початок розділу Виробничі, аматорські радіоаматорські Авіамодельний, ракетомодельного Корисні, цікаві	хитрощі майстру електроніка фізика технології винаходи	таємниці космосу таємниці Землі таємниці Океану хитрощі Карта розділу
Використання матеріалів сайту дозволяється за умови посилання (для сайтів - гіперпосилання)

ВИНАХІД
Патент Російської Федерації RU2177408

СПОСІБ ПЕРЕРОБКИ зношених шин

Ім'я винахідника: Гур'янов Олександр Володимирович
Ім'я патентовласника: Гур'янов Олександр Володимирович
Адреса для листування: 117485, Москва, вул. Профспілкова, д.96, корп.4, кв.233, А.В.Гурьянову
Дата початку дії патенту: 2000.05.25

Винахід відноситься до техніки утилізації полімерних матеріалів і дозволяє при його використанні зменшити енерговитрати і підвищити продуктивність при переробці зношених шин різних транспортних засобів. Спосіб переробки зношених шин включає деформацію зношеної шини шляхом додатка до її бортовим кільцям через відповідні захвати осьової навантаження, що розтягує, послідовну генерацію в рідині хвиль стиснення. Після додатки до захоплень осьової розтягує навантаження зношену шину охолоджують до температури нижче температури крихкості гуми, з якої виконана шина, призводять шину в обертання навколо її осі шляхом додатки до неї через ті ж захоплення відповідно крутних моментів М ₁ і М _2. Занурюють зношену шину в радіальному напрямку в некіпящей рідина на глибину (0,8-1,1) · (R ₁ -R), де R ₁ і R відповідно найбільший і найменший радіус шини в недеформованому стані. Генерують в рідині хвилі стиснення з амплітудою 0,3-0,9 МПа і тривалістю 10 ^-3 -10 мс, що впливають на всю зовнішню поверхню зануреної в рідину частини шини. Температура рідини Т _ж, температура шини Т _ш, і мінімальна температура Т _L плівкового кипіння рідини задовольняють нерівності: де _{ж, ш} - теплопровідність, _{ж, ш} - щільність, С _ж, С _ш - теплоємність, відповідно рідини і матеріалу шини. Спосіб забезпечує високу технологічність, зменшує витрати енергії і має високу продуктивність.

ОПИС ВИНАХОДИ

Винахід відноситься до техніки утилізації полімерних матеріалів) а більш конкретно до переробки зношених шин різних транспортних засобів з металевим кордом або без нього для подальшої розділеного збору гуми і корду.

З попереднього рівня техніки відомий спосіб переробки зношених шин (авторське свідоцтво SU-A1-1194687, 1984), згідно з яким зношену шину охолоджують нижче температури крихкості гуми, з якої виконана шина, нагрівають металевий корд шини струмами високої частоти, а потім здійснюють дроблення шини з допомогою механічних засобів.

Недолік відомого способу полягає в тому, що його здійснення пов'язане з великими капітальними витратами (споруда великогабаритної установки індукційного нагріву) і енергетичними затратами на нагрів металлокорда. Крім того, охолодження шин здійснюють до температури істотно нижче температури початку охрупчивания гуми, щоб при подальшому природному нагріванні шина не нагрілася до температури початку охрупчивания гуми раніше, ніж її почнуть дробити.

Відомий і спосіб переробки зношених шин (патент RU-C1-2080261, 1997), що включає охолодження зношеної шини до температури крихкості гуми, з якої виконана шина, вплив на всю внутрішню поверхню шини спочатку ударною, а потім детонаційної хвилями.

Недолік відомого способу полягає в тому, що він не забезпечує отримання гумової крихти заданого розміру, а й повного відділення металокорду від гуми, оскільки послідовне вплив на зношену шину ударної і детонаційної хвиль призводить до руйнування шини на фрагменти досить великих розмірів, які представляють без додаткової переробки обмежений утилізаційний інтерес.

