Статьи»Технология изготовления клиновых ремней кордшнуровой конструкции»Основные требования к материалам для клиновых кордшнуровых ремней

Основные требования к материалам для клиновых кордшнуровых ремней

Добавлено 30.05.2014

 

Анализ патентной информации и образцов ремней ведущих зару­бежных фирм, а также результаты отечественных исследований пока­зывают, что основными направлениями повышения эксплуатационных ха­рактеристик и ресурса клиноременных передач являются повышение модуля на растяжение и изгибостойкости несущего слоя, прочности связи материалов несущего слоя с резиной, сопротивления старению и разрастанию усталостных повреждений материалов ремня; увеличение Яаркасности сечения ремня в поперечном направлении при одновремен­ном сохранении либо снижении сопротивления изгибу в продольном на­правлении, а также сцепления ремня со шкивом.

Указанные требования следует учитывать при выборе материала для изготовления клиновых кордшнуровых ремней.

Модуль несущего сдоя на растяжение - главный фактор, опреде­ляющий работоспособность и тяговые свойства клиноременной передачи. При работе передачи натяжение ведущей ветви увеличивается и соот­ветственно уменьшается натяжение ведомой ветви (см. рис. I), и при пробеге по контуру каждая точка ремня испытывает переменные натяже­ния при переходе с одной ветви на другую. Модуль (растяжимость) не­сущего слоя определяет как уровень деформаций, так и их предельное значение и в конечном счете деформации и долговечность всех ос­тальных элементов ремня.

Таблица 3

За последние 15-20 лет намечены тенденции к повышению модуля несущего слоя. В 60-х годах хлопчатобумажный корд заменен полиамид­ным, в середине 70-х годов большинство зарубежных фирм перешло на полиэфирный либо высокопрочный вискозный кордшнур, а в настоящее время все большее распространение получает корд на основе арамидных волокон [8-10]в особенно для высоконагруженных передач. Сравнитель­ные деформационные и разрывные характеристики перечисленных материа­лов приведены в табл. 3 и на рис. 6 [II,12].

Рис. 6

Повышение модуля несущего слоя (см. рис. 3) существенно снижа­ет абсолютную величину деформации сечения рейня на растяжение и из­менение деформаций сечения при его пробеге по контуру передачи. Наи­более выгодно, с этой точки зрения, применять для несущего слоя кордшнур типа "кевлар" или другого класса арамид. Однако использо­вание подобного материала ограничено в настоящее время из-за его высокой стоимости и технологических трудностей, связанных с отсутст­вием тепловой усадки.

Одним из способов повышения модуля кордшнура на основе поли­амидных и полиэфирных волокон является термическая обработка под натяжением с последующим охлаждением в напряженном состоянии [13]. Обычно этот процесс совмещают с пропиткой кордшнура. Однако сте­пень термовытяжки необходимо согласовывать с технологическим пове­дением кордшнура в заготовке ремня при ее вулканизации на барабан­ных формах. В процессе термовытяжки и термостабилизации кордшнура при пропитке фиксируется его напряженное состояние. При последую­щем нагревании шнура в процессе вулканизации происходит усадка, ртепень которой определяется термовытяжкой и начальным модулем на растяжение. Оптимальное соотношение роста модуля пропитанного кордшнура и его тепловой усадки определяется природой волокна и элас­тическими свойствами резины слоя сжатия. В связи с незначительной вязкостью резина эластичного слоя не оказывает заметного сопротив­ления усадке кордшнура при вулканизации. Сопротивление усадке кордшнура при вулканизации определяется вязкостью размягченной невул- канизованной резины слоя сжатия. Как показала практика, для пропи­танных шнуров на основе полиэфирных волокон тепловая усадка более 3,5$ искажает прямолинейность расположения витков в сечении ремня при серийных резинах слоя сжатия. Повысить сопротивление усадке кордшнура можно, повышая вязкость резины под кордшнуром. Одним из вариантов является применение под кордшнуром одного-двух слоев по­перечно закроенной резины с волокнистым наполнителем, ориентирован­ным поперек сечения. На рис. 7 показано расположение витков поли­амидного корда с тепловой усадкой ~ 5% в образцах плоских коль­цевых пластин с использованием под кордшнуром серийной резины и поперечно закроенной резины с волокнистым наполнителем. Снижение тепловой усадки кордшнура до значения < I% приводит (при недоста­точной термовытяжке) к увеличению эксплуатационного удлинения рем­ней, особенно в отсутствие стабилизации после вулканизации (охлаж­дения в напряженном состоянии, например, на вулканизационном бара­бане). Кроме того, тепловая усадка кордшнура улучшает условия формования резины слоя сжатия, создавая дополнительное давление на массив резины под кордшнуром, что также способствует повышению прочности связи кордшнура с резиной сдоя сжатия. В этом случае применение нового типа сверхвысокомодульных кордшнуров типа арамидных технологически затруднено. Для свободной посадки заготовки ремня в гнезда барабанной пресс-формы их длина обычно на 0,5-1% больше длины готового ремня. Б случае применения арамидных корд­шнуров, не имеющих тепловой усадки, после формования заготовки (например, с помощью диафрагмы) при вулканизации происходит мест­ное искажение расположения корда. В процессе работы ремня в этом месте развиваются усталостные повреждения, приводящие к отказу ремня.

