4. Технологія виробництва напірних рукавів з різними конструкціями силових елементів (Тема №4)

Мета заняття – аналіз конструкції, рецептури та технології виробництва напірних рукавів, розробка рекомендацій щодо оптимальної технологічної схеми виробництва рукавів для заданих умов експлуатації.

4.1 Загальна характеристика рукавів. Умови експлуатації. Основні типи та конструкції рукавів

Рукавні вироби призначені для передачі сипких, рідких і газоподібних продуктів під тиском або розрідженням. Вони застосовуються як гнучкі трубопроводи в різних вузлах апаратів, машин і приладів, що використовуються практично у всіх галузях народного господарства.

Відмінною особливістю рукавів є їх гнучкість. Завдяки цьому рукава, що піддаються в процесі експлуатації дії тиску, температури, згинаючих навантажень, вібрації, агресивних середовищ та ін., забезпечують надійність і безпеку машин, їх компактність і комфортність.

До рукавів пред'являються значно високі вимоги. При тривалій експлуатації вони повинні зберігати герметичність, міцність і гнучкість, тривалий час протистояти діям навколишнього середовища і матеріалів, що транспортуються, чинити опір зовнішнім механічним навантаженням, зберігати постійність геометричних розмірів. Конструкція рукавних виробів повинна дозволяти швидко і надійно встановлювати їх на відповідні штуцери, патрубки і інші типи посадочних місць машин і механізмів. Рукава повинні просто і міцно з'єднуватися в єдину транспортну магістраль.

Вимоги споживачів до асортименту і якості рукавних виробів постійно зростають. Збільшуються швидкості переміщення і тиск матеріалів, що транспортуються, зростають геометричні розміри рукавів. Підвищуються навантаження, з'являються нові хімічно активні матеріали, що транспортуються. Розширюються температурні інтервали речовин, що транспортуються, і навколишнього середовища. Підвищуються вимоги до експлуатаційної надійності рукавів в умовах складного навантаження, наприклад, сумісної дії вісьових та крутних навантажень.

В даний час промисловість випускає рукава діаметром від 3 до 950 мм, що працюють при тиску від 0,1 до 70 МПа і розряджені до 600 мм рт. ст. в інтервалі температур від -60 до 250 °С.

За призначенням рукава діляться на наступні види: напірні - для транспортування сипких речовин, рідин і газів під тиском; всмоктуючі - для передачі робочих середовищ при розрідженні; напірно-всмоктуючі - для роботи як під тиском, так і при розрідженні; ущільнюючі - здібні до зміни геометричних розмірів під дією внутрішнього тиску.

Залежно від природи робочого середовища рукавні вироби підрозділяють на наступні типи:

Б - для бензину, гасу, нафтопродуктів, мінеральних масел;

В - для води і слабких розчинів неорганічних кислот і лугів (концентрація не більше 20 %);

ВГ - для гарячої води з температурою до 100 °С;

Г - для повітря, азоту, кисню, ацетилену, діоксиду вуглецю, інертних газів;

П - для харчових продуктів;

Ш - (напірні) для водних суспензій при штукатурних роботах і піску від піскоструминних апаратів;

КЩ (всмоктуючі) - для слабких розчинів неорганічних кислот і лугів (до 20 %).

При реалізації готової продукції має місце класифікація рукавних виробів за їх умовами експлуатації: пожежні, сільськогосподарські, тендерні, гальмівні, парапровідні, рукава для буріння свердловин, будівельних робіт, транспортування хімікатів та ін. Спеціальні рукава повинні відповідати вимогам ISO.

Конструктивно гумовий рукав є циліндровою оболонкою, що складається з трьох елементів: внутрішнього гумового шару (камери), силового каркаса і зовнішнього гумового шару. Кожен з цих елементів виконує певну функцію.

Внутрішній шар забезпечує герметичність рукава і захищає силовий каркас від дії матеріалу, що передається по рукаву (робочого середовища). Гума внутрішнього шару повинна володіти перш за все стійкістю до робочих середовищ, тобто малою водо- і газопроникністю, маслобензостійкістю, стійкістю до розчинників і розчинів кислот і лугів. При цьому дуже важливо, щоб стійкість до дії зберігалася в широкому інтервалі температур. У разі передачі по рукаву твердих матеріалів гума внутрішнього шару повинна бути стійкою до стирання.

Силовий каркас забезпечує міцносні характеристики і визначає довговічність рукава, сприймаючи внутрішні і зовнішні навантаження і зберігаючи постійність розмірів рукава протягом всього часу експлуатації. Каркас складається з силових елементів, укладених певним чином залежно від способу виготовлення рукава. При цьому важливу роль грає кут накладення силових елементів щодо твірної або вісі рукава.

Оптимальним кутом накладення силових елементів, який забезпечує постійність розмірів рукава, що знаходиться під тиском, є кут 54°44'. Цей кут визначений на підставі теорії навантаження циліндрової сітчастої оболонки, розрахунковою моделлю рукава.

Якщо силові елементи в каркасі рукава укладені під кутом меншим, ніж оптимальний, то при підвищенні тиску рукав збільшиться в діаметрі і зменшиться по довжині. Якщо силові елементи розташовані в каркасі рукава під кутом більше оптимального, при зростанні тиску рукав подовжиться і діаметр його зменшиться.

Ці зміни розмірів рукава в умовах гідравлічного навантаження є наслідком двох чинників, що діють одночасно: зміщення силових елементів, прагнучих під впливом напруження, що розвивається в силовому каркасі рукава при зростанні тиску, зайняти оптимальне положення, і деформації матеріалу силових елементів при їх навантаженні. Зсув силових елементів теоретично відбувається до тих пір, поки їх напрям не співпаде з напрямом дії внутрішніх сил в каркасі. Практично це залежить від зсувної жорсткості каркаса, яка обумовлена видом і щільністю силових елементів, початковим кутом накладення, числом шарів силового каркаса і жорсткістю гуми, що заповнює осередки між силовими елементами і шарами каркаса. Так, в рукавах з силовим каркасом з тканини гарнітурного переплетення (рівноміцносні основа і уток), розкроєної під кутом 45°, для зменшення радіальної деформації збільшують число шарів тканини.

Силові елементи об'єднуються в силовий каркас за допомогою проміжних гумових шарів, які одночасно забезпечують монолітність каркаса і ізолюють шари силових елементів один від одного, захищаючи їх від взаємної дії.

Зовнішній гумовий шар або зовнішня прогумована тканина захищає рукав від зовнішніх механічних дій при транспортуванні, монтажі і експлуатації, а також від дії навколишнього середовища. Гума зовнішнього шару повинна володіти високою міцністю при розтягуванні і стиранні, стійкістю до озонного старіння і дії світлопогоди.

Для отримання рукава з добрими експлуатаційними властивостями важливо, щоб всі три елементи рукава були міцно зв'язані між собою, утворюючи монолітну конструкцію.

Залежно від технологічних особливостей виготовлення силового каркаса розрізняють прокладальні, обмотувальні, навивочні, з в'язаним каркасом, спіральні рукава.

Рукава прокладальні мають силовий каркас з декількох (від 2 до 8) прокладок тканини гарнітурного переплетення, промазаною гумою і укладеною під кутом 45°.

Рукава прокладальної конструкції (рис. 4.1) поширені в народному господарстві, але внаслідок великої трудоємності виготовлення, великої витрати текстильних матеріалів, значної зміни геометричних розмірів рукава під тиском і недостатній гнучкості у теперішній час витісняються рукавами інших типів.

1 - внутрішній гумовий шар; 2 - текстильні прокладки, закроєні під кутом 45°; 3 - зовнішній гумовий шар.

Рисунок 4.1 – Рукава прокладальної конструкції

Для більшості рукавів робочим середовищем є вода, розчини неорганічних кислот і 20% луги, бензин, гас, масла на нафтовій основі, спирт, вино, молоко, пиво, штукатурні суміші і абразивні матеріали.

Ці рукава випускаються із внутрішнім діаметром 4-200 мм і максимальним робочим тиском до 2,0 МПа.

Обмотувальні рукави також мають силовий каркас з декількох шарів тканини, промазаною гумою. Проте в цьому випадку застосовується кордова тканина, смуги якої накладаються на рукав способом обмотки в двох протилежних напрямах під кутом 54°44' до вісі рукава. Ці рукава повністю можуть замінити прокладальні рукава. Унаслідок розташування силових елементів під кутом 54°44' в них раціональніше використовуються текстильні матеріали і вони значно менше деформуються під тиском (тільки за рахунок подовження матеріалу силового каркаса). При цьому технологічний процес виготовлення обмотувальних дорнових рукавів майже повністю механізований.

