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

Распродажа приводных ремней!

Приводные ремни по сниженным ценам!...далее

Распродажа надувных лодок!

Скидка 50%...далее

Виброизоляторы - остатки

Виброизоляторы резинометаллические...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