 Рис. 7

Наиболее оптимальными физико-механическими и технологически­ми свойствами обладает полиэфирный кордшнур,который в настоящее время широко применяется большинством зарубежных фирм [14, 15].

Показатель прочности связи неоущего слоя с основным массивом резины является важнейшим фактором, обеспечивающим монолитность ремня, возможность совместной работы разномодульных материалов. Пе­реход с хлопка.на синтетические волокна потребовал принятия допол­нительных мер по обеспечению прочности связи. Для полиамидных во­локон применяется латеконо-резорцинформальдегидная пропитка. Для пропитки полиэфирных волокон совместно с латексно-резорцинформаль- дегидными составами должны применяться высокоактивные соединения, среди которых наибольшее распространение получили изоцианаты [18,19]

Необходимый уровень прочности связи определяется контактными усилиями на границе раздела кордшнур - резина, направленными по ка­сательной к окружности на дуге охвата.

Наиболее распространенным методом оценки прочности связи в го­товом изделии является метод испытания на расслаивание. В этом слу­чае показатель прочности связи оценивается усилием, приходящимся не сантиметр ширины образца. При испытании на прочность связи необхо­димо анализировать характер расслоения шнуров. Когезионный характер расслоения (по резине) свидетельствует о недостаточной когевюнной прочности эластичной резины или недостаточной прочности связи с ос­новной резиной. Иногда при недостаточной адгезионной связи резины ср шнуром в образцах ремней наблюдается кажущееся повышение прочности связи в случае навжвки кордшнура с некоторым вазором между витками, что при работе ремня приводит к быстрому отделению витков шну­ра от резины и к расслаиванию, несмотря на сравнительно высокие показатели прочности связи.

Важным показателем, дополнительно- характеризующим эксплуата­ционные свойства ремня, является температуросеоЙкость по адгезион­ней прочности связи кордшнура с резиной либо по когеэионной проч­ности эластичной резины. Как известно, ремни при эксплуатации мо­гут нагреваться до значительной температуры за счет гистерезисных потерь в резине, скольжения различных частей рабочих поверхностей ремня на дуге охвата по канавке шкива, условий теплообмена с окру­жающей средой и других факторов. Например, один из наиболее нагру­женных ремней - вариаторвый ремень снегохода "Буран" нагревается во время выхода на форсированный режим до 110 -180°С. На рис. 8 представлены результаты сравнительных испытаних двух вариантов ремней на прочность связи при расслоении с использованием различных ревии эластичного слоя при 20 и 100°С. В этом случав следует отдать предпочтение резине с более низкими начальными показателями проч­ности связи из-за ее более высокой температуростойкости, что под­тверждается результатами стендовых испытаний.