Ці рукава призначені для передачі води, неорганічних кислот і лугів з концентрацією до 20%, бензину, гасу, масел на нафтовій основі.

Вони мають внутрішній діаметр 25-75 мм і працюють при робочому тиску до 2,0 МПа.

Оплітальні рукава мають силовий каркас, виконаний з одного або декількох шарів силових елементів, переплетених між собою під кутом 54°44'. Як силові елементи в рукавах оплітальної конструкції можуть бути використані нитки з бавовняних і хімічних волокон, дріт.

Оплітальні рукава є найбільш поширеним типом рукавів завдяки високим технічним характеристикам і високомеханізованому процесу їх виготовлення. Рукава виготовляють як дорновим, так і бездорновим способом.

Конструкція оплітального рукава показана на рис. 4.2.

1 - внутрішній гумовий шар; 2 - оплітка з ниток або дроту; 3 - проміжний гумовий шар; 4 - зовнішній гумовий шар

Рисунок 4.2 - Рукав оплітальної конструкції

Рукава з оплітками мають внутрішній діаметр 2,9-100 мм і працюють при робочому тиску до 70,0 МПа.

Навивочні рукава мають силовий каркас, що складається з декількох (від 2 до 6) шарів одиничних силових елементів. Ці шари попарно навиваються в двох протилежних напрямах під кутом 54°44' і розділяються проміжними гумовими шарами (рис. 4.3). Завдяки відсутності переплетень ці рукава, особливо із навивками з дроту, здатні витримувати тривалу експлуатацію в динамічному режимі роботи при циклічному імпульсному навантаженні. За матеріалами вони аналогічні оплітальним. Процес їх виготовлення повністю механізований. Він в 2 рази більш продуктивний, ніж оплітальний.

1 - внутрішній гумовий шар; 2 - шари навитого дроту; 3 - проміжні гумові шари;

4 - зовнішній гумовий шар

Рисунок 4.3. Рукав навивочної конструкції з дротом

У навивочних рукавах з синтетичних ниток силові елементи укладені із зазором для забезпечення необхідної монолітності конструкції. Ці рукава виготовляють дорновым і бездорновим способами. Вони призначені для передачі бензину, дизельного палива, масел на нафтовій основі, неорганічних кислот і лугів з концентрацією до 20% і охолоджучих рідин.

Рукава з в'язаним каркасом виготовляють за допомогою трикотажних в'язальних машин.

Особливості технології виготовлення цих рукавів дозволяють отримати так звані зігнуті рукава, тобто рукава з постійною криволінійною формою. В'язаний чохол виконують з синтетичних і штучних ниток. Ці ж рукава виготовляють оплетінням і навивкою. Рукави застосовують в автомобільній промисловості для з'єднання трубопроводів, наприклад, в системах охолоджування, опалювання в радіаторах.

Рукава з в’язаним каркасом випускаються з внутрішнім діаметром 14-80 мм та максимальним робочим тиском 0,2 МПа.

Спіральні рукава в силовому каркасі окрім тканинних (прокладок або обмоток) або ниткових (опліток або навивок) шарів мають ще металеву спіраль (рис. 4.4). Якщо такий рукав використовують як всмоктуючий, то спіраль сприймає на себе зминаюучі навантаження, що виникають при розрідженні. У разі застосування спірального рукава як напірно-всмоктуючий, спіраль не тільки сприймає зовнішні навантаження, але і збільшує міцність решти силового каркаса як бандажуючий елемент.

Спіраль може бути повністю занурена в стінку рукава (гладка внутрішня поверхня), може знаходитися на внутрішній поверхні рукава (відкрита або вільнолежача спіраль) або розміщуватися безпосередньо над внутрішнім гумовим шаром

Для виготовлення спіралі застосовують сталевий дріт без покриття або оцинкований дріт діаметром від 0,6 до 6 мм.

Довжина рукавів не перевищує 20 м, оскільки їх можна виготовляти тільки на жорстких дорнах (сердечниках). Спосіб виготовлення цих рукавів в значній мірі механізований.

Вони призначені для передачі води, палива, масел на нафтовій основі, спирту, вина, молока, пива.

1 - внутрішній гумовий шар; 2 - тканинні прокладки; 3 - металева спіраль; 4 - зовнішній гумовий шар

Рисунок 4.4 - Спіральний рукав

Спіральні рукава мають внутрішній діаметр 14-950 мм, працюють при робочому тиску до 2,5 МПа та вакууму – до 0,02 МПа.

4.2 Матеріали виробництва рукавів

Роботоздатність, гарантійний термін служби і надійність рукавів багато в чому залежать від матеріалів для різних елементів конструкції.

4.2.1 Гумові суміші

У рукавному виробництві застосовують масло-, бензо-, атмосферо-, тепло-, морозо-, луго-, кислотостійкі і інші гуми, які повинні відповідати певним нормативним вимогам. При гідравлічних випробуваннях на герметичність рукава всіх типів повинні витримувати двократний робочий тиск. При вигині рукава кільцем діаметром, рівним 20-кратному внутрішньому діаметру, не допускаються розриви і тріщини.

Найширше використовують маслобензостійкі гуми, фізико-механічні показники яких повинні відповідати нормам, наведеним в табл. 4.1.

Таблиця 4.1 - Норми фізико-механічних показників гум рукавів

Найменування показників	Внутріш-ній шар	Зовніш-ній шар	Проміжний шар
Умовна міцність при розтягуванні, МПа, не менше	8,5	8,5	6,0
Відносне подовження при розриві, %, не менше	170,0	250,0	400,0
Залишкове подовження після розриву, %, не більше	12,0	12,0	35,0
Твердість за Шором А, ум. од.	65-85	55-70	-
Температура крихкості, °С, не вище: для помірного і тропічного клімату для холодного клімату	-45 -52	-45 -52	- -
Зміна відносного подовження після старіння в повітрі при 100 °С протягом 24 год, %, не більше	-	50	-
Зміна маси при випробуванні набрякання в суміші 70 мас. ч. ізооктану і 30 мас.ч. толуолу протягом 24 год, %, не більше	30	-	-

Якість рукавів більшою мірою визначається складом гумових сумішей, вибором полімерної основи. Для їх виготовлення застосовують каучуки загального і спеціального призначення.

Невулканізовані гумові суміші для внутрішнього шару, особливо в металевонавивочных рукавах, повинні володіти підвищеною когезійною міцністю і твердістю у поєднанні з добрими технологічними властивостями. Це пояснюється тим, що низька пластичність сумішей утрудняє шприцювання, приводить до їх підвулканізації.

Перспективні марки бутадієн-нітрильних каучуків, наповнених на стадії отримання полівінілхлоридом, наприклад, СКН-26ПВХ-30. Для внутрішнього шару рукавів високого тиску вітчизняного виробництва застосовують гуми на основі комбінації СКН-26ПВХ-30 і БНКС-26М. Її застосування дозволяє зменшити товщину гумових шарів і зменшити матеріалоємність рукава завдяки збільшенню каркасности суміші; також поліпшується переробка на устаткуванні.

У рукавах діаметром 50 мм застосовують комбінацію ПХП і БНК в співвідношенні 80:20 мас. ч. Застосування добавок БНК, СКД, БСК знижує кристалізуємість поліхлоропренів, а отже, підвищує морозостійкість гум, температурний інтервал експлуатації. Вважають, що добавка каучуків, що не кристалізуються, подібна до ефекту розбавлення. Вона уповільнює кристалізацію тим більше, чим більше вміст аморфного каучуку в суміші.

За кордоном для внутрішнього шару рукавів високого тиску окрім БНК застосовують ПХП, БСК, НК, бутадієнові каучуки і їх комбінації, а для проміжного шару - також і карбоксилатний каучук, що підвищує міцність зв'язку з силовим каркасом.

У виробництві рукавів типу В і КЩ як основні застосовуються гумові суміші на основі комбінації каучуків НК і СКС-30АРКМ-15. Масова частка каучуку в сумішах складає від 27 до 43 %. У ряді випадків для виготовлення рукавів поодинці за одним і тим же стандартом використовуються принципово різні рецепти. Так, парапровідні рукава виготовляються з СКМС-30АРКМ-15+НК, СКМС-30АРКМ-15, а також з суміші наіриту+БНК (внутрішній шар) і наіриту (зовнішній шар). Встановлено, що гуми на основі комбінації каучуків БНК і наіриту забезпечують підвищену парастійкість при необхідній конфекційній клейкості.

