Пластмассовые детали направляющих поверхностей гидравлических крепей

В данной конструкции обратная связь проявляется только при достижении крутящим моментом значения, необходимого для деформации специальных упругих втулок. Благодаря применению принципа обратной связи АСПУ-2М по сравнению с обычными фрикционными муфтами имеет повышенные точность и скорость срабатывания и высокую стабильность величины предельного момента. Была приложена внешняя нагрузка, вызвавшая импульсное нагружение системы, нараставшее на участке (1 до значения Мпр в точке 4. Время нарастания момента до значения Мпр на участке с? составляет около 0,02 с. За 0,01 с происходил сброс нагрузки до значения М'. На участке е между точками 4 и 5 проходило гашение избы-

точной кинетической энергии системы, причем процесс гашения избыточной энергии системы соответствует конструктивным особенностям АСПУ. Из осциллограмм видно, что заброс момента АМ = Мпр - М' составляет в нашем случае около 0,15Мпр. В

точке 6 произошло опрокидывание электродвигателя и в точке 7 - отключение системы.

Промышленная партия АСПУ-2М, встроенных в комбайны 1К-101, прошла шахтные испытания, показавшие их высокую экономическую эффективность. По результатам шахтных испытаний принято решение об изготовлении автоматизированных сцепных предохранительных устройств для комбайнов 1К-101 и 2К-52.

ПЛАСТМАССОВЫЕ ДЕТАЛИ НАПРАВЛЯЮЩИХ ПОВЕРХНОСТЕЙ ГИДРАВЛИЧЕСКИХ КРЕПЕЙ

ВЭНЬЧЖЕЯН, д. т. н., проф. Сианьского научно-технического института КНР

ВНИИПТуглемашем совместно с Друж-ковским машиностроительным заводом с целью повышения надежности деталей, снижения трудоемкости и стоимости изготовления, а также экономии цветных металлов проводятся научно-исследовательские работы по созданию пластмассовых облицовок направляющих поверхностей гидравлических устройств крепи М-87Д.

Трущиеся детали гидравлической стойки и домкрата крепи М-87Д испытывают значительные контактные нагрузки, находясь в среде масла индустриального 20.

В результате опускания и смещения кровли стойка грузоподъемностью 65 т изгибается значительной силой. Например, для стойки II типоразмера общая сила, изгибающая стойку, составляет 8650 кг (по данным Дружковского машиностроительного завода). Для той же стойки под влиянием нагрузок верхняя точка плунжера опускается на 100 мм по вертикали и на 16 мм по гори-

зонтали, при этом ось плунжера занимает положение, обозначенное пунктиром (см. фигуру). Максимальное значение изгибающего момента, действующего на сочленение плунжер - цилиндр в сечении 1-1, составляет 1,27 х Ю5 кгхсм.

Грундбукса и поршень домкрата нагружены меньше, чем аналогичные детали стойки. Однако при заштыбовке подвижного соединения цилиндра домкрата с конвейером возможно появление значительных радиальных нагрузок на грундбуксу и поршень.

При разработке конструкций втулки гидростойки и грунд-буксы домкрата с использованием полимерных материалов исходили из наметившейся в отечественной и зарубежной практике тенденции к применению тонкостенных пластмассовых вставок, запрессованных в стальную обойму.

При создании конструкций плунжера стойки и поршня домкрата использовался

опыт Узловского машиностроительного завода, применяющего кольца из поликапро-лактама.

С учетом условий работы в качестве материала для вставок втулок и грундбукс был выбран капролит. Наряду с довольно высокими механическими показателями, капролит обладает тем преимуществом, что из него можно получать крупногабаритные заготовки методом свободного литья без трудоемких и дорогостоящих литьевых форм, что делает этот материал весьма удобным для проведения экспериментальных работ.

Учитывая, что поликапролактам является дефицитным материалом для колец плунжера и поршня были выбраны полиамиды АК-80/20 и П-68.