Рис. 8

Важное значение в формировании адгезионной прочности связи имеет вязкость эластичной резины при температуре вулканизации, определяющая возможность проникания разогретой резины в развитую структуру кордшнура, причем чем меньше вязкость резины, тем луч­ше условия затекания ее между волокнами, обеспечивающие максималь­ную площадь контакта и конечный показатель адгезии. С другой сто­роны, чем больше модуль вулканизованной резины, тем большая коге- зионная прочность, а следовательно, и меньшие граничные деформа­ции обеспечиваются в готовом ремне. Исходя из этого следует, оче­видно, стремиться к увеличению отношения максимального и минималь­ного крутящих моментов на вулканизационной кривой, снятой на рео­метре Монсанто (рис. 9). Модуль эластичной резины должен быть мак­симально приближен к модулю резины слоя сжатия, так как установле­но, что усталостная выносливость многослойных резиновых систем, составные части которых отличаются условным напряжением при удли­нении, резко снижается [20].

Рис. 9

Важными показателями эластичной резины, определяющими экс­плуатационные свойства ремня, являются удлинение при разрыве и из­менение его после старения. Для обеспечения технологичности перера­ботки смеси необходимо контролировать время подвулканизации резины [21].

Анализ некоторых зарубежных образцов показал, что часто элас­тичный слой в конструкции ремней отсутствует. В этом случае необ­ходимая прочность связи обеспечивается увеличенным содержанием клея, нанесенного на шнур в процессе сборки викеля или предвари­тельной обработки.

Резина слоя сжатия является одним из наиболее ответственных элементов конструкции ремня, обеспечивающим взаимодействие силово­го элемента ремня с рабочими поверхностями канавок шкивов. Высо­кая силовая нагруженность при сохранении хорошей деформационной способности определяет довольно сложный и порой противоречивый комплекс требований к этой резине и ее исходным компонентам.

Если ранее применяли резины на основе натурального, бутадиенового, изопренового, бутадиен-стирольного, бутадиен-нитрильного кау- чуков, то в настоящее время перечисленные каучуки в зарубежном про­изводстве сохраняются только для ремней,работающих в сравнительно легких условиях эксплуатации. Возросшие требования к силовым и ско­ростным характеристикам клиноремекных передач в сочетании с дру­гими специфическими особенностями эксплуатации обусловили широкое применение хлоропреновых каучуков, наиболее удовлетворяющих потре­бителей [22].

В отечественной промышленности практически все ремни выпускают с применением резины на основе хлоропренового каучука (либо его комбинаций с другими каучуками), обеспечивающего работоспособность ремней в диапазоне температуры от -40 до +60°С. Исключение состав­ляют ремни, работающие в условиях пониженной температуры (до -60°С), в которых используют резины на основе сочетания изопреноього и бу­тадиенового каучуков. Однако эти ремни обладают пониженной тепло­стойкостью (до 40°С) и маслобензостойкостью. Для морозостойких ремней, сохраняющих удовлетворительную тепломаслобензостойкость, при­меняют морозостойкий хлоропреновый каучук наирит М, обеспечивающий работоспособность ремней до -50°С.

В ремнях повышенного качества за рубежом широко применяют полихлоропрен типа GRТ, имеющий отличную стойкость к кристаллизации и хорошую клейкость по сравнению с другими типами полихлоропренов.

Резина слоя сжатия по своему функциональному назначению долж­на обладать определенными свойствами: максимальным модулем в попе­речном направлении, хорошей стойкостью к знакопеременным деформа­циям и низким модулем в продольном направлении.

К наиболее важным технологическим характеристикам резины слоя сжатия относятся подвулканизация и конфекционная клейкость каланд- рованной резины. Показатель подвулканизации определяет возможность качественного каландрования резины и обеспечения ее технологичнос­ти на всех стадиях дальнейшей переработки. Конфекционная клейкость определяет монолитность сердечников ремней и технологичность их обработки при резке викеля, на стадии скашивания и обертки. Для оперативной оценки конфекционной клейкости разработаны несложные приборы, позволяющие контролировать этот показатель непосредствен­но на стадии технологической переработки резины [24]. Также следу­ет контролировать модуль при растяжении, твердость вулканивата и вязкость незулканкзованной смеси при Ю0°С. Практически эти показа­тели взаимосвязаны и характеризуют способность резины противостоять усилиям, действующим на нее со стороны шкива либо несущего слоя. Однако вязкость в больвшй степени характеризует технологичность ре­зины на стадии вулканизации, способность ее оформлять монолитное се­чение при воздействии усилий формования и прессования. Важным пока­зателем для обеспечения работоспособности кйрдшнурового ремня яв­ляется температуростойкость резины слоя сжатия. Долговечность рем­ня определяется, как следует иэ схемы возникновения и развития ус­талостных повреждений, условиями?и интенсивностью старения резины и уровнем ее начальных показателей. Эти свойства следует контроли­ровать в первую очередь по относительному удлинению при разрыве, коэффициенту старения по этому показателю, по теплообразованию и вы­носливости при знакопеременном изгибе, а также сопротивлению разрас­танию трещин.

