Файл: Потураев, В. Н. Резина в горном деле.pdf

55

арматуру. Различные масла и топлива могут вызывать набухание резины, что в конечном итоге приводит к уменьшению ее прочност­ ных свойств. Воздействие повышенной температуры при этом увеличивает вспучивание РТИ. Если конструкцию нельзя защи­ тить от воздействия масла, следует использовать специальные маслостойкие резины. Озон, как уже указывалось выше, вызы­ вает трещины в поверхностном слое резины и коррозию метал­ лических частей. Для защиты от озона на резиновую поверхность можно наносить специальные лаки. Металлическую арматуру следует латунировать и затем покрывать озоностойкими лаками. Эти методы пригодны для предохранения от морской воды, агрес­ сивных шахтных вод, солевых растворов и других химически активных сред.

Вспучивание резиновой детали может произойти также от чрез­ мерных механических нагружений. Появляющиеся при этом усталостные трещины, особенно в динамическом режиме эксплуа­ тации, могут привести к быстрому разрушению изделия. Повы­ шенная температура и агрессивная среда обычно ускоряют про­ цесс разрушения. В подобных случаях деталь необходимо пере­ проектировать.

Появление на поверхности резинового массива усталостных трещин не всегда свидетельствует о скором разрушении изделия. Трещины могут появляться в самом начале эксплуатации в местах с повышенной концентрацией напряжений, увеличиваться до опре­ деленной длины и затем прекращать свой дальнейший рост. Окон­ чательное разрушение резины наступает через длительный про­ межуток времени, измеряемый иногда годами непрерывной экс­ плуатации. Так, в резинометаллических элементах сдвига (см. рис. 9, д), работающих при многократных циклических нагрузках, в местах стыка резина — металл уже через 500—600 ч наработки появляются трещины, растущие в диагональном направлении. Быстрый рост их вначале со временем замедляется. Детали с такими трещинами имеют ресурс 10 000—15 000 ч и выходят из строя от усталостного разрушения. Характерно, что усталостные трещины зарождаются в центре резиновой поверхности и распро­ страняются в массиве. Появившиеся в местах стыка трещины не служат очагами разрушения. Их появление связано с местным перенапряжением и может быть устранено при проектировании конструкции. Закругленная форма боковой поверхности практи­ чески исключает появление подобных трещин.

2. РАСЧЕТ РЕЗИНОВЫХ ДЕТАЛЕЙ

Ниже рассмотрен расчет резиновых изделий, получивших наибольшее распространение в горной промышленности. При изложении этого материала авторы ограничились приведением

56

лишь конечных выражении, позволяющих определять зависи­ мость сила — деформация при известных механических парамет­ рах материала.

Расчет деталей простой формы

Ктаким деталям обычно относят элементы с прямоугольным

ицилиндрическим сечением и геометрически простой формой свободной поверхности. Многочисленные экспериментальные ис­ следования показывают, что условия соединения торцовых поверх­

ностей РТИ с металлическими опорными плоскостями сущест­ венно влияют на характер их деформирования. Поэтому при рас­ чете зависимости сила — деформация для таких деталей следует

т и я . На первом этапе расчета таких деталей для учета эффекта торцов использовался метод введения некоторого условного модуля упругости Еу, присущего не материалу, а рассматривае­ мой конструкции в целом. Величина этого модуля зависит не только от модуля упругости резины Е и условий на торцах, но и от соотношения между размерами образца. Влияние последнего принято оценивать так называемым фактором формы Ф. Понятие о факторе формы было введено Е. Гебелем [85, 86] и в дальней­ шем развито в работе В. Н. Потураева [46], где для натурных РТИ приведен большой экспериментальный материал.

В качестве фактора формы в большинстве случаев принимают отношение площади основания детали, соприкасающейся со сжи­ мающими плоскостями, к площади ее боковой поверхности.

Величина условного модуля Еу может быть найдена из соот­

арматурой и скольжение между ними отсутствует; %^ 0 — если опорные поверхности резины и сжимающих плит гладки и хорошо

6 ^ 2 [46].

Формула (З.Г) удобна тем, что с ее помощью и при известном Еу можно сравнительно просто определять жесткость детали. Так, для изделий цилиндрической и прямоугольной формы выра­ жение для жесткости имеет вид

EyF

г -- ---£_•

5Т

д л я у се ч е н н о го к о н у с а с р а д и у с а м и о с н о в а н и й г г и г 2 н в ы с о т о й h

пЕуГ^я

пЕуГ^'ъ ’

для усеченной пирамиды со сторонами аи Ъг и а2, 2, высотой h при а

с— a^bi) Еу

где F — площадь поперечного сечения; P — деформирующая сила. Эффект торцов при деформировании РТИ может быть учтен также с помощью некоторого коэффициента, вводимого в формулу зависимости сила — осадка. В этом случае справедливо соотно­

шение [7]

где р — коэффициент, зависящий от условий на торцах и формы изделия (так называемый коэффициент ужесточения); А. = (h —

— A)/h — степень сжатия детали, Fa — начальная площадь осно­ вания детали; Е — модуль упругости резины.

Для резиновых изделий простой формы величина коэффици­ ента р может быть получена аналитическим путем. Так, если рези­ новый элемент с закрепленными торцами имеет цилиндрическую форму радиусом г и высотой h, то осадка элемента под действием силы Р составляет

где G — модуль сдвига, а коэффициент может быть определен как

кУТ

Г

h V 6

Гг

Если резиновый элемент имеет прямоугольную форму со сто­ ронами основания а и Ъ(а > Ъ) и высотой h, то его осадка может быть найдена из выражения

38

З д есь

1 48 (1+ т)2—т))

fc2

(т)' + (1-Г))2

коэффициент р при этом определится как

4 (1-1-112—п)

3 1- ah tg-ah

Величина ц представляет собой параметр, зависящий от соот­ ношения между величинами а, Ъи h резиновой детали. В случае, когда а = Ъ, д деформация в направле­ нии осей, перпендикулярных к действу­ ющей нагрузке, симметрична, коэффициент

ц= 0,5.

Впоследнее время для расчета РТИ получил распространение метод, разрабо­ танный Э. Э. Лавенделом и его учениками [16—19], [29—321. Этот метод основан на предположении линейной теории упругости и теории энергии формоизменения дета­ лей в процессе их деформирования. Так,

Жесткость полого амортизатора с внутренним радиусом г2, наружным гх и высотой h определяется из выражения

c = |- = 4)7 5 p »(l-a * )(l + a * + ^ = ^ ) C r 1;

h »

5&