У рукавному виробництві широко використовують поліізопрени - НК, СКІ і їх комбінації з іншими СК. НК застосовують в рецептах гумових сумішей для виготовлення внутрішнього, проміжного і зовнішнього гумових шарів, а також в гумових сумішах для прошаркування рукавних тканин. У виробництво впроваджені гуми на основі комбінації СКІ-3 і СКМС-30АРКМ-15 для внутрішнього шару і гумова суміш для прошаркування на основі СКІ-3 для рукавів типу В, ВГ, Г, КЩ. Для внутрішнього шару рукавів з високою зносостійкістю використовується гума з СКІ-3 і СКД, яка в порівнянні з гумою на основі НК характеризується підвищеною зносостійкістю і морозостійкістю. У зв'язку з підвищенням цін на синтетичні поліізопрени спостерігається тенденція розширення об'ємів споживання НК в рукавному виробництві.

У виробництві гумотканинних рукавів для транспортування мінеральних і синтетичних масел використовувалася серійна гума НО-68-2, що виготовлялася на основі комбінації БНК і ПХП. Широке впровадження синтетичних масел вимагало розробки більш маслостійкої гуми. Впроваджена гума на основі БНК, що містить пероксидну вулканізувальну систему. Встановлено, що ступінь зміни фізико-механічних показників, морозостійкість, набрякання при контакті з маслами визначається типом каучуку і масла, що має синтетичну або мінеральну природу, тривалістю і температурою їх взаємного контакту. Розроблена гума рекомендована до використання для виготовлення проміжного і внутрішнього шарів напірних і напірно-всмоктуючих рукавів, що працюють при температурі до 70°С і температурі навколишнього повітря від -55 до +60°С.

Однією з найважливіших вимог до гум внутрішнього шару є стійкість до передаваємих середовищ. Наприклад, для рукавів типів В і Ш за 24 год при температурі 20 °С у розчині з масовою часткою сірчаної кислоти 20 % набрякання не повинне бути більше 6 %, рукавів типу Б в бензині - не більше 20 %.

Хімічно агресивні середовища, такі як сильні окиснювачі, мінеральні кислоти, луги, водні розчини солей, галогени та інші викликають незворотні зміни хімічної структури еластомерів. Хімічна стійкість гум обумовлюється, перш за все, типом каучуку і знижується з підвищенням ненасиченості, оскільки за місцем подвійних зв'язків можливе приєднання галогенів, залишків кислот.

Насичені карболанцюгові каучуки стійкі до більшості середовищ. У мінеральних кислотах стійки гуми з фторкаучука, БК, СКЕП, хлорсульфованого поліетилену (ХСПЕ). Так, гуми з НК, ПХП, СКН, БСК в концентрованій азотній кислоті руйнуються за 10 хв, ХСПЕ і БК - 2 год, СКЕП - 72 год. У розбавлених мінеральних кислотах тривало працюють гуми з СКФ, ХСПЕ, СКЕП і БК. У полярних органічних кислотах більш стійкими є гуми з неполярних каучуків.

Гумова суміш, що рекомендується для експлуатації в концентрованій соляній кислоті, має наступний склад, в мас. ч.: СКЕПТ-100, оксид цинку-5,0, триетаноламін-2,0, меркаптобензтіазол-0,5, тетраметилтиурамдисульфид-1,5, сірка-1,5. Отримана гума має твердість 73-74 ум. од., умовне напрження при 300 % подовженні 4,9 МПа, умовну міцність при розтягуванні 18,0 МПа. Після витримки протягом 1500 год в концентрованій соляній кислоті умовна міцність при розтягуванні знизилася до 10,7 МПа, твердість до 73 ум. од.

Велика номенклатура рукавів призначається для передачі води, слабколужних, слабкокислотних водних розчинів. Вода - основа деяких важкоспалахуємих рідин (емульсії масел у воді), де можливе виборче поглинання. Тому важливе питання водостійкості гум.

Поглинання води гумами - дифузійний процес, швидкість якого і кількість поглиненої води залежать від вмісту в гумі водорозчинних домішок, ступеня вулканізації, полярності каучуку. Поглинання води після витримки гум з НК, БСК, СКЕП, БК і полярних каучуків СКН, ПХП, ХСПЕ протягом 8760 год при температурі 23-28 °С складає відповідно 1-6 і 7-9 %. При підвищенні температури водопоглинання гум збільшується, особливо для гум, що містять каучук СКФ-26.

Головна причина високого водопоглинання - наявність електролітичних домішок в гумі. Додавання 1 % куховарської солі збільшує водопоглинання гум з СКН з 12 до 100 %. Тому водопоглинання залежатиме від вибору каучуку, типу наповнювачів, домішок. Кількість компонентів, що вводяться, повинна бути мінімальною, оскільки при цьому можливе забруднення води із-за вимивання компонентів. Наприклад, ароматичні аміни, що вводяться як протистарювачі, з плівки поліетилену вимиваються за декілька годин. При цьому знижуються опір тепловому старінню, механічні властивості.

Основними причинами погіршення механічних властивостей гум у воді, як вважають, є збільшення числа і розмірів мікродефектів внаслідок підвищення тиску набрякання і протікання окиснювальних процесів під дією кисню повітря, розчиненого у воді. Співвідношення руйнуючої дії цих чинників при старінні у воді може змінюватися залежно від інших чинників - температури, типу каучуку, початкового ступеня зшивання, що досягається. У гум на основі СКІ-3 з низькою термоокиснювальною стійкістю істотне погіршення властивостей відбувається в повітряному середовищі із-за інтенсивніших процесів окиснення, деструкції. У гум, стійкіших до термоокиснювальної дії, більше зниження міцності спостерігається у водному середовищі як наслідок водопоглинання і його руйнуючої дії.

При виборі полімерної основи гум для роботи в органічних середовищах технолог-гумовик може орієнтуватися добре відомим в хімії принципом подібності Джі. Гуми з неполярних каучуків сильно набухають в неполярних ненасичених вуглеводнях, але не взаємодіють з сильнополярними рідинами (вода, спирт). Гуми з полярних каучуків сильніше набухають в полярних розчинниках, воді.

Застосування у складі гум значної кількості пластифікаторів і пом'якшувачів дозволяє підвищити кількість наповнювачів, що вводяться, до 100 і більше мас. ч. на 100 мас. ч. каучуків. Використання в таких кількостях звичайних марок технічного вуглецю приводить до отримання гум із задовільною електричною провідністю, а для спеціальних антистатичних гум застосовують технічний вуглець А327-Е з вищою електропровідністю.

У виробництві рукавів високого тиску як конструкційний матеріал застосують термопласти. В порівнянні з традиційними матеріалами вони мають істотні переваги. Висока термостабільність поліамідів, добрі втомні властивості при дуже тривалих навантаженнях, стійкість до прорізання армуючими елементами при складанні силового каркаса дозволяють застосовувати їх для внутрішнього і зовнішнього шарів рукавів. Поліаміди і поліуретани стійкі до масел, жирів, горючих речовин, розчинників і характеризуються доброю стійкістю до атмосферної дії. Термопласти дозволяють добитися монолітності і зменшення товщини стінки рукава, що підвищує його міцність, забезпечує добру якість рукавів.

У гумах внутрішнього шару рукавів високого тиску застосовують до 20 мас. ч. поліетилену високого тиску низької щільності з показником течії розплаву 3,5 в цілях підвищення когезійної міцності і поліпшення технологічних властивостей.

Виходячи з викладеного, рецептура гум внутрішнього шару рукавів визначається типом полімерної основи, видом передаваємого агресивного середовища, температурним діапазоном експлуатації.

Каркасні гуми проміжних шарів використовують як адгезійний прошарок між шарами навивки в рукавах. Суміші повинні характеризуватися підвищеною пластичністю, адгезією до армуючих матеріалів, забезпечувати зчеплення між всіма елементами рукава.

Цим вимогам відповідають гуми на основі комбінації ПХП і СКД в співвідношенні 90:10 мас.ч. Невелика добавка ПБ знижує кристалізуємість, підвищує еластичність і морозостійкість гум. Адгезію до армуючих матеріалів підвищують введенням модифікуючих систем з застосуванням модифікатора РУ-1 і аеросила А-175. Добра текучість такої суміші дозволяє проміжним шарам співвулканізуватися між собою, з гумою внутрішнього і зовнішнього шарів. Володіючи доброю адгезією до дроту, гумова суміш забезпечує зчеплення між всіма елементами рукава, рівну за величиною міцність вулканізату.

