Файл: Восстановительный ремонт шин..pdf

определяться не только температурой теплоносителя Гв и продолжи­ тельностью ее действия тв, а всем характером температурно-временной зависимости за цикл вулканизации. Суммарный эффект вулканиза­ ции можно представить в виде

т2

или численно — площадью под кривой интенсивность — время. Значение этой площади может быть найдено прямым планиметриро­ ванием или по формуле трапеций, а также с помощью специальных таблиц.

ключатель; 11 — проволочные термопары. •

Для вычисления интенсивности и эффекта вулканизации в раз­ ных слоях вулканизуемой шины необходимо экспериментально определить для соответствующих точек зависимость температуры от продолжительности нагревания.

Экспериментально зависимость температуры в разных слоях шины от продолжительности нагревания определяют следующим способом. При наложении шиноремонтных материалов в шину закладывают датчики температуры (термопары). Обычно термопары закладывают в полость варочной камеры (диафрагмы), между вароч­ ной камерой (диафрагмой) и покрышкой, между прослоечной резиной (если она применяется) и каркасом, между прослоечной резиной и протектором (или между протектором и каркасом в случае наложе­ ния протектора без прослоечной резины) и на поверхности протек­ тора. У шин, имеющих отремонтированный участок каркаса, термо­ пары дополнительно закладывают между пластырем и каркасом и в массив наполнительной резины в зоне ремонта (на уровне послед­ них слоев каркаса). При введении термопары в шину необходимо, чтобы спай термопары точно располагался в выбранных для замеров точках. Для этого его закрепляют резиновой ленточкой, промазан­

274

ной клеем. Свободные концы термопар выводят через вырез в борто­ вой части формы. Термопары подключают к многоточечному потен­ циометру по схеме, показанной на рис. V III.1. Температуру в каж­ дой точке замеряют через каждые 5 или 10 мин. Затем графически изображают зависимость температура — время или непосредственно интенсивность вулканизации — время и вычисляют эффекты вул­ канизации, как указано ниже. Определив эффект вулканизации Е{ для некоторой точки или слоя изделия (протектора, прослойки,

(точке) изделия, от продолжительности вулканизации. Из условия равенства эффектов вулканизации находят продолжительность вул­ канизации

при выбранной постоянной температуре Тп (эквивалентное время вулканизации), обеспечивающую получение резины с теми же свой­ ствами, что и при экспериментально наблюдавшемся нестационар­ ном температурном режиме в рассматриваемой точке изделия. Сопоставляя полученное значение эквивалентного времени вулкани­ зации тэ с известной зависимостью свойств соответствующей резины от продолжительности вулканизации, определяют, обеспечивает ли данный нестационарный режим достаточную степень вулканизации резиновой смеси, использованной для ремонта изделия в данной точке.

Пример. Определим эффект вулканизации и эквивалентное время для слу­ чая, приведенного на рис. VIII.2. Расчет ведем по формуле трапеций:

Е = + -іі+ -І2 + • • « +

где Ат — интервал времени между двумя последовательными замерами темпера­ туры; I 0, /j, 1 2 — интенсивности вулканизации для соответствующих интервалов времени. Принимая единицу интенсивности вулканизации равной 0,125 см, а интервал времени Ат = 5 мин в масштабе 0,25 см, можем рассчитать эффект вулканизации:

Е — 0,03125 (0+0,25 + 0,3 + 0,4+1,0+1,5 + 2+ 3+ 8 + 20+32 +

+ 44 + 54 + 58 + 54 + 60+ 60 + 12+ 1 + 0,2) = 0,03125 • 413,7 = 12,9 см2

где 0,03125 — масштабный коэффициент, получаемый как произведение мас­ штабов интенсивности и времени, а в скобках приведены соответствующие зна­ чения интенсивности.

При температуре 143° С интенсивность вулканизации составит около 20 ед. Учитывая принятый масштаб, получим І ш = 2,5 см.

