УДК 620.22
ИСПОЛЬЗОВАНИЕ ПЛАСТМАСС КАК АЛЬТЕРНАТИВЫ МЕТАЛЛИЧЕСКИМ МАТЕРИАЛАМ В ГОРНОМ ОБОРУДОВАНИИ.
К., преподаватель
В., студентка группы ГО-073 ГУКузГТУ
Актуальность:
По многим прочностным характеристикам пластмассы давно стали заменителями металла, а по ряду свойств (стойкости к различным средам, диэлектрическим и другим) они существенно превосходят металлы. Несмотря на это их применение в производстве горного оборудования весьма ограничено.
Цель:
проанализировать преимущества пластических материалов перед металлическими
Задачи:
· Рассмотреть какие пластмассы уже применяются в горном машиностроении;
· Выявить по литературным источникам деформационные, прочностные свойства пластмасс, сравнить их с аналогичными свойствами металлов;
· Сделать выводы о возможности использования пластмасс вместо металлов и их сплавов.
Таблица 1. Применение пластмасс в горном машиностроении:
Материал | Область применения |
Наполненный полиэтилен низкого давления, наполнители – сажа, TiO2. Поликапролактам Полипропилен Стеклопластик, армированный износостойкой сталью Стеклопластик с покрытием каучукоэпоксидным герметиком Стеклопластик (стекложгутовая ткань ЖСТ, связующее – смола ПН-1) Полиамиды, фторопласты Стекловолокниты анизотропные, изотропные Стеклопластики Капролактам с наполнителями: сажа, графит Древпресскрошка на основе фенолформальдегидной смолы с пропиткой веретенным маслом; полиамиды, винипласты, фторопласты, стекловолокниты Поливинилхлорид, полиамиды Полиэтилен Капрон, нейлон Поливинилбутираль, полиэтилен высокого и низкого давления, полиамиды (поликапролактам и др.), полипропилен, полиуретан и другие термопласты Полиамид, полиформальдегид, стекловолокнит, поликарбонат, нейлон с наполнителем из дисульфида молибдена Полистирол, поропласты Винипласт Асбоволокнит, асботекстолит Полиэтилен, полихлорвинил, фторопласт Термопластичный полиуретан ВИТУР –ТМО533-90 | Корпусные детали шахтных головных светильников. Рабочие колеса шахтных центробежных насосов, корпусные детали аккумуляторов шахтных электровозов. Рабочие колеса насосных оросительных установок Углеcпускной рештак Водоотливные трубы Обшивка железнодорожного грузового полувагона; кабина, детали воздухопровода, корпус вентилятора и другие детали торфяного комбайна Подшипники скольжения, применяемые в электровозах, пластинчатых питателях, шаровых мельницах, приводных и натяжных станциях ленточных конвейеров, центробежных насосах, буровых агрегатах; уплотнения Скипы, трубы для эксплуатации глубоких скважин, шахтная крепь Кожухи редукторов шахтных электровозов, шахтные вагонетки Вкладыши подшипников скольжения угольных, горнорудных, торфяных машин (шахтные оросительные насосы, лебедки, конвейеры и пр.), не испытывающие ударных нагрузок Ролики ленточных конвейеров, роликоопоры ленточных конвейеров роторных экскаваторов Огнестойкие транспортные ленты Трубы, корпуса рудничных ламп, каски и фляги; лопатки элеваторов, работающих на обогатительных фабриках в агрессивной среде Лопасти вентиляторов Тонкослойные покрытия ручек, маховиков, кронштейнов, труб и соединительных частей к ним, подшипников, втулок, муфт и других деталей машин и оборудования Зубчатые и червячные колеса (в редукторах электросверл, в открытых передачах приводов камнедробилок) в быстроходных передачах для снижения шума, а также в обогатительном оборудовании как антимагнитные и антикоррозийные детали, работающие в абразивной среде Теплоизоляция труб Вентиляционные системы Тормозные колодки, диски сцепления Электроизоляция Уплотнения силовых гидроцилиндров проходческих комбайнов |
Таблица 2.Сравнительные характеристики металлических сплавов и пластмасс:
материалы | Предел прочности при растяжении, МПа |
Металлические сплавы Литейные стали 08ГДНФЛ 25Л Хладностойкие стали 15Л 15ГЛ 15ГСЛ 15ХГСЛ 15ХГСМЛ Коррозионно-стойкие стали 08Х17Т(0Х17Т) 2Х18Н4Г5Д 12Х18Н9Т (Х18Н9Т) Низколегированные термически обработанные стали 10Г2С1 14Г2АФД 10ХНДП 15ХСНД 10ХСНД 17ГС Деформируемые алюминиевые сплавы Амг3 Д1 Д16 АВ В95 Алюминиевые литейные сплавы АЛ2 АЛ4 АЛ9 АЛ7 Деформируемые латуни (отожженные) Л62 ЛАЖ60-1-1 ЛАН59-3-2 ЛЖМц59-1-1 ЛО90-1 ЛС60-1 Литейные латуни (литье в земляные формы) ЛЦ38А1Ж1Л ЛЦ38Мц2С2 ЛЦ40С1 ЛЦ23А6Ж3Мц2 Пластмассы
Стеклотекстолит КАСТ-В (ГОСТ 10292-62) Стеклопластик СВАМ (СТУ 12249-61) Стеклопластик прессовочный АГ-4 марка С Пластик древеснослоистый ДСП-Б | 450 450 413 476 490 510 534 505 640 500 430 550 480 500 530 500 190 410-480 440-520 220 540-600 180 220 220 260 330 450 380 450 280 370 380 250 215 600 230 450 500 220 |
Пластмассы немногим отличаются от металлов по пределу прочности на растяжение, что показано в таблице. Некоторые свойства пластмасс превосходят свойства металлических сплавов стойки к различным средам, в том числе не подвержены коррозии. Пластмассы являются диэлектриками. Они обладают повышенной, по сравнению с металлами, усталостной прочностью при работе в воде.