Промазувальні гумові суміші застосовуються при промазуванні рукавних тканин і повинні володіти високою пластичністю, доброю клейкістю, затікати в структуру тканин. Міцність зв'язку між елементами конструкції напірно-всмоктуючих і напірних рукавів відповідно до нормативних вимог повинна бути не менше 1,0 і 0,8 кН/м. При використанні гум на основі цис-1,4-поліізопренів досягається міцність зв'язку в рукавах 1,5-2,0 кН/м.

4.2.2 Армуючі матеріали

Тип силового каркаса і вид армуючого матеріалу впливають на довговічність рукавних виробів. Застосування різноманітних видів текстильних або металевих матеріалів в армуючих шарах каркаса і можливість виготовлення різних типів каркаса дозволяє створювати рукава різного призначення, що розрізняються експлуатаційними характеристиками. Матеріал і структура силових шарів вибираються виходячи з призначення і конкретних умов експлуатації рукава.

Для армування рукавів в обмеженій кількості застосовують бавовняні нитки і пряжу (найчастіше для допоміжних шарів під металеву оплітку або навивку), а для силових каркасів використовують синтетичні, в основному, лавсанові нитки (табл. 4.2).

Таблиця 4.2 - Технічні характеристики деяких типів рукавних ниток

Тип волокна	Структура нитки	Діаметр, мм	Розривне наван-таження, Н	Подовження при розриві, %
Бавовняне	27 текс х 4 50 текс х2 х3 27 текс х4 х3	0,38 0,60 0,67	18,4 45,9 76,5	10 6 10
Капронове	93,5 текс х5 хЗ	1,6	765
Анідне	93,5 текс х8 х4	2,7	1530
Поліефірне	111 текс х3 111 текс х4	- -	222 450	13 15

Рукава з оплетеним або навитим каркасом з волокнистих матеріалів гнучкіші, ніж рукава з тканинних прокладок. Такі рукава зручніші в експлуатації, оскільки можуть використовуватися в непрямолінійних трасах з малими радіусами вигину або в з'єднаннях рухомих деталей. Плетений або навитий каркас дозволяє більш повно, ніж тканинний реалізувати механічні властивості ниток. Нитки оплетення або навивки можна розташувати за раціональнішим напрямом, відповідним розподілу рівнодіючих внутрішніх сил в каркасі. Для рукавів, що працюють тільки при надмірному тиску, найефективнішим є оплітальний і навивочний каркас.

Рукавні тканини (табл. 4.3) мають полотняне переплетення, тобто кожна нитка основи охоплюється ниткою утка. Рукавні тканини можуть бути бавовняними (Р-1, Р-2, Р-3, автопнев, кордпнев), льняними (полотно ЛЛ, полотно ОР), поліамідними (КНК), поліанідними (КНА), найчастіше, полотняного переплетення з однаковими нитками по основі і утку і близькими значеннями щільності в подовжньому і поперечному напрямі.

Таблиця 4.3 - Технічні характеристики рукавних тканин

Тип тканини	Щільність тканини, ниток на 10 см		Розривне навантаження, кН		Подовження при розриві, %		Тов-щина нитки, мм	Маса 1м2 тканини, г
	по основі	по утку	по основі	по утку	по основі	по утку
Полотно ЛЛ	158	114	0,88	0,88	12	12	0,4-0,5	280
Полотно ОР	108	114	1,16	1,24	10-15	7-12	0,6-0,8	455
Рукавна Р-2-20	104	104	0,83	0,93	24	14	0,95	350
Рукавна Р-2-40	104	104	0,83	0,93	24	14	0,95	350
Рукавна Р-3	90	95	1,23	1,37	28	14	1,15	515
Автопнев	84	88	1,57	1,86	32	16	1,25	590
Кордпнев	90	84	2,11	2,35	36	16	1,30	710
Рукавна КНК (КНА)	-	-	2,65	2,85	27	24	1,15	480
Кордпнев КНК (КНА)	-	-	3,19	3,43	29	25	1,15	500

Все ширше застосовують тканину рукавну капронову ТРК-МА, що характеризується малим збігом і добрими адгезійними властивостями. У рукавах багатопрокладальних, що працюють при високому тиску, з метою зниження числа прокладок застосовуються технічні рукавні тканини з комбінованих ниток (КНК і КНА).

Як в Росії, так і за кордоном як основний матеріал силового каркаса рукавів високого тиску застосовують сталевий дріт діаметром 0,3-0,6 мм і міцністю 15,0-75,0 МПа.

У вітчизняній промисловості застосовують світлий і латуньований дріт, за кордоном - тільки латуньований. Латуньоване покриття хімічно з'єднується з гумою проміжного шару, що має в своєму складі редоксайд або спеціальні адгезійні добавки, і забезпечують міцність зв'язку від 4 до 8 кН/м ширини зразка. Світлий дріт дає міцність зв'язку з гумою 1,5-2,5 кН/м.

4.3. Технологія виробництва рукавів

У виробництві рукавних виробів у зв'язку з різноманітністю їх розмірів, конструкцій, способів виготовлення застосоване устаткування класифікують: для складання рукавів навивочної, опліточної, обмотувальної, прокладальної конструкцій, спіральних рукавів.

Виготовлення рукавів навивочної конструкції. Рукава з каркасом навивочної конструкції виготовляють дорновым способом на коротких жорстких або довгих гнучких дорнах і бездорновим способом. Існує декілька типів навивочних верстатів. В основному використовують швидкохідні навивочні машини, на яких відбір ниток ведуть шляхом стягнення їх з конусної бобіни, нерухомо закріпленої щодо корпусу верстата, забезпеченого пальцями для надягання конусних патронів з нитками. Тому відцентрові сили помітно не впливають на натяжіння ниток і можлива робота з великими швидкостями обертання планшайби, що важливе для складання рукавів порівняно малих діаметрів. Верстати з бобінами, що обертаються, застосовують для складання рукавів великих діаметрів, коли не вимагається велика швидкість обертання, навивки.

Дорновий спосіб. У тих випадках, коли пред'являються жорсткіші вимоги до точності дотримання розмірів багатошарових рукавів, їх виготовлення, складання і вулканізацію здійснюють на дорнах. Існують різні агрегати для складання рукавів на дорнах. Розроблено декілька типів агрегатів типу АН, характеристики яких наведені нижче:

	АН-24	АН-32	АН-48	АН-64
Число шпуль на планшайбах Діаметр складаємих рукавів, мм Частота обертання планшайб, хв-1 Швидкість складання, м/хв Габарити (при довжині дорну 20 м), м	24 6-20 560 До 24 32,7x3	32 8-38 450 До 24 36,2x2,5	48 До 38 250 До 24 10,6x2,1	64 До 50 180 До 24 10,0x2,15

Вузли агрегатів уніфіковані, що дозволяє використовувати різні комбінації навивочних машин: вузлів накладення проміжного і зовнішнього гумових шарів, протягуючих пристроїв і вузлів формування сквіджа.

На рис. 4.5 як приклад наведена схема агрегату для складання навивочних рукавів з текстильним каркасом дорновым способом, який включає: подаючий і протягуючий пристрої, три промазувальних пристрої і два навивочних верстата, роликовий механізм для накладення проміжного гумового шару, відбірковий транспортер з перекладальником. Навивочний верстат має планшайбу, в конусних оправках якої встановлюються конічні шпулі з нитками (пакування), поміщені в контейнери. Число шпуль на планшайбі може бути різним.

1 - подаючий і протягуючий пристрої; 2 - промазувальні пристрої 3 - приводні зірочки;

4 - навивочні верстати; 5 - планшайби; 6 - контейнери; 7 - конічні шпулі з нитками (пакування); 8 - направляючі кільця; 9 - огорожа планшайб; 10 - котушки з гумовою стрічкою; 11 - механізм накладення проміжного гумового шару; 12 - обтискові ролики;

13 - рукав; 14 - відбірковий транспортер; 15 - перекладальник

Рисунок 4.5 - Агрегат для складання рукавів навивочної конструкції дорновим способом

Камеру виготовляють на установці, що складається з черв'ячного преса і ванни для охолоджування. Камеру приймають на стелажі і передають на установку для надягання на дорни довжиною 10 і 20 м.

Дорни з камерою передаються на навивочний агрегат, який має чотири планшайби, за допомогою гусеничних протягуючих пристроїв. Між шарами ниток наносять гумові прошарки методом розкочування гумової смуги з котушок уздовж вісі рукава. Рукав з силовими шарами поступає на рольганг і накопичувач.

