Исследование изнашивания самотечных зернопроводов (самотеков) потоком риса-зерна

СОДЕРЖАНИЕ
2
ВВЕДЕНИЕ...........................................................6
.‘'ЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗНАШИВАНИЯ САМОТЕКОВ ПОТОКОМ
ЛИСА-ЗЕРНА..........................................................9
1.1. Выбор объекта и предмета исследования........................9
1.1.1. Объект и предмет исследования............................9
1.1.2. Классификационный и терминологический
аспекты предмета исследования............................ 16
1.2. Анализ основных исследований, посвященных
изнашиванию потоком абразивных частиц........................ 18
1.2.1. Основные экспериментальные данные по исследованию процессов изнашивания потоком
абразивных частиц........................................ 18
1.2.2. Представления о механизме абразивного изнашивания
и изнашивания потоком абразивных частиц...................24
1.2.3. Основные теории изнашивания потоком абразивных частиц 28
1.3. Типы лабораторных установок для изучения
изнашивания потоком абразивных частиц........................39
1.4. Задачи исследований.........................................41
ГЛАВА 2. МОДЕЛИРОВАНИЕ ИЗНАШИВАНИЯ ПОТОКОМ
АБРАЗИВНЫХ ЧАСТИЦ..................................................44
2.1. Физическое моделирование изнашивания
потоком абразивных частиц....................................44
3
2.1.1. Общая физическая модель изнашивания
потоком абразивных частиц...................................44
2.1.2. Физическая модель изнашивания потоком абразивных
частиц на основе теории размерностей........................57
2.1.3. Моделирование изнашивания потоком
абразивных частиц на установке с ЦУ.........................60
2.1.4. Моделирование изнашивания самотеков
потоком риса-зерна.........................................65
2.2. Определение технических характеристик и выбор коне ! рукгивных размеров установки
с центробежным ускорителем (ЦУ)................................67
2.3. Описание геометрических и физико-механических харакгерисгик риса-зерна и кварцевого песка.........................72
ГЛАВА 3. ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫЕ ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗНАШИВАНИЯ ПОТОКОМ АБРАЗИВНЫХ
ЧАСТИЦ.............................................................. 80
3.1. Задачи экспериментальных исследований.........................80
3.2. Объекты экспериментальных исследований (материалы)............80
3.3. Определение необходимого числа измерений потерянных
масс образцов на аналитических весах...........................82
3.4. Определение абразивной способности цветковых
оболочек риса..................................................84
3.4.1. Описание экспериментальной установки для определения абразивной способности цвеупковых оболочек риса.............84
3.4.2. Подготовка и реализация эксперимента по определению абразивной способности цветковых оболочек риса...............87
3.4.3. Заключение об абразивной способности и абразивных
свойствах цветковых оболочек риса...............................91
4
3.5. Экспериментальные исследования физической
модели изнашивания потоком абразивных частиц.................93
3.5.1. Определение скорости и угла вьтета абразивных
частиц из ротора установки с ЦУ...........................94
3.5.2. Планирование, подготовка и проведение экспериментальных исследований физической
модели изнашивания потоком абразивных частиц..............98
3.5.3. Обработка результатов исследований физической
модели изнашивания потоком абразивных частиц .........105
ГЛАВА 4. ИССЛЕДОВАНИЯ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ УДАРНОГО КОНТАКТА С ПОВЕРХНОСТЬЮ ЧАСТИЦЫ,
НАПРАВЛЕННОЙ ПОД УГЛОМ
К ЭТОЙ ПОВЕРХНОСТИ................................................118
4.1. Математическая модель ударною контакта с поверхностью частицы, направленной под углом к этой поверхности.........118
4.1.1. Постановка задачи и основные допущения.................118
