» » Расширение области применения изделий из полимерных композиций

Расширение области применения изделий из полимерных композиций

31.08.2016

Проводники шахтных подъемных установок из армированных пластиков

Кроме описанного ранее применения в шкивах трения шахтных подъемных машин полимерные композиции могут с эффектом использоваться и для создания строительной части установок, в частности элементов армировок шахтных стволов. В обычном исполнении армировка шахтных вертикальных стволов изготавливается из стандартного стального проката и весьма металлоемка (0,5 т на 1 пог. м среднего ствола).
Из-за водопритоков и агрессивности шахтной среды, а также высоких динамических нагрузок, возникающих при высоких скоростях и ускорениях подъема сосудов, такие армировки сравнительно быстро выходят из строя, а их замена связана с большими капитальными затратами и остановками стволов. Ворошиловградским машиностроительным институтом (ВМИ) (Н.Г. Цой, А.В. Колесников) разработана конструкция и технология изготовления двух типоразмеров коробчатых проводников из стеклопластиков: I типоразмер — сечение 160x160 мм, длина 4,2 м, толщина стенки 12 мм; II типоразмер — сечение 170х170 мм, длина 3,8 м, толщина стенки 20 мм.
Процесс формирования стеклопластикового коробчатого проводника осуществляется методом намотки стекложгута Ж-1 или ЖСНК-1,25 на жесткую разборную металлическую оправку. В связующее на основе полиэфирной смолы вводятся добавки, понижающие горючесть материала.
Исходя из анализа действующих на проводники нагрузок, схема армирования назначена в виде однонаправленной продольной укладки стеклонаполнителя (60—70% от общей толщины изделия) и подкрепляющих поперечных слоев. Основную нагрузку в процессе работы воспринимают продольные слои, поэтому стекловолокна в этом направлении укладываются без нахлестки друг на друга, строго прямолинейно. Такая технология обеспечивается использованием в конструкции оправки двух пар гребенок — натяжных и распределительных, расположенных попарно с каждого конца оправки. Для придания изготовленному изделию правильной формы поперечного сечения и получения гладкой рабочей поверхности применяется специальное приформовочное устройство, которое укрепляется на готовом проводнике перед его термообработкой.
Разработанные ВМИ схемы стыковки проводников и их крепления к расстрелам шахтного ствола обеспечивают требуемую надежность в эксплуатации: стеклопластковые проводники испытаны на статическую прочность, ударную и вибрационную нагрузки, коррозионную стойкость. Испытания показали, что разрушающей нагрузкой для проводника длиной 4,2 м является усилие P = 28 кН; истирание в месте удара составляло до 1 мм; знакопеременная нагрузка с амплитудой от 1 до 3 т не разрушала проводник до 500 тыс.циклов, что соответствует 5—7 годам эксплуатации; прочность в условиях воздействия агрессивных (кислых и щелочных) сред по сравнению с нормальными условиями снизилась не более чем на 10%.
Таким образом, применение высокопрочных коррозиестойких стеклопластиков для изготовления элементов армировок вертикальных шахтных стволов позволяет не только снизить вес армировки и сэкономить большое количество металла, но и существенно повысить ее долговечность в условиях динамического режима работы.
Синтетические конвейерные ленты

За рубежом и в последнее время на наших шахтах находят широкое применение конвейерные ленты, изготовленные с применением полимерных материалов. В угольной промышленности Англии применяются ленты, основа которых (пряжа) содержит около 40% найлона или терилена; срок службы такой ленты в 4 раза превышает долговечность ленты на хлопчатобумажной основе.
Конвейерная лента с покрытием из фенопласта (фирма «Феннер», Англия) успешно работает в условиях низких (до -18° С) температур.
На шахтах США применяют конвейерные ленты из износостойкого материала — неопрена, а также поливинилхлорида. В Чехословакии используют три вида лент с использованием синтетических материалов: резиновые ленты с полиамидной основой; полихлорвиниловые ленты с хлопчатобумажной основой; полихлорвиниловые ленты с полиамидной основой.
На угольных шахтах ФРГ находят применение конвейерные ленты на основе полихлорвинила. Такие ленты обладают высокой водостойкостью, а их срок службы составляет около 5 лет.
Для угольной промышленности нашей страны выпускаются конвейерные ленты на основе поливинилхлорида (ПВХ). Проведенные ДонУГИ обследования показали, что средний срок службы конвейерных лент из ПВХ в 1,6 раза выше, чем бельтинговых. Такое же превышение долговечности зафиксировано на шахтах Саарского угольного бассейна в ФРГ.
Полимерные композиции в узлах трения горных машин