Тогда

1?9

г ш = ^ - = 5 , 1 5 см тЭКв, 14 3 = 5,15-20= 103 мин

Однако замеры температур непосредственно в шине сравнительно трудоемки и длительны. Получаемые результаты не всегда воспроиз­ водимы из-за возможных в производстве колебаний пйраметров теплоносителей и других нестабильных условий вулканизации. Поэтому в последнее время для оценки температурного режима в различных слоях вулканизуемой шины находят все более широкое распространение экспериментально-расчетные и расчетно-аналити­ ческие методы. Экспериментально-расчетные методы состоят в исполь­ зовании электроили гидромоделирования процесса. При проведении

Рис. VIII.2. Построение кривой продолжительность — интенсивность вулканизации.

аналитических расчетов температурного поля в восстанавливае­ мых шинах вводят ряд упрощений, вытекающих из специфики их вулканизации.

Особенность вулканизации восстанавливаемой шины состоит в том, что отсутствует необходимость свулканизовать все ее элементы (в частности, неповрежденную часть каркаса и зону борта). При рас­ четах принимают, что при вулканизации вновь наложенного про­ тектора у шин, не имеющих сквозных повреждений каркаса, обогрев может быть осуществлен только со стороны пресс-формы (преиму­ щественно по коронной части). При вулканизации шин, имеющих сквозные повреждения каркаса, обогрев должен быть двусторон­ ним (со стороны пресс-формы и варочной камеры или диафрагмы).

Считают, что вулканизация восстановленных шин происходит практически при одномерности теплового потока. Это допущение

276

правомерно для восстанавливаемых шин (с учетом отмеченной выше особенности их вулканизации), поскольку в этом случае радиус кривизны вулканизуемого слоя протекторной ленты намного больше его толщины. Например, для восстанавливаемой шины диаметром 600 мм при толщине наложенного протектора 15 мм отношение ра­ диуса кривизны к толщине вулканизуемого слоя равно 20, в то время как для новой шины с радиусом кривизны профиля 100 мм при сред­ ней толщине стенки 30 мм это отношение равно всего лишь 3.

При расчетах протектор восстанавливаемой шины представляют как бесконечную пластину в случае двустороннего подвода тепла или как полуограниченное тело — в случае одностороннего. По­ скольку резина в пресс-форме находится в непосредственном кон­ такте с нагретыми металлическими поверхностями, принимают, что температура поверхности наложенного протектора в начале цикла вулканизации сразу становится равной температуре теплоносителя и остается постоянной до конца процесса нагревания (tw — const, граничное условие 1-го рода). В зависимости от значения критерия Фурье (Fo), характеризующего нестационарный тепловой поток

вина толщины нагреваемого слоя), аналитический расчет темпера­ турного поля в вулканизуемой восстанавливаемой шине произво­ дится двумя способами. При малых значениях критерия Фурье (Fo < 0,05), что соответствует случаю практически одностороннего подвода тепла, относительный прирост температур математически равен дополнению до единицы интеграла вероятностей Гаусса:

2

к моменту времени т; t w — температура поверхности; t 0 — начальная темпера­

тура в данной точке.

Значения Ѳ = erfc (z) для различных значений z приведены в математических справочниках. Зная значения Ѳ, легко опреде­ лить t из соотношения;

При значениях критерия Фурье Fo ^ 0,25 нагревание протекает аналогично нагреванию тела, ограниченного с двух сторон (беско­ нечной пластины). В этом случае относительный прирост температур может быть выражен следующими формулами:

я2

Л

277

ратура t меняется во времени и оказывается тем меньше по сравне­ нию с tw, чем меньше продолжительность нагревания т и чем больше расстояние х от обогреваемой поверхности.

При остальных одинаковых условиях т, t0, tw. ^ темпера­

тура t тем ниже, чем меньше температуропроводность а нагреваемой резины. Температура t станет равной tw, когда отношение --— ~

будет равняться 1. Если выразить в процентах это отношение, на­ звав его долей начальной разности температур (tw—10), то влияние температуропроводности резины на продолжительность нагревания центра пластины получается таким, как это показано на рис. V III.4.