4.1.2. Обоснование метода решения математической модели.......120
4.1.3. Математическая модель ударного контакта
с изнашиваемой поверхностью твердой сферы,
направленной под углом к этой поверхности................127
4.2. Расчет параметров в контакте твердой сферы с поверхностью
на основе математической модели............................ 130
4.3. Реализация решения математической модели: расчет ИДС в контакте твердой сферы с поверхностью
МКЭ САПР «Звезда - М+»......................................137
5
4.4. Расчет объема лунки и величины контактной площадки при ударном контакте с пластической поверхностью твердой сферы, направленной под углом к этой поверхности......160
4.5. Сравнение результатов исследований
физической и математической моделей.....................169
4.6. Расчет толщины защитного полиуретанового покрытия.....177
ЗЫВОДЫ...................................................... 179
ЗПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ.............................. 181
ПРИЛОЖЕНИЯ ............................................... 200
ПРИЛОЖЕНИЕ П1. ТАБЛИЦЫ ГЕОМЕТРИЧЕСКИХ РАЗМЕРОВ А РАСЧЕТА ПОКАЗАТЕЛЕЙ ФОРМЫ ЧАСТИЦ
5ИСА-ЗЕР11А И КВАРЦЕВОГО ПЕСКА.............................. 201
ПРИЛОЖЕНИЕ П1.1. Рис-зерно. Геометрические размеры
и расчет показателей формы частицы.......................202
ПРИЛОЖЕ11ИЕП1.2. Кварцевый песок. Геометрические размеры
и расчет показателей формы частицы.......................203
ПРИЛОЖЕНИЕ П1.3. Кварцевый песок. Измерения размеров
частиц микрометром...................................... 204
ПРИЛОЖЕНИЕ 112. ДАННЫЕ ЭКСПЕРИМЕНТОВ №№ 1-6, 8-13,15-21 .... 205
ПРИЛОЖЕНИЕ ПЗ. ПРОГРАММА РАСЧЕТА ОБЪЕМА VI ..................225
ПРИЛОЖЕНИЕ П4. ПРОГРАММА РАСЧЕТА ПЛОЩАДКИ 81 ................226
ПРИЛОЖЕНИЕ П5. ПРОГРАММА РАСЧЕТА
ЭБЪЕМА У81 ..................................................227
ПРИЛОЖЕНИЕ П6. ПРОГРАММА РАСЧЕТА ОБЪЕМА УС1..................228
ВВЕДЕНИЕ
6
Астраханская область занимает второе место в России по производству >иса. Природные условия и обилие воды дают возможность занять рисом Зольшис площади. Под рисовые оросительные системы можно отводить юдтошшемые и заболоченные земли, которые не пригодны для других сельскохозяйственных культур. Одна из существенных проблем *ерноперерабатывающей отрасли - интенсивное изнашивание самотечных зернопроводов (самотеков) зранспортирующимся по ним рисом-зерном 1107].
Общая протяженность самотеков только в производственном помещении Астраханского крупяного завода (АКЗ) составляет более 3000 м. В производственном помещении АКЗ из-за износа самотеки в локальных зонах, где поток зерна направлен под углом к внутренней поверхности самотека, приходится заменять новыми каждый месяц. Потребность в жести на АКЗ для замены изношенных самотеков составляет до 20 т при переработке в год 30 гыс. т зерна. Такое положение наблюдается повсеместно. Только в элеваторной промышленности России ежегодно производится ремонт или замена примерно 500 тыс. м. самотечных труб (более 3 тыс. т. металла) [201].
Локальные протертости самотеков приводят к дополнительным потерям материалов и зерна, увеличивают загрязненность воздуха, ухудшают условия работы обслуживающего персонала. Наиболее быстро выходят из строя те самотеки, по которым транспортируется неочищенное рис-зерно. Наиболее опасен местный износ самотеков, который проявляется в местах излома оси самотека (колена, вводы и т.д.) и, который сопровождается появлением сквозных отверстий в этих локальных зонах - самотеки протираются за 30-50 часов работы. Здесь реализуется режим изнашивания потоком риса-зерна, направленным под углом к изнашиваемой поверхности, - изнашивание потоком абразивных частиц - один из самых интенсивных видов изнашивания.
При всем том, что изнашиванию потоками абразивных частиц посвящено большое количество теоретических и эмпирических работ, изнашиванию
амотеков посвящено весьма ограниченное число работ, в которых обобщается ксплуатационный опыт и предлагаются мероприятия, повышающие их [ЗНОСОСТОЙКОСТЬ.