Исследования и опыт работы показывают, что при правильном, научно обоснованном подходе к выбору полимерной композиции изготавливаемые из них подшипники, втулки, уплотнения и другие элементы узлов трения механизмов и машин оказываются не только дешевле применяемых из баббита, бронзы и других металлов, но и долговечнее их. НИИОГРом (Г.В. Вильчик, В.А. Бабурин) на основании проведенных исследований разработаны конструкции и технология изготовления из полимерных композиций деталей узлов трения вскрышной техники открытых работ — экскаваторов Э-3, ЭКГ-4, ЭКГ-8, ЭШ-10/60 и др.
Анализ условий работы и нагрузочно-скоростных режимов подшипников скольжения экскаваторов и крупногабаритных деталей типа втулок позволил рекомендовать для их создания полиамиды П-68, АК-80/20, АК-85/15, АК-7, капроновые и другие композиции, обладающие высокими антифрикционными свойствами, необходимыми физико-механическими свойствами, высокой технологичностью. Испытания втулок из полиамидных смол, проведенные в условиях промышленной эксплуатации, показали принципиальную возможность использования их в узлах трения экскаваторов вместо бронзовых. Износостойкость полиамидов в 2—3 раза выше, чем бронзы и латуни. Износ валов и осей, сопряженных с полиамидными втулками, уменьшается в 5—6 раз.
Использование полиамидов (особенно наполненных графитом, дисульфидом молибдена и т. п.) в узлах трения с легким нагрузочно-скоростным режимом работы позволяет исключить полностью или частично смазку пар трения при эксплуатации, что значительно снижает трудоемкость техобслуживания экскаваторов.
Втулки из полиамида АК-85/15, наполненного 1,5% дисульфида молибдена были установлены, например, в ролики экскаваторов СЭ-3 и ЭКГ-8И. Натяг при монтаже был принят 1,5—1,6 мм. Втулки работали в паре со стальными осями, закаленными до твердости Rс 55. Смазочные отверстия были заглушены. Для сравнения на некоторых экскаваторах с экспериментальными роликами были оставлены и ролики обычной конструкции, которые регулярно смазывались.
После года эксплуатации износ втулок составил в среднем 0,5 мм, обычных роликов — 1 мм. Заметного износа стальных осей, работавших в паре с полиамидными втулками, не обнаружено. После двух лет зазор в паре ось — втулка составил 3—3,5 мм.
Таким образом, при монтажном зазоре 2 мм (для экскаватора СЭ-3) износ втулок составил 1 — 1,5 мм, осей — практически не наблюдался (0,1 мм и менее). Отверстия роликов обычной конструкции износились в среднем на 4—7 мм, некоторые оси износились до шпилек крепления, и зазор в сопряжении составил 7—30 мм.
Проведенные НИИОГРом работы позволили выявить ряд узлов трения экскаваторов, где принципиально возможно применение вместо традиционных материалов (бронзы, латуни) полиамидных смол. Кроме роликовых кругов, детали из полиамидов успешно работали, например, в ходовых механизмах экскаваторов СЭ-3, ЭКГ-4, ЭКГ-4,6. Полиамидные смолы в качестве заменителей выбраны с учетом технологических особенностей.
Из полиамидных композиций вместо бронзы и латуней НИИГРом рекомендовано выпускать крупногабаритные втулки для многих узлов оборудования экскаваторов: опорных колес, бортовых редукторов, ведущих валов, натяжных колес, опорноповоротных кругов, седловых подшипников, муфт предельного момента.
Эффективность замены цветных металлов полиамидными складывается из следующих составляющих:
- снижения стоимости материала (объемная стоимость полиамидных смол в 3,5—4 раза ниже стоимости бронзы и латуни);
- снижения трудоемкости изготовления деталей;
- экономии материала вследствие меньших припусков на механическую обработку (коэффициент использования материала возрастает с 0,6-0,7 до 0,7-0,8);
- снижения износа сопряженных валов и осей.
В ряде случаев использование полиамидов, наполненных дисульфидом молибдена, графитом в узлах трения с легким нагрузочно-скоростным режимом (например, в роликовом круге), позволяет исключить смазку пар трения во время эксплуатации, снизить затраты на техобслуживание экскаватора, уменьшить простои, а следовательно, повысить производительность, улучшить условия труда машиниста экскаватора.
Опыт работы по изготовлению деталей из полиамидных смол показал (по данным НИИОГРа), что экономический эффект от применения в узлах трения экскаваторов 1 т полиамидных деталей вместо бронзовых составляет 10—12 тыс. руб. Использование всех возможностей пластамасс, широкое применение их в узлах трения позволит экономить цветные металлы, увеличить износостойкость узлов.
Подшипники из пластмасс находят эффективное применение также в зарубежной угольной промышленности. В ФРГ при флотации шламов благодаря применению пластмассовых подшипников из полиамидного листового материала удалось значительно упростить и, следовательно, удешевить всю систему подшипников импеллерного вала. Экономия от применения 144 подшипников из пластмассы вместо чугунных на обогатительной фабрике шахты «Геттельборн» превысила 8 тыс.марок.
С внедрением пластмассовых подшипников улучшилось решение не только проблемы износа, но и проблемы смазки. Пластмассовые подшипники смазывают только один раз — при установке на подвижной поверхности.
Полимерные композиции в элементах деталей машин, инструментов, емкостей, средств защиты, электроприборах и гидроаппаратах