Наиболее удачным техническим решением, обеспечивающим достиже­ние оптимального соотношения поперечной жесткости и продольной гиб­кости кордшнурового ремня, является применение в слое сжатия двух типов резин [25]. Слой резины, на который опирается несущий сдой, содержит 10-30 мас.ч. волокнистого наполнителя, ориентированного по­перек сечения. Ориентация волокон наполнителя происходит в каландро­вом вазоре при листовании резины, после чего резину раскраивают под углом 90°. Обычно от 1/4 до 1/2 высоты слоя сжатия (под несущим сло­ем) занимает резина с волокнистым наполнителем, остальная часть ре- зины слоя сжатия имеет пониженный модуль и повышенную деформацион­ную способность. Изменяя толщину слоев и свойства резины, можно соз­давать конструкции ремней, наиболее приспособленные к работе в различных условиях эксплуатации.

В качестве волокнистых наполнителей используют природные (хлопковые либо целлюлозные), химические и минеральные волокна [2б]. Наибольшее применение в резинах для кордшнуровых клиновых ремней получили натуральные и химические волокна типа очесов, от­ходы искусственного меха, текстильной и целлюлозно-бумажной про­мышленности, резиноволокнистые наполнители из* отходов прорезинен­ных тканей из хлопковых и вискозных волокон [27].

За рубежом широко применяют волокнистые наполнители типа сантовеб-волокна древесной целлюлозы [28,29], обработанные специаль­ными адгезионными составами.

В настоящее время в отечественной промышленности разработан специальный волокнистый наполнитель на основе рубленого вискозно­го волокна с латексно-резорцинформальдегидной пропиткой [30], благодаря которой помимо повышения адгезионных свойств волокна уменьшается трудоемкость изготовления резиновых смесей и улучшает­ся распределение наполнителя в полимерной матрице.

Один из основных показателей резины с волокнистым наполните­лем - анизотропия свойств резины в продольном и поперечном направ­лениях. Чем выше анизотропия, тем эффективнее достигается оптималь­ное соотношение свойств ремня, определяемых резиной слоя сжатия. Для оценки степени анизотропии резины с волокнистым наполнителем предложен метод определения отношения модулей при малых удлинениях образцов вулканизатов, измеренных вдоль и поперек направления ка­ландрования. Установлена линейная связь между модулем резины слоя сжатия в направлении вдоль каландрования и модулем поперечной жест­кости ремня [30,31].

Тенденция к поднятию несущего слоя в сечении ремня уменьшает высоту слоя растяжения. В связи с этим роль слоя растяжения в обес­печении тяговой способности ремня снижается. Все большее распрост­ранение за рубежом получают Конструкции ремней с прямыми участками на рабочих поверхностях выше несущего слоя, в которых слой растя­жения вообще не имеет контакта со шкивом [32]. В таких ремнях мож­но снизить требования к показателю прочности связи слоя растяжения с кордшнуром, так как слой растяжения не участвует в передаче по­лезных усилий. Незначительная толщина резины слоя растяжения и сравнительно низкий уровень ее деформаций позволяют использовать в слое растяжения резину, аналогичную резине слоя сжатия. Существуют нструкции ремней, в которых с целью повышения каркасности ремня сличена жесткость слоя растяжения введением одного или нескольких слоев косозакроенной оберточной ткани либо поперечнозакроенной безуточной кордткани [33].

