Результат интеллектуальной деятельности: СПОСОБ ИЗГОТОВЛЕНИЯ ЭЛАСТОМЕРНЫХ ЭЛЕМЕНТОВ МАШИН

Изобретение относится к химическому машиностроению, в частности к конструкции силовых, амортизирующих и уплотнительных эластомерных элементов транспортного, нефтегазового оборудования, общего машиностроения.

Известен метод прогнозирования изменения свойств резины при термическом старении (ГОСТ 9.713-86). Характер изменения свойств резины с течением времени имеет вид экспоненциальной зависимости и приведен в ГОСТ 9.713-86 (чертеж 2). Способ изготовления эластомерных элементов с учетом известного метода заключается в расчетном определении оптимальных параметров эластомерного элемента (материал, геометрические размеры), обеспечивающих его надежное функционирование на протяжении всего времени эксплуатации, при учете неизбежного ухудшения свойств резины с течением времени.

Недостатком способа изготовления эластомерных элементов с использованием известного метода является значительная трудоемкость (необходимость получения большого числа экспериментальных данных для проведения расчетов изменения свойств резины с течением времени) и малая надежность получаемых эластомерных элементов (расчеты производят на основании экспериментов с лабораторными образцами, геометрические размеры которых значительно отличаются от геометрических размеров реальных изделий).

Наиболее близким к заявляемому способу является способ изготовления резинометаллического амортизатора (патент RU 2261380, МПК F16F 3/08, опубл. 27.09.2005), заключающийся в изготовлении металлической арматуры, ее соединении с резиновым массивом, вулканизации и искусственном тепловом старении при температуре 60-100°С в течение 7-12 суток, имитирующем начальный срок эксплуатации амортизатора (2-3 года), при этом амортизатор изготавливают с заведомо заниженной жесткостью.

Недостатком известного способа является его недостаточная универсальность. Эластомерные элементы машин, не выполняющие функции амортизаторов, зачастую имеют гораздо меньший начальный срок эксплуатации и не могут быть изготовлены с заведомо заниженными характеристиками. Без проведения искусственного теплового старения, имитирующего начальный срок эксплуатации эластомерных изделий, свойства эластомера (резины) неизбежно ухудшаются с течением времени, что снижает их эксплуатационные характеристики и надежность.

Техническим результатом заявленного способа является повышение его универсальности при снижении трудоемкости изготовления эластомерных элементов машин и повышение их надежности.

Технический результат достигается за счет того, что после сборки и вулканизации эластомерных элементов машин их части, деформируемые в процессе работы, подвергают ускоренному термическому старению (нагреву до температуры, превышающей температуру окружающего воздуха) в свободном (недеформированном) состоянии, причем температуру и продолжительность ускоренного термического старения задают из расчета максимальной стабильности свойств эластомерного элемента (остаточной деформации, твердости и т.д.) в период его эксплуатации.

Сущность заявленного технического решения поясняется следующими чертежами:

фиг. 1 - общий вид эластомерного элемента (борта автомобильной шины) в начальном состоянии (А) и после монтажа на обод колеса (Б);

фиг. 2 - общий вид эластомерного элемента (резинового торцевого уплотнения) в начальном состоянии (А) и после сборки уплотняемого соединения (Б) с торцевым уплотнением;

фиг. 3 - общий вид борта автомобильной шины в оснастке для ускоренного термического старения по заявленному способу;

фиг. 4 - общий вид резинового торцевого уплотнения в оснастке для ускоренного термического старения по заявленному способу;

фиг. 5 - общий вид зависимости остаточной деформации резины от времени на лабораторных образцах (линия А), в реальных эластомерных элементах в процессе эксплуатации (линия Б) и при изготовлении эластомерных элементов по заявленному способу с их последующей эксплуатацией (линия В).

Использование эластомерных элементов в машиностроении основано на свойствах резины деформироваться под нагрузкой, при этом деформации могут превышать 50% от изначальных геометрических размеров эластомерного элемента. Соответственно, эластомерные элементы машин имеют деформирующиеся в процессе работы (рабочие) части 1 и недеформирующиеся части 2 (фиг. 1А, фиг. 2А).

Заявленный способ изготовления эластомерных элементов машин осуществляется следующим образом.

Эластомерный элемент собирают и вулканизуют по любой известной технологии, к примеру способом ручной сборки с последующей вулканизацией в автоклаве, после чего монтируют его в оснастку, конструкция которой обеспечивает нагревание деформируемых в процессе работы частей 1 эластомерного элемента (фиг. 3 и 4). При этом деформируемые в процессе работы части 1 находятся в свободном состоянии (не обжаты). Затем нагревают деформируемые в процессе работы части 1 эластомерного элемента до заданной температуры и выдерживают в течение заданного времени, при этом температуру и время задают из расчета максимальной стабильности свойств эластомерного элемента в период его эксплуатации (фиг. 5, линия В). При использовании заявленного способа используют только один график зависимости свойств резины от времени, что сокращает число необходимых предварительных экспериментов и, тем самым, снижает трудоемкость изготовления эластомерных элементов. Кроме того, график зависимости свойств резины от времени может быть построен для резины в эластомерном элементе любой конфигурации, что повышает универсальность заявленного способа.

Эластомерные элементы, изготовленные по заявленному способу, работают следующим образом.

Эластомерный элемент монтируют в рабочее положение (фиг. 1Б и 2Б), при этом рабочие части 1 эластомерного элемента деформируют на некоторую величину Δ, что обеспечивает необходимый режим функционирования машины, к примеру контактное давление в области обжатия рабочей части 1 резинокордного элемента, превышающее рабочее давление во внутренней полости эластомерного элемента (фиг. 1Б) или машины (фиг. 2Б). С течением времени, вследствие неизбежных процессов релаксации, остаточные деформации резины увеличиваются (фиг. 5), что означает снижение упругих свойств рабочих частей 1 и, соответственно, снижение величины деформирования Δ, создаваемой при монтаже эластомерного элемента. Релаксационные процессы в реальных эластомерных элементах включают в себя сравнительно быструю физическую релаксацию, обусловленную каландрованием резины, образованием химических связей при вулканизации и т.д., протекающую сравнительно быстро (в течение 2-3 дней) и медленно протекающую химическую релаксацию, что обеспечивает приближение характера зависимости свойств резины эластомерного элемента к экспоненциальному с ярко выраженной точкой перехода от сравнительно интенсивной релаксации (криволинейный участок) к приближенно прямолинейному участку.

Заявленный способ изготовления эластомерных элементов машин обеспечивает максимальную стабильность свойств эластомерного элемента в период его эксплуатации (минимизирует криволинейный участок зависимости свойств резины от времени, приходящийся на время эксплуатации эластомерного элемента), что обеспечивает сохранение величины деформирования Δ, создаваемой при монтаже эластомерного элемента в рабочее положение с течением времени.

Таким образом, заявленный способ изготовления эластомерных элементов машин обеспечивает достижение технического результата.