В инструментах, мелких изделиях, электро-, гидро- и пневмоприборах полимерные композиции в виде пластмасс (винипласт, гетинакс, текстолиты и т. д.) начали широко применяться еще в довоенные годы. С тех пор во многих деталях они навсегда вытеснили цветные и черные металлы и другие ранее применявшиеся материалы неорганического характера (стекло, мрамор и пр.). Основным условием для применения в подземных выработках шахт является минимальная способность накопления статических зарядов и обеспечение их отвода в землю (заземление). С этой целью, в частности, пластмасса со всех сторон заключается в металлический корпус.
Производство мелких деталей, приборов и средств защиты из полимерных композиций широко освоено как специализированными предприятиями, так и ремонтными заводами отдельных ведомств и производственных объединений горнодобывающих отраслей промышленности. Например, заводами Донбасса, Кузбасса и других бассейнов освоен выпуск из полимерных материалов емкостей инертной пыли и воды для пылеводяной завесы горных выработок при возникновении пожароопасного состояния. Такие емкости (корыта) изготавливаются из ударопрочного полистирола, а в Кузбассе — из углепласта, описанного ранее. Ежегодно изготавливается свыше 1 млн. таких сосудов.
В качестве средств защиты изготавливаются шахтерские каски из ударопрочного поликарбоната и его сополимеров, стеклопластиков и других полимеров, корпуса светильников и аккумуляторных батарей, водозащитная одежда горнорабочих на основе лавсанового полотна 2ПР-2, покрытого поливинилхлоридной пленкой, защитная обувь, пищевые канистры и др.
На предприятиях Донбасса для применения на угольных шахтах освоено изготовление деталей электроснабжения и оборудования: кабельных тройниковых муфт из аминопласта МФ-27, кнопок управления и заглушек электроаппаратов из полиамида-12, корпусов дросселя из стеклопластика АГ-4С, изоляторов из аминопласта ДО-2. Для создания взрывоопасного электрооборудования: реле учетки УДКА, блоков фильтровой защиты, магнитных пускателей, корпусов приборов для контроля движения буровых машин и др. — применяют термостойкие реактопласты различных марок. Корпуса различной электроаппаратуры, штепсельные разъемы и троллеедержатели шахтных электровозов изготавливаются из различных пресс-материалов, стеклопластиков, полистирола.
Применяемые на шахтах электрические кабели и провода для искробезопасных установок, а также оболочки для защиты от механических повреждений кабелей и проводов и защиты от прикосновения к контактному проводу изготавливаются от поливинилхлорида. Для удобства эксплуатации в шахтных условиях и защиты от повреждения кабелей и шлангов в Гипроуглемаше разработан укладчик гибких магистралей. Его перемещение производится по стальным направляющим желобам, секции которых жестко прикреплены к забойному ковейеру.
Расширение области применения изделий из полимерных композиций