Цель работы: исследование механизма изнашивания внутренней
юверхности локальных зон самотеков потоком риса-зерна, где поток саправлен под углом к изнашиваемой поверхности, с целью изучения уществующих условий работы самотеков и обоснования мероприятий, ювышающих износостойкость этих наиболее нагруженных локальных зон.
Методы исследования, методологической основой исследования является физическое и математическое моделирование. При анализе математической подели сопоставлены результаты теоретических и экспериментальных ^следований. Экспериментальные исследования выполнены на физической подели с использованием методов математической статистики по тланированию эксперимента и по обработке экспериментальных данных. Теоретические исследования выполнены на базе положений теории размерностей, теории упругости и пластичности. Решение математической модели осуществлено с помощью метода конечных элементов, реализованного в САПР «Звезда - М +».
Научная новизна работы:
1. На основе теории внешнего трения твердых тел с учетом возникающих в контакте нормальных и касательных давлений разработана математическая модель ударного контакта изнашиваемого полупространства с твердой сферической частицей, направленной под углом к этому полупространству.
2. Определены абразивные свойства риса-зерна: форма частиц риса-зерна, абразивная способность цветковых оболочек риса.
3. Разработана методика расчета величины объемных потерь пластических материалов, изнашиваемых потоком твердых сферических частиц, направленным под углом к изнашиваемой поверхности.
4. Получены аналитические зависимости, позволяющие установить ричину нестабильности скорости и угла вылета абразивной частицы из ротора (спытательной установки с центробежным ускорителем.
Научные положения, защищаемые автором:
1. Физическая модель изнашивания внутренней поверхности самотека ютоком риса-зерна в локальных зонах, где поток направлен под углом к этой юверхности.
2. Математическая модель ударного контакта с полупространством 'вердой сферической частицы, направленной под углом к этому юлупространству.
3. Результаты экспериментальных исследований физической модели.
4. Методика расчета толщины полиуретанового покрытия локальных зон щутренней поверхности самотеков, подвергающихся воздействию потока риса-*ерна.
Практическая ценность работы:
1. На основе анализа результатов исследования физической модели получена оценка существующих условий изнашивания стальных самотеков потоком риса-зерна.
2. На основе анализа математической модели ударног о контакта твердой сферической частицы с полупространством и анализа напряженного и деформированного состояния поверхностных слоев этого полупространства получена теоретическая оценка существующих условий изнашивания жестяных и стальных самотеков потоком риса-зерна и разработана методика расчета толщины полиуретанового покрытия локальных зон внутренней поверхности самотека, подвергающихся воздействию потока риса-зерна.
3. Разработана методика испытания материалов на изнашивание потоком риса-зерна с использованием установки с центробежным ускорителем.
9
ЛАВА 1. СОСТОЯНИЕ ВОПРОСА ИССЛЕДОВАНИЯ ИЗНАШИВАНИЯ
:амотеков потоком риса-зерна
Имеется значительное количество теоретических и экспериментальных ■абот, посвященных исследованию абразивного изнашивания и изнашивания ютоком абразивных частиц. Значительный вклад в изучение абразивного снашивания и изнашивания потоком абразивных частиц минеральных штериалов внесли: М.М. Хрущов, И.В. Крагельский, Б.И. Костецкий, В.Н. Сащеев, М.М. Тененбаум, И.Р. Клейс, Е.Ф. Непомнящий, Н.С. Пенкин, Г.М. Сорокин, С.П. Козырев, Л.И. Погодасв, I. Finnie, J.G.A. Bitter, 1.М. Hutchings,
I.E. Winter и др. В области изучения изнашивания частицами зерновых культур 1звестны работы А.Э. Балакира, В.В. Кузнецова, М.М. Тухватуллина и юкоторых других. При всем том, что изнашиванию потоком абразивных шегиц посвящено большое количество теоретических и экспериментальных )абот, изнашиванию самотеков посвящено весьма ограниченное число работ, в соторых обобщается опыт эксплуатации самотеков и рассматриваются иероприятия, снижающие их износ. Результаты исследований изнашивания viaTepnanoB потоками частиц минеральных материалов (кварцевый песок, <орунд) не могут быть распространены на изнашивание материалов потоком застиц риса-зерна, так как физико-механическис характеристики (ФМХ) и абразивные свойства частиц риса-зерна и минеральных материалов разные. Существует необходимость обоснования мероприятий, повышающих износостойкость самотеков.