З накопичувача рукав передають на установку накладення зовнішнього гумового шару, який шприцюють на черв'ячному пресі. Переміщення дорну забезпечують дві пари роликів, зв'язаних ланцюговою передачею, яка приводяться до руху двигуном з варіатором для регулювання швидкості обертання.

Черв'ячний прес забезпечений вакуум-відсосом. Вакуум між зовнішнім гумовим і силовим шарами створюється за допомогою водокільцевого насоса і досягає величини 0,4-0,6. Застосування вакууму дозволяє накладати зовнішній гумовий шар необхідної товщини без витяжки, одночасно забезпечуючи монолітне складання. Це значно полегшує підбір частин, що формують, і спрощує обслуговування установки.

Після накладення гумового шару рукав охолоджують, розбризкуючи воду над ванною, і подають на рольганг накопичувача. Потім рукав поступає на бинтувальний верстат. Забинтовані рукава подають на рольганг столу - накопичувача, звідки підвісним транспортером їх передають на вулканізацію.

Розбинтовують рукав на разбинтувальному верстаті валкового типу.

Складання рукавів на гнучких дорнах. Великого поширення набуло виготовлення навивочных рукавів на гнучких дорнах. Цей спосіб дозволяє виготовляти рукава діаметром до 32 мм, завдовжки 150-300 м з точно витриманими розмірами.

Гнучкі дорни повинні мати гладку глянсову поверхню без механічних дефектів, у вільному стані мати мінімальні відхилення від заданих розмірів, володіти достатньою міцністю, твердістю і високою гнучкістю, витримувати багаторазову дію високих температур під час вулканізації рукавів. Матеріал дорну повинен бути інертним по відношенню до гумових сумішей, мати низьку щільність і добру теплопровідність. Коефіцієнт його термічного розширення повинен бути вище ніж у матеріалів рукава, внаслідок чого при температурі вулканізації дорн, що сильніше розширюється, створює значний тиск на стінки рукава, що знаходиться у свинцевій оболонці.

Як гнучкіх дорни застосують прутки з полімерних матеріалів типу поліаміду, поліпропілену або інших термопластичних композицій, а також гумові.

В процесі виготовлення гнучкий дорн (рис. 4.6) розмотується з барабана протягуючим пристроєм і проходить Т-подібну голівку черв'ячного преса, де на нього екструдується внутрішній гумовий шар. Заздалегідь камера заморожується за допомогою рідкого азоту. Навивку силового шару з ниток і металевого дроту проводять на високошвидкісній навивочной машині. Потім за допомогою іншої черв'ячної машини накладають зовнішній шар. Після охолоджування в спеціальному пристрої рукав намотують на закочувальний пристрій і відправляють на освинцювання, яке здійснюють розтопом в спеціальних пресах.

1 - розкочування; 2 - протягаючий пристрій; 3, 5 - черв'ячні преси; 4 - навивочна горизонтальна машина; 6 - пристрій, що охолоджує; 7 - закочувальний пристрій

Рисунок 4.6 - Схема лінії складання рукавів на гнучких дорнах

Технічні характеристики лінії:

діаметри рукавів, мм	6-30
число шпуль навивочного верстата, шт.	18x2
частота обертання планшайб при навивці, хв-1	до 1000
продуктивність в зміну, м	4500 - 5000

Знімання рукавів з дорнів після вулканізації проводять гідравлічним способом із застосуванням високого тиску. Для цього рукав з дорном перемотують на спеціальний барабан, що забезпечує вільний доступ до обох кінців рукава. Один кінець рукава поміщають в приймальну ємність для дорнів, а інший - закріплюють в затискному патроні гідравлічної установки так, щоб дорн залишався незакріпленим. При поступовому підвищенні тиску води в гідравлічній системі починається висунення дорну з рукава, а у міру його виходу тиск поступово знижують.

Висока ефективність процесу досягається забезпеченням безперервного виготовлення рукавів великої довжини з високою якістю виробів. Можливість намотування на барабан заготівки великої довжини і відсутність безлічі переходів з дорну на дорн, що мають місце при використанні металевих дорнів, забезпечують високу продуктивність процесу, властиву бездорновому способу виробництва. Наявність твердого сердечника усередині заготівки на всіх операціях і переходах з одного устаткування на інше дозволяє проводити більш рівномірне накладення силових елементів на камеру, збільшити опресовування заготівки і забезпечити високу стабільність розмірів і інших параметрів виробу. Спосіб виготовлення рукавів на гнучких дорнах містить в собі переваги як бездорнового, так і дорнового способів виробництва і в той же час позбавлений їх недоліків.

Спосіб складання рукавів на гнучких дорнах дозволяє підвищити продуктивність праці на 20-30 %, зменшити необхідні виробничі площі в порівнянні з процесом виготовлення рукавів на жорстких дорнах і зменшити відходи при обрізанні кінців. Для підвищення економічності у виробництві рукавів передбачається ділянка ремонту і переробки гнучких дорнів, що вийшли з ладу.

Однією з переваг бездорнового способу виготовлення рукавів є можливість виготовлення рукавів значної довжини, аж до здійснення процесу за безперервною схемою. У виробництві рукавів навивочної конструкції найбільш широке застосування знайшли бездорнові способи, які можуть бути з горизонтальним і вертикальним проходженням рукава. Для рукавів діаметром більше 16 мм рекомендується застосовувати вертикальні агрегати, для менших розмірів - горизонтальні.

Агрегати горизонтального типу простіші в обслуговуванні устаткування, вимагають меншої кількості підйомно-транспортних засобів, але вертикальні агрегати компактнеші, займають значно менше виробничої площі, дозволяють досягти вищої якості складання.

Приклад навивочного вертикального агрегату наведений на рис. 4.7. Він призначений для складання навивочних рукавів бездорновим способом. Внутрішній гумовий шар формують на черв'ячному пресі, встановленому на верхньому поверсі лінії. Потім він охолоджується при обгинанні двох барабанів у водяній ванні і під душем з холодною водою. Після обдування повітрям камеру подають в навивочный верстат для накладення першого шару ниток. Потім на черв'ячному пресі з Т-подібною головкою накладають проміжний гумовий шар і на другому навивочному верстаті навивають наступний шар ниток в протилежному напрямі. Після накладення зовнішнього гумового шару в черв'ячному пресі рукав проходить охолоджуючу ванну і намотується на приймальний барабан.

1, 4, 6 - черв'ячні преси; 2 - пристрій, що охолоджує; 3, 5 – навивочні верстати;

7 - приймальний барабан.

Рисунок 4.7 - Схема лінії складання навивочних рукавів

Основні характеристики навивочних агрегатів:

діаметр рукавів, мм 9-18 25-38

число шпуль на планшайбах 24x2 48x2

частота обертання планшайб, хв^-1 450 250

швидкість складання, м/хв до 24 до 24

продуктивність, м довжини в зміну 6000 6000

До переваг таких ліній відносять:

• виключена необхідність підвулканізації камери, що дозволяє складати рукав по свіжих поверхнях гуми. Це зменшує трудомємність процесу і дозволяє покращити показники зчеплення шарів в рукаві; складання проводять при вертикальному переміщенні камери, значно зменшуючи шкідливу дію радіальних сил, що діють на силовий шар при горизонтальному переміщенні камери і що викликають збиття силового шару при його нанесенні на рукав;

• всі елементи рукава виготовляють послідовно в одному агрегаті, тому вони не піддаються шкідливим деформаціям, що дозволяє суворо дотримувати допуски на геометричні розміри;

• досягнута сувора синхронізація швидкостей руху камери в зоні складання і обертання навивочних планшайб, що забезпечує постійність кроку навивки по силових шарах. Остання обставина дозволяє підвищити надійність рукавів, що працюють при динамічному навантаженні; лінія вимагає значно меншої виробничої площі в порівнянні з іншим устаткуванням аналогічного призначення.

Для виготовлення рукавів з металевою навивкою використовують агрегати:

діаметр рукавів, мм	12-32	1-50
діаметр дроту, мм	0,3-0,5	0,3-0,6
число навивочних верстатів	4	4
частота обертання планшайб, хв-1	до 150	до 225
число котушок в одній планшайбі	144	120
число дротів в одній котушці	1	до 12

У комплекті з цими агрегатами працюють верстати для перемотування дроту на котушки. Попереднє складання дроту в потоки сприяє більш рівномірному його натягненню при навивці, тому рукава, зібрані на такому агрегаті, характеризуються вищою якістю. Великі розміри планшайб дозволяють збільшити продуктивність агрегату в 1,5-2,0 рази.

Вулканізацію рукавів проводять в свинцевій оболонці.