Як прототип узятий спосіб переробки зношених шин, описаний в патенті RU-C1-2135355, 1977, згідно з яким поміщають шину в рідину і одночасно деформують її шляхом додатка до її бортовим кільцям через відповідні захвати осьової навантаження, що розтягує, послідовно впливають на внутрішню поверхню шини ударними хвилями, що генеруються в рідини сфокусованим лазерним випромінюванням.

Недоліками відомого способу є:

- Велика витрата енергії і низький ККД в зв'язку з низьким ККД потужних лазерів;

- Низька продуктивність, оскільки інтервал між ударними хвилями визначається часом відновлення оптичної прозорості рідини.

В основу винаходу поставлена ​​задача зменшення витрат енергії і підвищення продуктивності.

Поставлена ​​задача вирішена тим, що в способі переробки зношених шин, що включає деформацію зношеної шини шляхом додатка до її бортовим кільцям через відповідні захвати осьової навантаження, що розтягує, послідовну генерацію в рідині хвиль стиснення, відповідно до винаходу після додатки до захоплень осьової розтягує навантаження зношену шину охолоджують до температури нижче температури крихкості гуми, з якої виконана шина, призводять шину в обертання навколо її осі шляхом додатки до неї через ті ж захоплення відповідно крутних моментів M ₁ і M _2, занурюють зношену шину в радіальному напрямку в некіпящей рідина на глибину (0,8 - 1,1) (R ₁ - R), де R ₁ і R, відповідно найбільший і найменший радіус шини в недеформованому стані, після чого генерують в рідині хвилі стиснення з амплітудою 0,3 - 0,9 МПа і тривалістю 10 ^-3 - 10 мсек, що впливають на всю зовнішню поверхню зануреної в рідину частини шини, при цьому температура рідини T _ж, температура шини T _ш і мінімальна температура _T L плівкового кипіння рідини задовольняють нерівності:



де: _{ж, ш} - теплопровідність, _{ж, ш} - щільність, C _ж, C _ш - теплоємність відповідно рідини і матеріалу шини.

Крім того, тимчасова залежність крутних моментів M ₁ і M ₂ має вигляд:

M ₁ = M ₀ + M · cos ( ₂ t)

M ₂ = M ₀ + M · cos ( ₂ t + )

_{2 1}

де M ₀ і M відповідно постійна складова і амплітуда змінної складової; ₁ - кутова частота обертання зношеної шини; ₂ - кутова частота зміни знаку деформації кручення шини, t - час.

Перевага запропонованого способу полягає в тому, що при його здійсненні забезпечуються умови принципово нового механізму гідродинамічного дроблення зношених шин. Дійсно, як випливає з рівня техніки, фахівці виходили з того, що в тій чи іншій мірі фрагментацію зношеної шини можна здійснити шляхом впливу на всю шину або її частина ударних хвиль, що генеруються за допомогою зовнішнього джерела і з амплітудою, що перевищує характеристики міцності матеріалу шини. В результаті для тонкої фрагментації зношеної шини необхідно було витрачати значну енергію.

При здійсненні ж запропонованого способу переробки зношених шин занурення умовно виділеного кожної ділянки (кільцевого сектора) зношеної шини в рідину, температура кипіння (T _к) якої нижче температури матеріалу (T _м) погружаемого ділянки шини, буде супроводжуватися нагріванням шару рідини поблизу поверхні контакту її з матеріалом шини. Якщо температура поверхні контакту рідина-шина (величину - T _р якій можна оцінити, виходячи з рішення нестаціонарного рівняння теплопровідності для двох напівобмеженого просторів:



де T _ж - температура рідини; _{ж, ш} - теплопровідність, _{ж, ш} - щільність, C _ж, C _ш - теплоємність відповідно рідини і матеріалу шини) перевищує мінімальну температуру плівкового кипіння _T L (точку Лейденфроста), то відбувається утворення суцільної парової плівки, ізолюючої рідина від розглянутого (виділеного умовно) ділянки шини. В процес обертання зношеної шини навколо своєї осі матеріал виділеної ділянки шини буде поступово охолоджуватися, що призведе до зменшення величини теплового потоку від нього в рідину, а отже, до зниження величини температури T _р. Підбираючи швидкість обертання шини навколо своєї осі таким чином, щоб температура T _р при виході розглянутого ділянки шини з рідини в знаходиться над нею газ була укладена в межах T _з <T _р < , Де T _з - температура спонтанного зародкоутворення парових бульбашок, отримуємо режим, при якому поблизу зовнішньої поверхні зануреної в рідину частини зношеної шини реалізується режим плівкового кипіння, поступово переходить (у напрямку обертання шини) в режим спонтанного утворення бульбашок пари в перегрітому шарі рідини поблизу поверхні шини. При впливі в цьому випадку на зовнішню поверхню зануреного в рідину ділянки шини хвилі стиснення (акустичної або ударної залежно від швидкості її поширення) з амплітудою 0,3 - 0,9 МПа (тобто істотно меншою, ніж необхідно для фрагментації матеріалу шин ) і тривалістю 10 ^-3 - 10 мсек, відбувається індуковане цією хвилею стиснення схлопування парових бульбашок з утворенням потужних ударних хвиль, а й дестабілізація плівкового кипіння, що супроводжується руйнуванням парової плівки. Фізично це відбувається наступним чином. Під дією хвилі стиснення (імпульсу тиску) межа розділу між рідиною і парою прискорюється у напрямку до шині. При цьому відбувається часткова конденсація пара. Зменшення товщини плівки призводить до зростання тиску пара, що при зазначених вище параметрах хвилі становить 3,0 - 8,0 МПа. При цьому відбувається уповільнення переміщення кордону розділу рідина-пар з наступною зміною напрямку її руху на протилежне. На останній стадії розширення парової плівки виникають хвилі нестійкості Релея-Тейлора, розвиток яких призводить до відриву бульбашок пари і виникнення мікроструй рідини з температурою T _ж, "б'ють" об поверхню шини, що має більш високу температуру. В результаті практично миттєвого скипання рідини, яка взаємодіє з поверхнею шини внаслідок виниклих мікроструй, відбувається утворення бульбашок пари, обсяг яких швидко збільшується. Колапс цих бульбашок газу протікає несиметрично поблизу кордону розділу рідина-тину, що забезпечує високу ефективність гідродинамічного впливу на матеріал шини за рахунок створення потужних гідродинамічних збурень (кавитационной області) в безпосередній близькості від поверхні шини, оскільки амплітуда випромінюваного при схлопуванні парового бульбашки імпульсу тиску швидко зменшується з відстанню (обернено пропорційно), а й за рахунок утворення при цьому кумулятивних мікроструй рідини.

Тут необхідно зазначити, що створення аналогічної кавітаційної області зажадало б, по-перше, цілої системи ультразвукових перетворювачів, які забезпечують не тільки фокусування акустичної енергії поблизу поверхні шини, але і перефокусировку в процесі руйнування шини. Крім того, необхідно було затратити енергію на генерацію самих парових бульбашок.

В запропонованому способі за рахунок деформації шини путам додатки до її бортовим кільцям через відповідні захопи осьової розтягує навантаження забезпечується не тільки створення великих внутрішніх напружень в матеріалі шини, але і оптимальні умови взаємодії генеруються за допомогою зовнішнього джерела хвиль стиснення з усіма паровими утвореннями (плівками і бульбашками ), розташованими на всій зовнішній поверхні (як на протекторної частини, так і на зовнішній поверхні бортових кілець) тієї частини зношеної шини, яка занурена в рідину. В результаті, хвилі стиснення, як би "розчавлюють" парові бульбашки на твердій поверхні (за рахунок захолажіванія) зношеної шини.