Резиновая смесь для промазки оберточной ткани препятствует воздействию на остальные элементы конструкции ремня и главным об­разом на резину слоя сжатия агрессивных факторов окружающей среды (паров бензина, масел и др.). Следует учитывать, что при вулкани­зации и последующем тепловом старении резин на основе хлоропрено- вого каучука выделяется хлористый водород, понижающий физико-ме­ханические показатели оберточной ткани [34]. В связи с этим про- мазочная смесь должна содержать ингредиенты, нейтрализующие хло­ристый водород, такие, как оксид магния, мел и др. Обычно прома- зочкая резина содержит оптимальное соотношение минеральных напол­нителей и технического углерода средней активности.

Установлено [35], что комплекс свойств промазочных резин для клиновых ремней, определяющих их долговечность, наиболее ха­рактеризует отношение произведения исходного относительного удли­нения и удлинения после старения к их разности. -Также важны пока­затели набухания в стандартной жидкости и прочности связи с мате­риалом обертки.

Обертка, с одной стороны, придает ремню каркасность и монолит­ность, лучшую устойчивость на шкивах и предохраняет рабочие поверх­ности от износа, а с другой - является основной причиной развития дефектов резины слоя сжатия [36,37]. Для обеспечения монолитности и износоустойчивости ремня оберточные ткани должны иметь хорошую адгезию к резине и высокую стойкость к истиранию. Для обеспечения симметрии нагружения отдельных элементов обертки по периметру рем­ня оберточная ткань при ее раскрое под углом 45° должна быть рав­нопрочной и иметь одинаковую растяжимость по основе и утку.

Известно применение различных по толщине и структуре тканей для ремней узких и нормальных сечений, вариаторных ремней [88,39]. Описано применение тканей с разрывным удлинением в одном направле­нии до 200% - эластичных, полуэластичных и трикотажных полотен [38, 40,41], а также тканей с различным углом между основными и уточны­ми нитями [42], что позволяет не производить раскрой их под опреде­ленным углом. Однако такие ткани не нашли широкого применения. В основном для обертки используют хлопчатобумажные ткани полотняного переплетения толщиной 0,4-1,5 мм, с примерно одинаковой плотностью нитей по основе и утку. Известно применение комбинированных тканей на основе хлопка с содержанием капроновых волокон в виде штапеля до 20% [43]. В настоящее время обертку серийных клиновых ремней проводят наложением в продольном направлении ленточек из прорези­ненной ткани, закроенных под Определенным углом [44].

Для повышения деформационной способности обертки применяют ткани с плотностью нитей в направлении утка в 7-10 раз меньше, чем в направлении основы, при этом прочность нитей основы значительно превышает прочность нитей утка. В этом случае обертку проводят с расположением нитей основы под углом 90° к продольной оси ремня [39] (рис. 10), что не нарушает каркасность сечения в поперечном направлении и значительно увеличивает гибкость в продольном направ­лении.

Рис. 10

Как было показано, существенное увеличение нагрузки на витки кордшнура имеет место даже при небольшом отклонении от прямолиней­ности его расположения. В связи с этим нельзя располагать стык оберточной ленточки на верхнем основании кордшнурового ремня. При обертке сердечника в две ленточки искажения усугубляются. Нахлест оберточной ткани на нижнем основании исключает искажение расположе­ния кордшнура, однако место нахлеста краев ткани служит обычно ис­точником развития начальных дефектов обертки [37].

В [45] предложен способ обертки заготовки ремня двумя ленточ­ный, позволяющий исключить нахлест оберточной ткани на нижнем ос­новании. Обертку первой ленточкой проводят по трем сторонам без обертки верхнего основания, второй ленточкой - по четырем сторонам с нахлестом, равным ширине верхнего основания. Однако этот спо­соб требует точного соблюдения ширины оберточной ленточки (колеба­ния ширины не более ±0,3 - 0,5 мм) и стабилизации ее натяжения.

Существует способ, полностью исключающий обертку нижнего ос­нования, что приводит к значительному замедлению развития трещин резины слоя сжатия [Зб]. Однако в связи с тем что оберточная ткань не замкнута по периметру, такие ремни, особенно кордшнуровой конструкции, имеют повышенную чувствительность к различным откло­нениям от соосности и параллельности шкивов, что может привести к выворачиванию их на шкивах.

В табл. 4 представлены основные требования к материалам для клиновых ремней, которые могут быть взяты за основу при разработ­ке конструкций, соответствующих по работоспособности и долговечнос­ти современному уровню.

Таблица 4

 

"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