Технологічний процес виготовлення рукавів оплітальної конструкції може здійснюватися із застосуванням дорнів, що забезпечують жорсткість конструкції, і бездорновим способом, коли плетіння проводиться на піддуту повітрям до тиску 0,12-0,15 МПа камеру. Оплетіння дозволяє отримати силовий шар (чохол) із взаємно одиночних, що переплітаються, або декількох текстильних ниток (або металевого дроту), що накладаються під рівноважним кутом 54°44'.

Процеси виготовлення обплітальних рукавів дорновим способом, як правило, будуються за загальною принциповою схемою, що включає екструзію внутрішнього гумового шару і надягання камери на дорн, промазування камери пастою і оплетіння нитками або дротом, накладення проміжних гумових шарів і промазування пастою, повторне оплетіння, накладення зовнішнього гумового шару, бинтування і вулканізацію. Іноді замість промазування додатково вводять операцію накладення додаткового гумового прошарку і зовнішньої гумової камери.

У вітчизняній промисловості найбільшого поширення набули швидкісні шпульні оплітальні машини з числом шпуль 24; 32; 36; 48 і 64, з горизонтальним проходженням рукава (рис. 4.8).

1 - відбірковий пристрій; 2 - рукав, що оплітається; 3 - направляюче кільце для ниток; 4 - зубчаті рейки; 5 - парні зубчаті колеса приводу кареток; 6 - каретки; 7 - напрямна кареток;

8, 11 - котушки з нитками; 9 - огорожа; 10 - нитководій; 12 - зубчате кільце; 13, 14 - диски шпуленосіїв; 15, 16, 23- зубчаті передачі; 17 - порожнистий вал; 19 - клиноременні передача; 20 - фрикційна муфта; 21 - електродвигун; 22, 25 - ланцюгові передачі; 24 - черв'ячна передача

Рисунок 4.8 - Схема шпульної оплітальної машини

Оплітальні машини мають два ряди кареток-шпуленосіїв, на яких встановлюють котушки з нитками або дротом. Шпуленосії з котушками першого ряду нерухомо закріплені на диску і приводяться в обертання зубчатою парою. Другий ряд шпуленосіїв з котушками виконаний у вигляді кареток, що обертаються по направляючому кільцю диска, але в протилежному напрямі. Завдяки синхронному повторенню взаємоположення ниток під направляючим кільцем на рукаві створюється рівномірне оплетення, що перекручується. Переміщення оплітального рукава із заданою швидкістю здійснюється барабанним або ланцюговим відбірковим пристроєм від загального з машиною електродвигуна через систему передач.

У рукавному виробництві застосовують типові агрегати (рис. 4.9, а) для накладення оплетення на рукава дорновим способом АОН або АОМ (Н - нитяним, М - металевим оплетенням).

а - дорновим способом; б - бездорновим способом; 1 - подаючий пристрій;

2 - промазувальний пристрій; 3 - оплітальна (шпульна) машина; 4 - відбірковий стрічковий транспортер; 5 - перекладальник рукавів; 6- стіл-рольганг; 7 - контейнер для камери;

8 - черв'ячна машина; 9 - приймальний пристрій

Рисунок 4.9 - Схеми агрегатів для оплетення рукавів

Дорни з камерою розташовуються в накопичувачі (на рисунку не показаний) перед подаючим пристроєм і поодинці заправляються в механізм гусеничного типу, що тягне. Дорн проштовхується через пристрій для промазування клеєм або пастою і поступає через порожнистий вал в парасольку оплітальної машини, де проводиться нанесення оплетення. Оплетений рукав наступним протягуючим пристроєм протягується через друге промазування і відбирається стрічковим транспортером. За допомогою перекладальника після розрізання перемичок рукава періодично переносяться на стіл-рольганг.

Агрегат для нанесення оплетення бездорновим способом (рис. 4.9, б) складається з контейнера для камери, що обертається, пристрою для подачі, пристрою для промазування, оплітальних машин, черв'ячної машини і приймальних пристроїв. Внутрішню камеру шприцюють на окремій черв'ячній машині і укладають на лист, що обертається, який потім встановлюють в контейнер. Камеру піддувають, потім послідовно протягують через промазувальні пристрої оплітальної машини. Далі на оплетений каркас накладають зовнішній гумовий шар на черв'ячній машині з Т-подібною головкою і охолоджують. Потім обробляють антиадгезивом і намотують на котушки в приймальних пристроях.

Вулканізація рукавів масового асортименту проводиться в основному в котлах діаметром від 1 м і довжиною до 23-24 м. Забинтовані рукава укладають у візки в 4-5 рядів так, щоб рукава меншого діаметру були у верхніх рядах, і закочують в котел. Завантаження і вивантаження виробів проводиться котельним візком, який для рукавів зазвичай виконується у вигляді платформи з колесами. При паралельній установці декількох котлів застосовують траверсні візки , які скорочують час перезарядки. Вони мають два шляхи і переміщаються уздовж фронту котлів.

Для більш рівномірного обігріву напуск пари в котел проводиться одночасно в чотирьох місцях. Загальний час циклу, що включає продування котла парою, напуск пари, власне вулканізацію, зниження тиску, продування повітрям і перезарядку котла складає 1-2 год залежно від розміру рукавів, рецептури гум, температурних параметрів процесу. При перерві в роботі котла його перед завантаженням розігрівають до температури 135-140 °С.

Подача гріючої пари у внутрішню порожнину котла (рис.4.10) при вулканізації проводиться за допомогою паророзподільної труби 7. Рукава, що підлягають вулканізації, укладаються на візок 11, який закочується в котел по рейках 13, змонтованим на нижній частині корпусу 1.

Забинтовані синтетичною стрічкою шириною 65-80 мм напірні рукава оплітальної конструкції укладають на візки в один ряд на дерев'яні колодки з м'якою прокладкою. Напуск пари в котел до заданого тиску триває 20-25 хв, потім 30-60 хв йде власне вулканізація при температурі 143-151 °С, після чого тиск поволі снижують і починають новий цикл. Рукава після вулканізації охолоджують водою протягом 10-20 хв за допомогою душової установки і подають на розбинтовку на розбинтовочні верстати. Розбинтовані рукава поступають на верстат для обрізання кінців, на якому за допомогою дискових ножів обережно обрізають кінці рукавів з обох боків.

1 - корпус; 2 - байонетне кільце кришки; 3 - вісь; 4 - кришка; 5 - байонетне кільце корпусу; 6 - прокладка; 7 - паророзподільна труба; 8 - днище; 9 - шестерня; 10 - зубчатий сектор; 11 - візок; 12 - опори; 13 - рейки; 14 - кронштейн

Рисунок 4.10 - Схема котла для вулканізації рукавів

Для підвищення продуктивності процесу вулканізації важливо скоротити до мінімуму час перезарядки, що досягається застосуванням котлів прохідного типу, пристроєм обхідних рейкових шляхів для маневру візків і тому подібне

Недоліком більшості використовуємих котлів є нерівномірність розподілу температури. Це не дозволяє проводити вулканізацію в необхідному температурному діапазоні і призводить до зниження якості рукавів. Вирівнювання температури за об'ємом котла досягається установкою змійовиків для обігріву внизу і по боках усередині котла або інтенсивним перемішуванням вулканізаційного середовища.

Великого поширення набув спосіб вулканізації рукавів на гнучких дорнах або без дорнів у водяній ванні. Цей спосіб дозволяє виключити бинтування, забезпечує добрий режим вулканізації і, як наслідок, високу якість рукавів. Після нанесення зовнішнього гумового шару рукава підвішують за кінці дорнів у вертикальному положенні. Касету з рукавами поміщають у вертикальний котел, що заповнюється при вулканізації водою під високим тиском (20 МПа).

Запропонована вулканізація рукавів в спеціальних пресах, що мають двоплиткові прес-форми довжиною 10 см з подовжніми жолобчастими канавками. Рукави заздалегідь піддуваються повітрям. Одночасно вулканізують декілька рукавів. Вулканізація здійснюється послідовно ділянками, рівними довжині прес-форми. Після вулканізації з рукава зрізають випреси, що утворюються по лінії роз'єму прес-форми. До недоліків цього способу відносяться: перевулканізація ділянок рукава, що потрапляють на краї плит, циклічність процесу і складність виготовлення плит.