Конструкция направляющей втулки состоит из стальной обоймы, полимерной вставки толщиной 2 мм, запрессованной в обойму, упорного кольца и винтов. Конструкция втулки исключает перемещение пластмассовой вставки за счет давления жидкости, а также в результате набухания материала. Если вставка при набухании будет удлиняться свободно, то она воздействует на уплотнительный элемент, нарушая в определенных условиях его работоспособность.

Рис. Схема нагружения предельно раздвинутой стойки М-87Д в наихудших условиях работы: Q, F - горное давление; Я -усилие сопротивления резинового буфера; М\, М2- моменты трения в опорах

Техническая характеристика капролита

Удельный вес, г/см3 1,14-1,15

Предел прочности, кГ/см2:

при изгибе 1200-1500

при растяжении 800-850

при сжатии 1000-1100

Удельная ударная вязкость, кГсм/см2 Не менее 100

Твердость по Бринеллю, кГ/мм2 21 -25

Модуль упругости при изгибе, кГ/см2 30000

Водопоглощение, %:

за 24 ч 1,5-2

максимальное 5—6,15

Коэффициент трения по металлическому диску 0,19

Удлинение при разрыве, % 6-20

Усадка материала при полимеризации и кристаллизации в форме, % 3-6

В случае применения манжетного уплотнения удлиненная вставка вызывает отгибание рабочей кромки уплотнителя от штока, в результате чего нарушается герметичность узла. При использовании кольцевого резинового уплотнения, особенно с защитными шайбами, удлинение вставки в меньшей степени влияет на нарушение герметичности. Для надежного удержания пластмассовой вставки во втулке предусмотрено крепление с помощью упорного кольца и винтов, так как в условиях охлаждения (-50 °С) возможно выпадание вставки из металлической обоймы. При увеличении температуры посадка восстанавливается.

В средней части вставки предусмотрена проточка, играющая роль компенсатора. В конструкции грундбуксы домкрата вставка закрепляется винтами за буртик.

Для стендовых испытаний были изготовлены следующие опытные детали гидро-крепи М-87Д с применением полимерных материалов:

втулка стойки с тонкостенной капро-литовой вставкой;

втулка стойки с покрытием из эпоксидного компаунда;

плунжер стойки с полимерными (из полиамидов П-68 и АК-80/20) кольцами;

грундбукса домкрата с тонкостенной капролитовой вставкой;

грундбукса домкрата с тонкостенным покрытием из порошка полиамида П-68;

поршень домкрата с капроновыми кольцами.

Втулка с покрытием из эпоксидного компаунда и грундбукса с покрытием из порошка П-58 были введены в программу испытаний с целью проверки их работоспособности.

Полимерные вставки соединялись с металлическими стаканами посадкой с натягом (ГОСТ 11710-66) или посадкой на клею.

Покрытие рабочей поверхности втулки стойки эпоксидным компаундом производилось центробежным методом: порошок полиамида П-68 наносился вибрационновихревым способом. При этом толщина полимерного покрытия рабочей поверхности

втулки составляла 1 мм. грундбуксы домкрата - 0,6-0,7 мм.

Для увеличения адгезии полимерного материала к металлу внутренняя поверхность грундбуксы перед напылением подвергалась дробеструиванию. обезжириванию и фосфатированию. Внутренняя поверхность втулки обрабатывалась с чистотой УЗ и обезжиривалась. Капролитовые детали вытачивались из блоков.

Полиамидные кольца монтировались на плунжер в горячем состоянии после разогрева в масле (индустриальное 20) до 80 °С. Эксперименты показали, что технологически монтаж колец осуществляется наиболее просто в случае, когда проточки на плунжере на 7-10 % шире колец.

