0,07 мм позволил приближенно оце- нить значение деформаций отдельных микроучастков поверхности нижнего основания ремня при деформировании его от кольцевого ненапряженного состояния до выпрямленного. При среднем значении деформа­ции растяжения 8Р = 4,3-4,6% деформации промазочной резины между нитями оберточной ткани составили 15-30%.

Таким образом, регулярное повышение деформации отдельных мик­роучастков на поверхности нижнего основания в соответствии со структурой оберточной ткани создает предпосылки появления на этих

участках начальных микротрещин. Максимальные значения деформаций растут пропорционально укрупнению структуры армирующего материала, в данном случае оберточной ткани. Важное значение имеет в этом случае и то обстоятельство, что оберточная ткань играет роль теп­лоизоляции. Разница температур в центре сечения ремня и на его поверхности Ю-20°С. Очевидно этим объясняется появление началь­ных дефектов во внутренних слоях оберточной ткани, контактирующих с основным массивом резины слоя сжатия. При этом трещины развива­ются сначала к наружным слоям обертки, а затем в местах наиболее крупных из них начинают расти трещины резины слоя сжатия в на­правлении несущего слоя.

Трещины нижнего основания ремня вначале развиваются преиму­щественна в центре его на месте нахлеста краев оберточной ткани. Шаг их соразмерен с шагом элементарных ячеек обертки (для ткани 0T-I ~ 0,5-1 мм). В конечном счете трещины в слое сжатия разви­ваются до несущего слоя с шагом t * 2ИСЖ и продолжают раз­виваться вдоль несущего слоя в направлении, противоположном направ­лению движения ремня. Соединение соседних трещин приводит к выры- вам участков слоя сжатия, и обрыв ремня может произойти на месте любой из трещин. Препятствовать появлению и развитию трещин можно, увеличивая значение начальных разрывных деформаций материала оберт­ки, снижая абсолютное значение фактических максимальных деформаций растяжения и сжатия за счет повышения равномерности материала в зоне наибольших деформаций, а также снижая коэффициент старения ре­зины, особенно резины для промазки оберточной ткани.

Обобщая основные представления о роли различных элементов рем­ня в обеспечении его работоспособности и на основании представлен­ной модели возникновения и развития усталостных повреждений при аботе ремня, можно отметить следующее.

В большинстве случаев прочностные характеристики применяемых в настоящее время материалов несущего кордшнурового слоя не опреде­ляют отказа ремня. Запас прочности кордшнура настолько велик, что обрыв ремня есть следствие предыдущего развития усталостных повреж­дений, сопряженных с кордом элементов конструкции ремня (резины слоя сжатия и эластичной резины).

Деформационные свойства кордшнура в сочетании с геометрически­ми параметрами передачи и силовыми нагрузочными факторами определя­ют деформации остальных элементов ремня, а вместе с ними и темпера­турные условия работы и кинетику старения, т.е. падение значений критических деформаций.

 

"Технология изготовления клиновых ремней кордшнуровой конструкции" В.А. Журов, В.В. Глушко, Т.В. Змичеревская

 

Фотогалерея

Новости

Поздравляем с 23 февраля!

День защитника Отечества...далее

График работы АО "НИИРП" в феврале

График работы в предпраздничные дни...далее

Изменение наименования

Учитывайте при оформлении документов...далее

Все новости >>


Мы в СМИ



Прямая связь с руководством

Вы можете отправить сообщение руководству компании.

Форма обратной связи

Вы можете отправить нам сообщение

ОАО НИИРП