Довгомірні бездорнові рукава вулканізують в свинцевій оболонці, яку накладають зверху зовнішнього гумового шару, пропускаючи рукав через пресову голівку з формоутворюючим інструментом, що встановлюється на плунжерному пресі або на черв'ячному екструдері. Освинцьований в розтопі рукав намотують на великий барабан і заповнюють водою під тиском 0,7-0,8 МПа. Кінці рукавів зі свинцевою оболонкою затискають. Барабани з освинцьованими рукавами поміщають в котел. Вода в рукаві перегрівається, розширюється і упресовує шари. Після вулканізації вода з рукава зливається. Свинцева оболонка зрізається з рукава, рубається і перетоплюється для повторного використання.

Підготовка свинцю здійснюється у ванні для топлення. Чистий і сухий свинець у вигляді чушок або пластин після обдирання освинцьованого рукава завантажується в ванну для топлення. Температура розтопленного свинцю у ванні повинна бути 390±30 °С. Рівень топленного свинцю у ванні повинен бути 70-75 мм нижче за верхній край ванни. Для запобігання окиснення свинцю і видалення домішок поверхню топленного свинцю покривають шаром деревного вугілля (допускається працювати без застосування деревного вугілля).

Плунжерні преси періодичної дії для накладення свинцевої оболонки випускаються в двох варіантах: прес вертикальний з однією напірною камерою і прес горизонтальний з двома напірними камерами, що працюють по черзі. Гідравлічним циліндром топленний свинець видавлюється з напірної камери в кільцевий отвір, що утворюється матрицею і порожнистим дорном. В цей же час через канал в дорні протягується рукав. Температура свинцю біля виходу з голівки преса регулюється в межах 200-240°С. Швидкість освинцювання - до 27 м/хв. Товщина свинцевої оболонки 2,2 мм.

Ширшого поширення для освинцювання рукавів набули черв'ячні преси (екструдери). У рукавному виробництві використовуєміживані черв'ячні преси розрізняються розташуванням черв'яка: горизонтальні з порожнистим черв'яком і з прямоточною (співвісною з черв'яком) головкою і вертикальні з головкою, розташованою під кутом 90° до осі черв'яка. Вертикальні преси набули ширшого поширення. На редукторі преса вертикально встановлений циліндр, в нижню частину якого по трубі з плавильної печі заливається топленний свинець, що подається черв'яком під тиском в головку.

Прес освинцювання зазвичай агрегується (рис. 4.11) з транспортними, закочувальними і розкочувальними пристроями для барабанів, з верстатом для зняття оболонки з рукава і її рубки, печами для розтоплення з транспортними і підйомними механізмами для завантаження свинцю.

Перед роботою проводиться налагодження екструдера під певний діаметр рукава. Діаметр матриці вибирається рівним діаметру дорну плюс 2-4 мм залежно від товщини свинцевої оболонки (табл. 4.4).

Таблиця 4.4 - Товщина свинцевої оболонки, що рекомендується для рукавів

Номінальний внутрішній діаметр рукавів, мм	Товщина свинцевої оболонки, мм
6,0-9,0 10,0 20,0 25,0	1,3±0,2 1,5±0,2 1,8±0,2 2,0±0,2

Діаметр головки вибирається рівним зовнішньому діаметру рукава плюс 1,0-2,5 мм залежно від зовнішнього діаметру.

1,8- пристрої для розкочування і загортання рукава на барабани; 2, 6 – печі для розтоплення свинцю; 3 - верстат для зняття і рубки свинцевої оболонки; 4 - труба для передачі розтопленного свинцю; 5 - кран-балка; 7 - черв'ячна машина; 9 - барабани; 10 - котел

Рисунок 4.11 - Переріз і план розташування устаткування на ділянці освинцювання рукавів

При виході з преса освинцьований рукав проходить через пристрій, що охолоджує, де обприскується водою. Охолоджений рукав за допомогою укладальника укладається рівними рядами на приймальний барабан закочувального пристрою. Швидкість загортання рукавів повинна бути синхронізована із швидкістю освинцювання.

Після наповнення рукавів водою і повного видалення з нього повітря вільний кінець рукава заглушають затиском, доводять тиск в рукаві до потрібного. Тиск води в системі при наповненні рукавів водою перед вулканізацією 0,3-0,7 МПа. Барабан з рукавом встановлюють електротельфером на візки, які закочують в котел для вулканізації. Вулканізацію рукавів в котлах здійснюють при температурі 143±3°С протягом 30±3 хв при надмірному тиску 0,29 МПа.

Після закінчення вулканізації і спуску пари, не відкриваючи кришки котла або після відкриття кришки, відкривається клапан подачі холодної води для охолоджування рукавів, яке проводиться розбризкуванням води з форсунок по всій довжині котла. Контроль режиму вулканізації здійснюють за температурою за допомогою електронного потенціометра КСП.

Після охолоджування рукава подаються на завершальні операції: зняття свинцевої оболонки, спуск води, продування повітрям, розбраковування і упакування.

Перспективним процесом є безперервна вулканізація рукавів з жорстким дорном при значних тиску і температурі пари. Дорни повинні стикуватися, оскільки процес вулканізації окремими, навіть довгими до 150 м відрізками економічно невигідний.

На ряді підприємств застосовують безперервну вулканізацію в комбінованому вулканізаторі (рис. 4.12), на якому можна виготовляти рукава діаметром до 60 мм при температурі вулканізації до 250 °С і тиску до 0,7 МПа.

Цей агрегат є круглою сталевою трубою, до половини наповненої скляними кульками. Пара поступає через пористу керамічну трубу, а виходить через регульований клапан. Телескопічними патрубками один кінець труби сполучений з черв'ячним пресом 2, а інший кінець - з ущільнюючим пристроєм 3 і баком, в якому розміщений відбірковий пристрій.

1 - рукав; 2 - черв'ячний прес; 3 - пристрій для ущільнення; 4 - вулканізатор з псевдо-розрідженим шаром теплоносія; 5 - параперегрівач; 6 - вентиляція; 7 - змішувач; 8 - камера очищення рукава від теплоносія; 9 - паровий вулканізатор; 10 - затвор; 11, 14 - секції охолоджування під тиском; 12 - повітряне ущільнення; 13 - насос; 15 - холодильник

Рисунок 4.12 - Схема комбінованого вулканізатора для рукавів

Тиск у вулканізаторі регулюється клапанами на вході і виході пари. У головці черв'ячного преса 2 рукав на гнучкому дорні покривається зовнішнім шаром гуми і поступає у вулканізатор 4 з псевдорозрідженим шаром теплоносія.

Вулканізатор складається з трьох основних секцій (одна парова, дві - водяного охолоджування під тиском); телескопічного патрубка, що примикає до головки черв'ячного преса; вузла видалення кульок з поверхні рукава; ущільнень і та ін. Парова і охолоджувальна секції розділені діафрагмами, в простір між якими подають повітря.

Вода з секції, що охолоджує, 11 під тиском протікає послідовно через зазори, утворені рукавом і діафрагмами, в бак, з якого знову потрапляє в секцію, що охолоджує, 14. Вулканізатори подібного типу обов'язково мають секцію попереднього охолоджування рукава, щоб уникнути утворення місцевого здуття і пір в зовнішньому шарі рукава при виході його з вулканізатора. Розділення водяного і парового середовищ відбувається за допомогою спеціальної гумової діафрагми. Вода, що пройшла через діафрагму, стікає у вертикальну трубу; рівень її регулюється датчиком.

Установка безперервної дії фірми «Крупп» складається з двох, встановлених один за одним екструдерів з головками, що працюють за принципом дисипативного розігрівання матеріалу, і розташованого між ними першого вулканізатора, де теплоносієм є гаряче повітря, а також машини для навивки силового шару. За допомогою першої головки екструзії виготовляється камера рукава, після цього здійснюється підвулканізація її в каналі гарячого повітря, а потім армування нитяним оплетенням, металевим дротом або тканиною. Після завершення армування слідує нанесення зовнішнього шару на другій машині екструзії. Як остання робоча операція здійснюється вулканізація в другому тунелі гарячим повітрям, охолоджування і намотування готового рукава па бобіни.

Слід зазначити, що впровадження нових процесів і устаткування для виробництва рукавів, особливо ліній, що включають безперервну вулканізацію, різко підвищує ефективність виробництва і покращує якість виробів, що випускаються. Підвищення ефективності рукавного виробництва відбуватиметься по шляху його подальшої спеціалізації, використанні високоавтоматизованого спеціального устаткування, здійснення багатьох стадій процесів виготовлення за безперервною схемою, що дозволить повністю механізувати і автоматизувати рукавне виробництво.

4.4 Контроль якості рукавів

Технічні характеристики рукавів підтверджують результатами випробувань, яким піддають залежно від їх конструкції і призначення. Основним способом перевірки якості рукавів є випробування гідравлічним тиском.