На рис. 15.1 показан узел траковой цепи укладчика, в состав которой входят два шланга 1 и 6 водопровода для орошения забоя, плоский силовой кабель 7 и кабель управления 8, направляющий желоб 2 и скрепляющие болты или винты 3. Соединение гибких магистралей осуществляется через каждые 100—120 см при помощи двух взаимно скрепляющих звеньев 4 и 5, изготавливаемых литьем из стали или чугуна.
Конструкция кабелеукладчика с металлическими цепями трудоемка в обращении, а расход металла составляет до 30 т на 1 км цепи. С целью экономии металла, облегчение веса и улучшения условий эксплуатации траковых цепей гибких коммуникаций в ИГД им. А.А. Скочинского проведены работы по изысканию рациональных заменителей металла. Скрепляющие звенья имеют сквозные выточки по форме охватываемых кабелей и шлангов.
Основные эксплуатационные требования, предъявляемые к скрепляющим звеньям траковых цепей: стойкость на удар и на истирание при перемещении по желобу. Скрепляющие болты во избежание их истирания углублены в корпус звена на 2—3 мм. Другое достоинство этого углубления — предохранение от случайного искрения при ударе головки болта о поверхность металлического желоба.
Задача замены черных металлов решалась анализом класса пластмасс, переработку которых можно осуществлять прессованием или литьем под давлением (штамповкой) в металлических формах. Для проведения экспериментальных исследований принят стеклопластик АГ-4В, из которого прессованием изготовлена опытная партия скрепляющих звеньев в количестве 200 шт. Лабораторные испытания материала звеньев на истирание проводили на машине трениями МИ-2. Взвешивали образцы до и после истирания на аналитических весах с точностью ±0,001 г.
Промышленные испытания звеньев на устойчивость к износу и ударам производили непосредственно на гибкой магистрали. Для изготовления звеньев литьем в специальных формах опробованы также распространенные термопласты — полиэтилен низкого давления (ПЭВП), полипропилен, ударопрочный полистирол.
Детали шахтной гидроаппаратуры в основном также изготавливаются из полимерных материалов. В процессе разработки ИГД им. А.А. Скочинского стеклопластиковой гидростойки индивидуальной крепи элементы клапанов и распределителей, отвечающих тробваниям работы на водно-масляной эмульсии, было предложено изготавливать из полимерных композиций — поликарбоната, полиформальдегида и ДАК-8 (сополимера фторопласта-4).
Предприятиями угольной промышленности освоен выпуск из полимерных материалов многих элементов шахтного гидрооборудования: уплотнительных колец, седел, фильтров для гидрокрепей и врубовых машин, масленок, клапанных вставок, шлангов, соединителей и пр.
Применение монтажных уплотнений из эластичного полиамида-68, исключающего необходимость точной механической обработки, позволило решить задачу повышения надежности работы гидростоек механизированных крепей МК-67, МК-100.
Во ВНИИгидроугле (Р. Н. Жамилов) разработан надежный и экономичный способ выполнения полимерных блоков в гидроаппаратах, включающих несколько функциональных элементов: распределителей, клапанов, дросселей и т. п. Вместо трудоемкого изготовления блоков из стальных отливок, требующих высокопрецизионной работы по соединению каналов гидрокоммуникаций, предложен весьма простой и технологичный способ, основанный на применении реактопластов.
Сущность предложенного способа заключается в следующем. Функциональные элементы гидрооборудования (гидрораспределители и пр.) заранее устанавливаются на монтажном столе в наиболее выгодных позициях.
Гидравлическая связь элементов осуществляется посредством гибких трубок в соответствии со схемой гидроаппарата. Гибкие трубки проводят по кратчайшему расстоянию с обеспечением минимальных поворотов потока жидкости при движении от одного элемента к другому. Концы трубок с уплотнительными узлами вставляются в соответствующие отверстия функциональных элементов. Межэлементное пространство заливают жидкой пластмассой с последующим отверждением для образования корпуса блока. При таком исполнении внутренние стенки гибких трубок могут иметь практически гладкую поверхность, так что сопротивление трения сводится к минимуму.
Вторым примером таких гидроаппаратов является распределительный блок системы трубопроводов для гидравлических установок, в котором используются закладываемые в форму проводящие элементы из гибких шлангов или трубок, соединенных необходимым образом криволинейно. Применение такой технологии позволяет резко снизить металлоемкость, улучшает технологичность изготовления, предупреждает коррозию элементов, повышает надежность и точность работы гидроблоков, уменьшает стоимость изготовления и увеличивает межремонтные сроки.
Кроме описанных направлений, полимерные композиции нашли широкое применение для изготовления многих вспомогательных элементов горно-шахтного назначения:
- футеровок рештаков и бункеров;
- полимерных покрытий различных емкостей, канатов, сеток;
- рукояток отбойных и бурильных молотков;
- отклоняющих и направляющих роликов монорельсовых дорог;
- пленок в качестве упаковочных и предохранительных материалов;
- банок для отбора арбитражных проб;
- амортизаторов вагонеток;
- пластмассовых забойников для BB;
- труб, прокладок, уплотнителей, клапанов, шариков, скребков и многих других изделий.