К материалам, применяемым для изготовления деталей горных машин, предъявляется целый ряд специфических требований:
· Стесненность рабочего пространства в подземных условиях требует изготавливать детали небольших габаритов;
· Высокие нагрузки, возникающие в узлах забойных машин, требуют изготовления деталей, способных выдерживать высокие статические, динамические и циклические нагрузки;
· Абразивность среды в условиях как подземных, так и открытых разработок требует применения деталей горных машин с высокой износостойкостью;
· Агрессивность среды (температура, состав шахтных вод, шахтная атмосфера) – способствует коррозии металла, в результате ежегодно теряется 15% металла.
Выполнение всех этих требований ведет к удорожанию материала за счет введения в состав этих сталей легирующих элементов из дорогостоящих тугоплавких металлов(Ti, Cr, Mo, W и др.)
Применение полимерных материалов – композиционных, обеспечивающих более высокий предел прочности, предел выносливости, более высокую удельную прочность, модуль упругости, меньшую склонность к трещинообразованию, чем у обычных материалов, позволяет существенно снизить материалоемкость, так как удельная прочность у композиционных материалов в 2,5 раза больше, а коэффициент использования материала в 1,8 раза больше, чем у стали.
Полимерные материалы применяются в качестве элементов индивидуальных крепей очистных забоев. Цилиндр изготавливают из металлопластиковой трубы, внутренней деталью которой является труба из дюраля Д16Т. На трубу наматывается стеклопластиковая оболочка из стеклоткани, волокна которой пропитаны эпоксифенольнобутварным связующим на основе клея БФ-4, фенольной 214 и эпоксидной ЭД-6 слоя. Нижняя опора стойки – пята, изготавливается из спрессованного стеклопластика АГ-4С. Жесткие верхняки для крепления кровли очистных забоев при узкозахватной выемке угля на пластах мощностью свыше 1,7м при работе с гидростойками, сопротивлением не более 2кН изготавливают из стеклопластика АГ-4СН.
Широкое применение получили композиционные полимерные материалы в качестве крепления и улучшения состояния горных выработок. Клеевые композиционные материалы применяют для герметизации пористых сварочных швов оборудования. При ремонте шахтных компрессоров полимерные клеи используются для восстановления дефектов в стеках цилиндров – усадочных раковин, трещин, уменьшения размеров детали и др. В качестве основы полимерного композиционного клея применяются эпоксидированая наволочная смола горячего отверждения типа УП-643, изометилтетрагидрофталевый ангидрид и ускоритель – триметиламинометилфенол. В зависимости от характера дефектов и условий работы деталей в клей вводят наполнители – металлический порошок, графит, алюминиевую пудру и др.
Таблица 3.Предел прочности при растяжении композиционных материалов с неметаллической матрицей.
материал | Предел прочности при растяжении, МПа |
Стекловолокнит Карбоволокнит (КМУ-1л) Бороволокнит (КМБ-1м) Органоволокнит (с эластичным волокном) | 80-500 650 1300 100-190 |
В горном машиностроении и горном деле композиционные материалы применяются и должны найти применение для деталей фрикционного и антифрикционного назначения, бурового инструмента (коронок), деталей конвейеров, комбайнов, электродов, электроконтактов.
Список литературы:
Материаловедение и технология металлов. Под ред. Г. П. : Высшая школа., 2007.-862с. Материаловедение в горном машиностроении. Учебное пособие М: изд-во Московского государственного горного университета, 2000.-272 с.
Основные порталы (построено редакторами)