При проведенні гідравлічних випробувань розрізняють випробувальний тиск, при якому протягом 10 хв не повинно спостерігатися пропускання води на поверхню навіть у вигляді найдрібніших крапель, і руйнуючий, при якому порушується цілісність рукава. Залежно від технічних вимог вибирається запас міцності, що є відношенням руйнуючого тиску Р_руйн. до робочого Р_роб. Орієнтовні значення запасів міцності напірних рукавів різного призначення приведені нижче:

для транспортування рідин при низькому

і середньому тиску 2,5-3,0

для транспортування рідин при високому тиску

- у статичних умовах 3,0

- у динамічних умовах 4,0

для транспортування рідин в агрегатах 3,5-4,0

для транспортування газів 5,0

для транспортування гарячих рідин 5,0-8,0

для транспортування пари 6,0-10,0

При випробуванні на міцність в рукав подають тиск, рівний руйнуючому, тобто Р_руйн., збільшений на запас міцності каркаса. Якщо рукав не руйнувався при такому тиску, він вважається таким, що витримав випробування.

Перевірку герметичності проводять подачею в рукав випробувального тиску Р_випр., який перевищує номінальний робочий тиск Р_роб. в 1,25-2 рази і витримують протягом 3-5 мин. Якщо при цьому на рукаві не виявиться течі, роси, розривів або здуття, вважається, що рукан герметичний. Випробовують рукава на герметичність зазвичай вибірково, в межах 0,1-2,0 % від партії. У ряді випадків, наприклад у виробництві бурових рукавів з кінцевою арматурою, перевіряють кожен рукав.

Важливими чинниками при проведенні гідравлічних випробувань є швидкість підвищення тиску і температура навколишнього середовища. Відповідно до стандарту ІСО 1402 швидкість підвищення тиску при статичних випробуваннях при 23±2 °С повинна бути від 0,075 до 0,175 МПа/с для рукавів з розривним тиском до 12,5 МПа; від 0,35 до 1,0 МПа/с - для рукавів з руйнуючим тиском більше 12,5 МПа.

Якість рукавів перевіряють інструментально і візуально. Розміри елементів рукавів перевіряють вимірювальними приладами, що забезпечують задану точність вимірювань: штангенциркулем, товщиноміром, вимірювальною лінійкою, стінкоміром індикаторним, рулеткою, мікроскопом. Наприклад, для вимірювання зовнішнього діаметру верхнього металевого оплетення оплітального рукава по колу зрізають шари, що знаходяться над оплетенням, не менше 2,5 d_вн від кінця рукава у вигляді кільця шириною 8-10 мм і проводять виміри штангенциркулем.

Внутрішній діаметр рукава вимірюють циліндровими калібрами, при цьому прохідна сторона калібру повинна проходити в рукав на відстань 50 мм від кінця рукава. Довжину рукава визначають вимірювальною лінійкою або рулеткою.

Стан поверхні і зовнішній вигляд рукавів оцінюють візуально.

4.5 Практичні завдання для самостійної роботи

1. Запропонувати конструкцію напірного рукава низького тиску для передачі бензину, вказати його тип , прийняти армуючий матеріал та розробити рецептуру гумової суміші для внутрішньої камери цього рукава.

2. Запропонувати конструкцію напірного рукава низького тиску для передачі молока, вказати його тип, прийняти армуючий матеріал та розробити рецептуру гумової суміші для внутрішньої камери цього рукава.

3. Запропонувати конструкцію напірного рукава низького тиску для передачі води, вказати його тип, прийняти армуючий матеріал та розробити рецептуру гумової суміші для внутрішньої камери цього рукава.

4. Запропонувати конструкцію напірного рукава низького тиску для передачі піску від піскоструминої установки, вказати його тип, прийняти армуючий матеріал та розробити рецептуру гумової суміші для внутрішньої камери цього рукава.

5. Запропонувати конструкцію напірного рукава низького тиску для передачі нафти, вказати його тип, прийняти армуючий матеріал та розробити рецептуру гумової суміші для зовнішнього шару цього рукава.

6. Запропонувати конструкцію напірного рукава низького тиску для передачі штукатурного складу, вказати його тип, прийняти армуючий матеріал та розробити рецептуру гумової суміші для зовнішнього шару цього рукава.

7. Запропонувати конструкцію напірного рукава високого тиску для передачі стисненого повітря, прийняти армуючий матеріал та розробити рецептуру гумової суміші для внутрішньої камери цього рукава.

8. Запропонувати конструкцію напірного рукава високого тиску для передачі води, прийняти армуючий матеріал та розробити рецептуру гумової суміші для внутрішньої камери цього рукава.

9. Розробити технологічну схему виробництва напірних бездорнових рукавів навивочної конструкції.

10. Розробити технологічну схему виробництва напірних рукавів дорновим способом з опліткою нитками.

11. Запропонувати та обґрунтувати безперервний спосіб вулканізації рукавів.

12. Запропонувати конструкцію напірного рукава середнього тиску для передачі азоту, прийняти армуючий матеріал та розробити рецептуру гумової суміші для внутрішньої камери цього рукава.

13. Запропонувати конструкцію напірного рукава середнього тиску для передачі 10% розчину НСl, прийняти армуючий матеріал та розробити рецептуру гумової суміші для внутрішньої камери цього рукава.

14. Вимоги до тканин в виробництві напірних рукавів. Запропонувати тканину, що дозволяє зменшити кількість силових шарів в конструкції рукава.

15. Порівняти конструкції силових каркасів напірних рукавів і запропонувати раціональну конструкцію для рукавів низького тиску.

СПИСОК ЛІТЕРАТУРИ

1. Лепетов, В.А. Расчет и конструирование резиновых технических изделий и форм [Текст] /В.А. Лепетов. – Л.: Химия, 1972. – 312 с.

2. Мартин, Дж. М. Производство и применение резинотехнических изделий [Текст] / Дж. М. Мартин, У.К. Смит. – М.: Химия, 1981. – 264 с.

3. Махлис, Ф. А. Современное состояние производства конвейерных лент (материалы, технология, свойства) [Текст] / Ф.А. Махлис, Л.Б. Томчин, Д.Л. Федюкин, И.И Леонов. - М.:ЦНИИТЭнефтехим, 1983. - 46 с.

4. Применение резиновых технических изделий в народном хозяйстве [Текст] / Под ред. Д. Л. Федюкина. - М.: Химия, 1986. – 240 с.

5. Осошник, И. А. Практикум по технологии резиновых изделий [Текст]: учеб. пособие для вузов / И.А. Осошник, В.С. Шеин. - Л.: Химия, 1989. - 224 с.

6. Махлис, Ф. А. Конвейерные ленты [Текст] / Ф.А. Махлис, И.И. Леонов, О.Г. Карбасов, В.В. Никитин. – М.: Химия, 1991. – 184 с.

7. Жовнер, Н. А. Структура и свойства материалов на основе эластомеров [Текст] /Н.А. Жовнер, Н.В. Чиркова, Г.А. Хлебов. – Омск: Вят. гос. университет, 2003. – 276 с.

8. Шутилин, Ю. Ф. Справочное пособие по свойствам и применению эластомеров [Текст]/ Ю.Ф. Шутилин. - Воронеж: Воронеж. гос. технолог. академия, 2003. – 872 с.

9. Осошник, И. А. Производство резиновых технических изделий [Текст] / И.А. Осошник, Ю.Ф. Шутилин, О.В. Карманова. – Воронеж: Воронеж. гос. технолог. академия, 2007. - 972 с.

10. Корнев, А. Е. Технология эластомерных материалов [Текст] / А.Е. Корнев, А.М. Буканов, О.Н. Шевердяев. – М.: НППА „Истек”, 2009. – 504 с.

11. Аверко-Антонович, Ю.О. Технология резиновых изделий [Текст] / Ю.О. Аверко-Антонович, Р.Я. Омельченко, Н.А. Охотина, Ю.Р. Эбич. – Л.: Химия, 1992. – 352 с.

12. Перепелкин, К.Е. Армирующие волокна и волокнистые полимерные композиты [Текст] / К.Е. Перепелкин - СПб.: Научные основы и технологии, 2009. - 380 с.

13. Люсова, Л.Р. Армирующие материалы, применяемые при производстве резиновых изделий. Учебно-методическое пособие [Текст] / Л.Р. Люсова, А.М. Буканов, В.С. Кузин, Н.Я. Овсянников, Ю.А. Наумова. – М.: МИТХТ им. М.В. Ломоносова, 2010. - 47 с.