1.1. Выбор объекта и предмета исследования
1.1.1. Объект и предмет исследования
Условия работы самотеков достаточно жесткие. При установившемся движении «зернового потока» по поверхности трения при различных режимах
10
коло 70 % зерновок ориентировано длинной осью параллельно поверхности рения. На боковых поверхностях зерновок расположены выступы, ыполняющие роль режущих кромок. Зерновой поток там, где ранспортируется исходная смесь до предварительной очистки, представляет обой основную культуру с примесью минеральной фракции [92, 94]. Наиболее ипичен износ внутренней поверхности стальных поверхностей в виде вмятин рисок) с разным уровнем деформированности поверхности. Обычно одна •торона рисок более пологая, а другая завершается валиком, который вдавливается в направлении движения зернового потока. Подобный характер ледов износа свидетельствует о том, что изнашивание происходит в массе 1бразивных частиц, а при изменении направления движения зерна в местах «атома оси самотека - потоком, направленным под углом к изнашиваемой юверхности. Таким образом, элементы самотечного трубопровода юдвергаются двум видам воздействий: истиранию и ударным нафузкам при изменении направления движения зерна в коленах, вводах и т.д. [43, 201]. Эсмотр самотека круглого сечения указывает, что наибольшему износу тодвержена средняя часть самотеков в сечении относительно потока зерна. Самотеки круглого сечения при одной и той же толщине материала изнашиваются быстрее, чем самотеки прямоугольного сечения [43, 186]. Наиболее опасен местный износ самотеков, который проявляется в местах излома его оси, и который сопровождается появлением сквозных отверстий. На технологической линии производственного помещения АКЗ по наблюдениям автора самотеки из жести 0,8 мм на отдельных участках (колена) изнашиваются за 2-3 дня непрерывной работы. «Замена самотеков требует остановки технологических линий, следовательно, снижается их эксплуатационная производительность, а ремонт при помощи сварки без демонтажа самотека недопустим из-за высокой запыленности рабочих помещений по условиям взрывобезоиасносги. Поэтому на предприятиях, особенно в период заготовок и послеуборочной обработки зерна, самотеки со сквозными отверстиями
11
емонтируют путем заделки отверстий кусками транспортерной ленты, юшковины и другими материалами» [150].
Отдельные элементы зернопроводов изнашиваются до предельного остояния (появления сквозного отверстия) за 30-50 часов работы, в то время :ак на ворохе пшеницы наиболее нагруженные элементы зернопроводов снашиваются за 400-600 часов работы [94]. В металлических самотеках сруглого сечения диаметром 300 мм и прямоугольного сечения 300x300 мм с олщиной стенок 3 мм сквозные отверстия появляются на наиболее опасных участках после транспортирования 40...70 тыс. т риса-зерна и 200 тыс. т пненицы 1201 ]. По другим данным, в местах наибольшего износа уменьшение толщины стальных пластин достигает 2,7 мм после транспортирования 185 тыс. г пшеницы и 0,9 мм после транспортирования 20 тыс. т риса-зерна [43].
Потребность в жести на АКЗ для замены изношенных самотеков зоставляет до 20 т при переработке в год около 30 тыс. т зерна, т.е. около 100 т з сутки. В 1994 году это составило, например, в ценах того времени - более 10 млн. руб. (обслуживание самотеков - около 300 тыс. руб. в квартал, 800 тыс. руб. - стоимость одной тонны жести.), т.е. около 2 % от общей суммы прибыли. Самотеки изготовленные из жести 0,8 мм заменяют новыми каждый месяц.