Цель стендовых испытаний состояла в выявлении работоспособности различных вариантов конструкций опытных деталей гидростоек и гидродомкратов, выполненных с применением полимерных материалов. Стендовые испытания опытных деталей гидростоек и гидродомкратов проводились на стендах отдела испытаний СКБ Дружков-ского завода.

Испытательный стенд для деталей гидростоек представляет собой жесткую сварную конструкцию, состоящую из рамы, плиты основания, нагружающей стойки, качалки, буфера и испытываемой стойки. Нагружающая стойка обеспечивает вертикальную нагрузку на стойку 65-66 т, создавая давление жидкости в поршневой полости стойки 320-330 кГ/см2. Скорость движения плунжера 1-2,4 см/мин. Рабочий ход плунжера стойки составлял 90 мм. В нижнем положении плунжера стойка упиралась в металлическую стенку буфера, в результате чего создавалось боковое усилие.

Стенд для испытания деталей гидродомкратов представляет собой жесткую раму, в которой закрепляется гидродомкрат. На конце штока домкрата подвешивается груз 300 кг, создающий давление на испытываемые детали. За счет системы переключения шток домкрата автоматически мог совершать возвратно-поступательное движе-

ние. Цикл испытаний заканчивался проверкой на герметичность.

Стендовые испытания по всем типам деталей показали хорошие результаты, кроме покрытия на П-68 для грундбуксы, которое скалывается и отслаивается. Деформаций капролитовых вставок и эпоксидного покрытия, царапин, вмятин на рабочей поверхности втулок и колец не наблюдалось. Износ капролитовых вставок не превышал 0,025-0,03 мм.

Кинетика изменения диаметров, вставок и колец в процессе испытания определяется двумя встречными процессами: износом материала и его набуханием в среде.

В ходе испытаний наилучшие результаты показали втулки и грундбуксы с тонкостенной капролитовой вставкой.

Для промышленных испытаний были изготовлены 56 стоек и 28 домкратов.

Гидростойки с пластмассовыми деталями устанавливались в лаве по 1; 2; 3 и 4 штуки подряд, чередуясь с серийными. После годовой эксплуатации производилась контрольная разборка, показавшая, что пластмассовые детали находятся в хорошем состоянии и могут эксплуатироваться далее. Испытания продолжаются.

Расчеты, лабораторные эксперименты, стендовые и промышленные испытания свидетельствуют о том, что полимерные материалы могут применяться для создания антифрикционных направляющих поверхностей в нагруженных конструкциях гидро-крепей.

Перспективным материалом для полимерных втулок можно считать стеклонаполненный полиамид АКС-80/20 (см. таблицу), обладающий небольшой усадкой (0,4 %) и незначительным разбросом усадки (0,1 %), благодаря чему возможно получение вставок втулок и грундбукс без механической обработки по наружному диаметру. Материал АКС-80/20 значительно меньше набухает в средах, чем исходный полиамид АК-80/20.

Это обстоятельство имеет немаловажное значение для применения АКС-80/20 в узлах гидроустройства.

Втулка стойки с пластмассовой вставкой дешевле серийной на 0,8 руб.; плунжер стойки с пластмассовыми кольцами - на 5,66 руб.; грундбукса - на 1,61 руб.; поршень дешевле на 0,81 руб. Экономия средств в изготовлении на 70 крепей составит приблизительно 220 тыс. руб.

Таблица

Физико-механические показатели стеклонаполненной полиамидной смолы АКС-80/20 по сравнению с полиамидом АК-80/20

Показатель АК-80/20 АКС-80/20

; Плотность, г/см2 Предел прочности, кГ/см“: 1,10-1,15 1,36

при растяжении 500 1200-1500

1 при изгибе 790 2200—2400

при сжатии 880 1000-1200

! Удельная ударная вязкость, кГсм/см: 100 40-50

Относительное удлинение, % 200 2

1 Твердость по Бринеллю, кГ/мм" 14-15 18

| Температура плавления, °С 210 230

' Теплостойкость по Мартенсу, °С 42 205