Расхождение между экспериментальными и теоретическими кри­ выми изменения температуры в восстанавливаемой шине для одного итого же значения критерия Фурье находится в пределах 10%, что связано в основном с влиянием теплового эффекта вулканиза­ ции (тепловыделения). Тепловой эффект сильнее проявляется по мере увеличения расстояния от поверхности шины.

В заводской практике для приближенной экспресс-оценки общей продолжительности вулканизации восстанавливаемых шин (в мин),

где К — коэффициент, характеризующий скорость прогрева резины и завися­ щий от температуры вулканизации, рецептуры резины и других факторов, мин/мм; S — толщина вулканизуемого слоя, мм; т0 — время, необходимое для вулканизации нагретого слоя, мин.

Применение этого уравнения основывается на том, что изотермы, в том числе при 130—150 °С, соответствующие распространению «фронта вулканизации» по толщине протектора, удовлетворительно выражаются прямыми линиями (рис. V III.5). Установлено, что для нагревания до 130—145 °С слоя протекторной резины толщиной в 1 мм необходимо в среднем 5—7 мин (К = 5—7 мин/мм). При­ бавляя к времени, затрачиваемому на прогрев протектора, время, необходимое для вулканизации уже нагретого слоя, находят общую продолжительность вулканизации.

Пространственно-временное распределение температур в вулка­ низуемой восстанавливаемой шине в значительной степени зависит от способов теплопередачи. Тепло может передаваться шине: через металлическую поверхность пресс-формы, обогреваемую паром или электричеством; соприкосновением с насыщенным паром, подаваемым непосредственно в вулканизационный котел, где находится шина; соприкосновением с горячей варочной камерой или диафрагмой,

2 7 8

обогреваемой перегретой водой (водой, нагретой под давлением до температуры выше 100 °С) либо насыщенным паром.

Тепловой поток (количество тепла, проходящее через определен­ ную площадь в единицу времени) для стационарного режима тепло­ передачи от теплоносителя через пресс-форму или через варочную камеру (диафрагму) к шине может быть рассчитан по следующей формуле:

аX

где q — удельный (приходящийся н а единицу площади) тепловой поток; Тп — температура теплоносителя (пара); Т р — температура на поверхности вновь наложенного протектора; К — коэффициент теплопередачи; а — коэффициент теплоотдачи от пара к пресс-форме (варочной камере); б — толщина прессформы (варочной камеры); X — коэффициент теплопроводности пресс-формы (варочной камеры).

Рис. VIII.5. Изотермы вулканизации покрышек размера 260—20:

a — при одностороннем обогреве (1 — 70 °С; 2 — 90 °С; 3 — 100 °С; 4 — 120 °С; 5 — 135 ”С);

б — при двустороннем обогреве (1 — 80 °С; 2 — 100 °С; 3 — 120 °С; 4 — 135 °С).

Таким образом, в любой момент времени при данной разности температур между паром в рубашке пресс-формы и шиной тепловой поток будет пропорционален коэффициенту теплопередачи. Поскольку значения толщины пресс-формы заданы, тепловой поток будет зависеть от коэффициентов а и L

В начальный период нагревания в результате интенсивного

непрерывного удаления конденсата при дальнейшем нагревании коэффициент теплоотдачи увеличивается до 10 000—14 000 ккалДм2-

• ч-°С). По мере повышения температуры пресс-формы он сни­ жается вначале до 2000—4000 ккалДм2-ч-°С), а затем до 500— 1000 ккалДм2-ч- °С). Коэффициент теплоотдачи резко снижается даже при небольшом содержании в паре воздуха (1% воздуха сни­ жает а на 60%), при наличии влаги в паре, наличии конденсата в паровой рубашке пресс-формы и т. д.

На изменения коэффициента теплоотдачи от пара к варочной камере (диафрагме) влияют те же факторы. Значения коэффициента теплоотдачи значительно повышаются при циркуляции пара, обеспе­

280