Скорость движения зерна по стальным самотечным зернопроводам должна быть ограничена величиной 15...17,5 м/с по технологическим соображениям: с увеличением скорости удара количество поврежденного риса-зерна резко возрастает [62, 182]. Действительно, .скорость движения зерна на отдельных участках самотеков достигает величины в 10 м/с [201].
Для самотеков наиболее часто встречающиеся углы наклона самотеков: 35, 45, 54, 60, 70 . Углы наклона самотечных труб, расположенных до зерносушилок должны быть не менее 45°, во всех остальных случаях - 36° [91, 113]; материал самотеков - жесть по ГОСТ 13345 - 85 [208]. Толщина слоя олова находится в пределах 1-25 мкм [155]. Для изготовления самотеков используются стальные трубы по ГОСТ 1050 - 88 и ГОСТ 380 - 88 (стали Ст 3, 08 кп, 10) [204,205].
12
При решении задачи повышения износостойкости предложены инструктивные, технологические и эксплуатационные методы повышения гэносостойкости самотеков. Конструктивные: использование тормозящих »лементов, установленных внутри трубы, - снижение скорости движения зерна 140, 182]; соединения труб, в которых стенки частично защищены слоем фодукта [114], - локальное устранение соприкосновения рабочей поверхности грубопровода с движущимся зерном в коленах и т.д.; применение таких деталей самотеков, в которых «предусмотрен резерв металла на износ» - увеличение толщины стенки трубопровода в местах наибольшего давления; создание шодушки» из частиц транспортируемого материала путем подачи потока воздуха в определенных местах [123]; изготовление самотеков прямоугольного течения [150]. Недостатки этих способов: снижение скорости
транспортирования зерна тормозными устройствами - увеличение массы самотека, значительные затраты труда и материала на изготовление устройства, скапливание зерна и пыли и, вследствие этого, необходимость ручной зачистки самотеков после пропуска каждой партии продукта [150]; изготовление самотеков предусматривающих «резервирование» - технически сложно; изготовление самотеков прямоугольного сечения экономически невыгодно [150]. Технологические: наплавка; напыление; поверхностное упрочнение; футеровка различными неметаллическими износостойкими материалами [123]; футеровка ферросплавами [8, 188]; иолимерминеральными покрытиями -композициями на основе полимерных порошковых покрытий, наносимых напылением и минерального порошка послойно с последующим прикатыванием [149]; упрочняемыми композиционными покрытиями системы железо-кремний [77] и др. Тонкие покрытия (гальванические, термодиффузионные и др.) не дают большого эффекта. Электроискровое упрочнение твердыми сплавами может найти применение только при упрочнении дорогостоящих деталей [123]. Эксплуатационные: повышение точности монтажа, регулярное изменение положения быстроизнашиваемых
13
злов и деталей (например, труб, если они быстроразъемные), увеличение лотности потока [ 123].
М.М. Тухватуллин [43, 201] провел анализ научно-технической
[итературы и патентные исследования по трубопроводам, предназначенным [ля транспортировки сыпучих материалов, подверженных абразивному износу, пго позволило ему разработать классификацию способов увеличения срока лужбы самотеков, а также сформулировать требования к материалам самотеков. Требования к самотекам: рабочая поверхность должна быть 'стойчивой к истиранию и ударным воздействиям зерновой массы; иметь /(алый коэффициент трения; материал самотека должен быть допущен к сонтакту с пищевыми продуктами и отвечать условиям южаровзрывобезопасности; обеспечивать необходимую пропускную шособность зерна; обладать устойчивостью к коррозии и малой массой: .гатсриал должен отвечать технологическим требованиям изготовления элементов самотечного устройства. Анализ способов увеличения сроков службы прубопроводов, подверженных абразивному износу, показал, что наиболее приемлемым является футеровка износостойкими полимерными материалами. Эмпирически установлено, что наибольшая износостойкость обеспечивается применением полиуретанового листа толщиной не менее 2 мм при плотном прилегании его к самотеку. Износостойкость листов из полиуретана с увеличением ;толщины с 2,0 до 8,0 мм практически не изменяется. Целесообразно футеровать только рабочую поверхность, которая примерно равна половине периметра. По данным Н.Н. Пенкина толщину резинового слоя рекомендуется принимать для гуммирования деталей не менее 10-12 мм, в других случаях - не менее, чем в 1,5-2 раза большей глубины внедрения частицы при ударе [138].
Знание некоторых особенностей биологии зерна риса необходимо для объяснения низкой износостойкости самотеков. В Астраханской области наиболее широко районирован сорт риса «Кубань 3». Ядро зерна риса в большей степени склонно к растрескиванию и дроблению, чем ядра других
14
ерновых культур [5, 62]. Изнашивающая способность цветковых оболочек *узги) риса обусловлена их строением [111, 198].
[ветковая оболочка состоит из четырех главных слоев (см. рис 1.1 и 1.2) [ 198]. внешний (первый) слой (эпидермис) покрыт толстым слоем насыщенных ремнием волнообразных клеток, среди которых находятся волоски. Под иидермисом (второй слой) находятся волокна склеренхимы, или гиподермы; олстые стенки клеток содержат лигнин и кремний. Третий слой представлен длиненными, волнообразными и короткими или четырехугольными клетками убчатой паренхимы. Четвертый слой - внутренний эпидермис. Внешняя убчатая поверхность озоленной лузги и внутренняя светлая поверхность и шжележащий слой не отличаются от соответствующих частей неозоленной гузги, что свидетельствует о высоком содержании кремния. Промежуточный уюй содержит сравнительно мало кремния и легко разрушается при озолении. Наибольшей концентрации кремнезем достигает в цветковых оболочках »ерновок. Содержание кремнезема в них составляет около 20 % от сухого ющества [4].
Установленная микротвердость оболочек зерновки риса (без цветковых эболочек) составляет около 310 МПа [93]. По шкале Мооса показатель
твердости цветковых оболочек риса составляет 5,5..6,5 [198]. Поскольку
юказатели твердости по Моосу означают сопротивление веществ нанесению на *их царапин, то цветковые оболочки - абразивный материал [13, 56, 198]. Абразивы, имеющие показатель твердости по Моосу 4..6, относятся к
абразивам средней твердости, а показатель свыше 6 - к твердым абразивам [76]. Таким образом, износ самотеков имеет абразивный характер, но «абразивность» риса-зерна определена только в сопоставлении с другими сельскохозяйственными культурами [99]. Относительная изнашивающая способность семян риса по пшенице - 3,9 [93, 99]. В связи с этим необходимо изучение абразивных свойств риса-зерна и сопоставление их с абразивными свойствами хорошо изученного абразивного минерального материала,
например, кварцевого песка. При изучении абразивного изнашивания широко
15
Рис. 1.1. Поперечный разрез затвора цветковых чешуи (по Хейму де Бальзаку, увеличено в 400 раз):
1 - верхняя цветковая чешуя. 2 - нижняя цветковая чешуя, 3 - кутикула, 4-нижний эпидермис, 5 - верхний эпидермис, 6 - склеренхима, 7 - продольные клетки, 8 - трубчатые клетки, 9 - сосудистый узел [198]
5
Рис. 1.2. Поперечный (вверху, увеличено в 400 раз) и продольный (внизу, увеличено в 300 раз) разрезы нижней цветковой чешуи
(по Хейму де Бальзаку):
I - внешний эпидермис, 2 - кутикула, 3 - выступ кремнистого покрытия, 4 -продольные кремнистые полоски, 5 - волосок, 6 - волокна склеренхимы, 7 -разветвленные клетки склеренхимы, 8 - трубчатые клетки, 9 - продольные клетки, 10 - внутренний эпидермис [198]
16
зучалась «абразивность» минералов и горных пород при работе инструмента эрных машин 1178], «абразивная способность» почв [12, 42, 178, 185], абразивность» абразивных материалов [56].
Рис-зерно - объект, который имеет свои ФМХ. Подробно они рассмотрены о второй главе настоящей работы. Рис-зерно при влажности менее 8 % ведет ебя как хрупкое, переход от сухого состояния к влажному увеличивает тносительную деформацию, снижает предел прочности и условно-мгновенный юдуль упругости, таким образом, с ростом влажности снижаются упругие и озрастаюг пластические свойства зерна. Л.М. Жислин и Е.Н. Гринберг, сследуя диаграммы разрушения зерна усилиями сжатия, установили, что .иаграммы, характерные для деформации сжатия всех видов зерновых культур 33, 38], указывают на скачкообразное изменение деформации без увеличения силия. Такое разрушение присуще хрупким телам. По их данным при лажности больше 17 % характер разрушения изменяется от хрупкого к [ластичному.
Таким образом, объектом настоящих исследований является локальные оны самотеков, транспортирующих рис-зерно, где реализуется изучаемый вид □нашивания поверхности потоком абразивных частиц. Предметом хсследований является изнашивание самотеков потоком риса-зсрна.
.1.2. Классификационный и терминологический аспекты предмета (сследования
В настоящее время разработка классификации видов изнашивания далека гг своего завершения из-за сложности физической природы процессов, фотекающих при изнашивании и недостаточного их понимания. Разнообразие шдов изнашивания и специфичность условий их протекания привели к тому, 1то разные авторы при классификации видов изнашивания, принимая за шределяющие один или несколько признаков, создавали разные слассификации, например, общепринятая в настоящее время классификация
Л.М. Хрущова - по служебным признакам [197]. По классификации М.М. Срущова, рассматриваемый вид изнашивания потоком частиц риса-зерна [окальных зон самотеков, где поток направлен под углом к изнашиваемой юверхности относится к изнашиванию в струе абразивных частиц (потоком .бразивных частиц), что по ГОСТ 27674 - 88 [211] соответствует
'АЗО АБРАЗИВНОМУ (ГИДРОАБРАЗИВНОМУ) ИЗНАШШАНИЮ -
[знашиванию поверхности в результате действия твердых тел или твердых [астиц, увлекаемых потоком газа (жидкости). По ГОСТ 27674 - 88 всякое \БРАЗИВНОЕ ИЗНАШИВАНИЕ происходит в результате механического воздействия на него (резания или царапания) твердых частиц, находящихся в свободном или закрепленном состоянии, т.е. абразивное изнашивание ^осматривается прежде всего как явление механического характера. ГОСТ 13.201 - 78 [203], регламентирующий испытания на газоабразивное
«нашивание, фактически имеет в виду испытания на изнашивание потоками 1бразивных частиц, в то время как под газо- и гидроабразивными видами «нашивания сам М.М. Хрущов подразумевал самостоятельные виды «нашивания.
В литературе для обозначения вида изнашивания потоком абразивных *астиц используют термины: «эрозионное изнашивание» (т е. эрозию при ударе гвердых частиц) [153, 167] и др.; «ударное изнашивание» [69]. Но под «ударным изнашиваем» в настоящее время понимают изнашивание обусловленное ударом [23].
В настоящей работе использован термин «изнашивание потоком йбразивных частиц».
.2. Анализ основных исследований, посвященных изнашиванию потоком бразивных частиц
.2.1. Основные экспериментальные данные по исследованию изнашивания от о ком абразивных частиц
В области исследования изнашивания частицами зерновых культур прежде сего необходимо указать на работы В.В. Кузнецова, которые посвящены □нашиванию «зерновым потоком» преимущественно зерном пшеницы. В.В. Сузнецов большое значение придавал протекающим при изнашивании зерном (сталей оборудования трибоэлектрическим и окислительным процессам, но 'казывал, что нет оснований утверждать, что окислительный или ■лектроэрозионный износ является ведущим видом износа поверхностей рения, находящихся под воздействием зернового потока [92, 97]. Его ^следования многочисленных образцов листовой стали, подверженных □нашивания зерновыми потоками различных культур в лабораторных и созяйственных условиях, на оптических и электронных микроскопах показало ?а изношенной поверхности наличие пластического течения металла. Наличие заклепа на поверхности трения подтверждается повышением микротвердости пальных образцов после износа различными сельскохозяйственными культурами по сравнению с исходным состоянием в среднем на 10-15 кгс/см2 ’92-99].
К настоящему времени накоплен обширный экспериментальный материал по исследованию изнашивания потоком абразивных частиц минеральных материалов. Установлено, что изнашивание зависит от скорости удара и угла атаки частиц, абразивных свойств частиц: формы, размеров, твердости, абразивной способности и ФМХ изнашиваемого материала. Меньшее значение имеет концентрация потока частиц. Ниже приведены основные экспериментальные данные, касающиеся изнашивания в потоке частиц металлов, резин и пластмасс.
Влияние угла атаки. Под углом атаки понимается угол наклона вектора корости абразивной частицы в плоскости перпендикулярной к изнашиваемой оверхности. Изучение взаимосвязи между износом и углами атаки бразивного потока с переменным фракционным составом для металлов оказало, что зависимость между этими параметрами характеризуется кривой с очкой перегиба при углах атаки, соответствующих максимуму износа (знашиваемых материалов. Этот максимум зависит от скорости, размеров, юрмы абразивных частиц, содержания влаги в абразивном материале, вида ермообработки и химического состава сплава. Минимальный износ грослеживается при скользящем ударе абразивного потока под углом до 10° 37, 76, 167]. Имеется тенденция увеличения интенсивности изнашивания при 'величении угла атаки по мере повышения твердости [25].
Максимальный износ чисто пластических металлических материалов тблюдается при угле атаки около 20° [153].
Для хрупких неметаллических материалов максимум интенсивности «нашивания приходится на угол атаки 90° [76, 153, 219].
Пластмассы в газоабразивном потоке изнашиваются более интенсивно, юм стали [37]. Максимум износа в потоке абразива при скорости 82 м/с сварцевым песком крупностью 0,5-0,8 мм полиэтилена низкой плотности ПИП) и полиэтилена высокой плотности (ПВП) приходится на угол атаки в 35°
7], т.е. зависимость интенсивности изнашивания пластмасс от угла атаки выражается аналогично металлам кривой с одним максимумом. С повышением гемпературы увеличивается эластичность материала, максимум кривой передвигается к меньшим углам атаки.
Максимум на кривой интенсивности изнашивания эластомеров (резин) приходится на углы атаки 10-20°. С повышением твердости резины происходит смещение максимума вдоль оси углов атаки в сторону увеличения угла [37, 129, 130].
А. Моисеев установил, что при воздействии частиц измельченного зерна максимальный износ термообработанной стали марки 45 наблюдается при угле
20
таки, близком к 60° и максимальный износ стали Ст 3 наблюдается при угле таки близком к 40°. Износ зерном более твердых металлов имеет место при іольших углах атаки, а пластических - при меньших. [123]. Таким образом, при оздсйствии зерновыми потоками зависимости износа материалов имеют такой ■се характер как и при изнашивании потоками частиц минеральных материалов.
Влияние скорости абразивных частиц. Зависимость между интенсивностью изнашивания и скоростью частиц для металлов, пластмасс, ластомеров установлена И.Р. Клейсом [66, 76]
К = — = a-Vm, (1.1)
Q
де AI - абсолютный износ (весовой или объемный),
Q - масса (объем) абразива, вызвавшего износ ДІ,
а - коэффициент, зависящий от ФМХ изнашиваемого и абразивного іатериалов,
т - показатель степени,
V- скорость абразивных частиц.
Значение показателя т зависит от свойств изнашиваемого и абразивного материалов, соотношения твердостей изнашиваемого материала и абразива Чм/НА, угла атаки и влажности абразивных частиц [1]. Величина гп для жоростей до 100 м/с имеет устойчивые значения; для более высоких скоростей «меняется в более широких пределах. Для стали Ст 3 величина т составляет >,3; для закаленной стали 45 - 2,5, для эмали - 4...5, резины - 2,7...5,1, тластмассы - 2,5...4,2, металлических материалов - 2...3 [37, 76, 187]. Показатель степени скорости обнаруживает нечувствительность к уіикроструктуре материала, поэтому он не может быть критерием оценки эазличия между механизмами «эрозии» [153].
При скоростях частиц меньше 30 м/с резины по износостойкости мало этличаются друг от друга. При скоростях меньше 50 м/с износ резин