В результаті потужних гідродинамічних збурень у вигляді імпульсів стиснення амплітудою більше 10 МПа і мікропотоків рідини (струменів), ініційованих хвилями стиснення від зовнішнього джерела, в матеріалі зношеної шини, що знаходиться до того ж в складно-напруженому стані, виникають тріщини. Проникнення мікроструй "холодної" рідини в обсяг шини з істотно більш високою температурою призводить до утворення парових бульбашок, обсяг яких швидко збільшується за рахунок перегріву. В результаті відбувається зростання тріщин, а потім і фрагментація матеріалу зношеної шини. На початковому етапі кожен відокремився від зношеної шини фрагмент малих розмірів оточений тонкою парової плівкою. Потім починається швидке зростання парового міхура, навколишнього фрагмент шини (оскільки всі запасеної у фрагменті тепло йде тільки на нагрів пара), в завершенні якого міхур різко коллапсирует. Виникає при цьому імпульс тиску призводить до руйнування даного фрагмента на більш дрібні, а й забезпечує дестабілізацію плівкового кипіння на розташованих поблизу більших фрагментах.

Описаний вище процес фрагментації закінчується, коли теплосодержание фрагментів недостатньо для утворення навколо них бистрорасшіряющегося парового міхура. Це забезпечує досить вузький діапазон фрагментації. Після виходу даної ділянки шини з рідини температура його поверхні підвищується за рахунок вирівнювання температури за обсягом внаслідок істотно нижчою тепловіддачі в газове середовище, а й за рахунок теплопритоков через захоплення. При подальшому зануренні виділеної ділянки зношеної шини в рідину процес її руйнування протікає аналогічно описаному вище. Таким чином, кожна ділянка зношеної шини піддається циклічному руйнівній дії потужних гідродинамічних збурень, ініційованих в основному хвилями стиснення від зовнішнього джерела.

Додаткове створення в матеріалі руйнується шини деформацій зсуву і кручення дозволяє не тільки ефективно розширювати вже наявні тріщини, а й створювати нові, а отже, підвищити не тільки ефективність процесу фрагментації матеріалу шини, але і ступінь фрагментації.

Якщо в процесі фрагментації матеріалу зношеної шини при зануренні виділеної ділянки шини температура його поверхні буде нижче _T L, то поверхня шини перед її контактом з рідиною підігрівають, наприклад за допомогою інфрачервоного випромінювача або будь-якого іншого.

Надалі винахід пояснюється конкретним прикладом, який, однак, не є єдино можливим, але наочно демонструє можливість досягнення очікуваного технічного результату зазначеної вище сукупністю суттєвих ознак.

На фіг. 1 схематично представлено пристрій для здійснення запропонованого способу (розріз); на фіг. 2 - перетин А-А фіг. 1.

Пристрій для здійснення способу переробки зношених шин містить теплоизолированную від навколишнього середовища робочу камеру 1 з оптичним вікном 2 і завантажувальним люком (на кресленні не показаний), а й розміщення всередині робочої камери 1 перший 3 і другий 4 захвати для додатка до руйнується шині 5 крутять моментів M ₁ і M ₂ і розтягує навантаження P уздовж осі 6. Робоча камера l частково заповнена некіпящей рідиною 7 з температурою кипіння нижче температури крихкості даного сорту гуми шини 5. На дні робочої камери 1 встановлено джерело 8 хвиль стиснення (акустичних або ударних), що розповсюджуються в напрямку, перпендикулярному осі 6 і виконаний у вигляді, наприклад, ультразвукового випромінювача. Як джерело 8 хвиль стиснення можуть бути використані і електрогідравлічні випромінювачі, випромінювачі на основі вибухають зволікань і т.п. Зовні робочої камери 1 встановлено лінійний випромінювач 9 інфрачервоного або видимого діапазону довжин хвиль, який оптично пов'язаний з зовнішньою поверхнею руйнується шини 5, при цьому вісь лінійного випромінювача 9 паралельна осі 6.

Спосіб переробки зношених шин здійснюється наступним чином. Призначена для переробки зношена шина 5 фіксується за допомогою захоплень 3 і 4 за бортові кільця, після чого здійснюють її деформацію шляхом додатка до захоплень 3 і 4 розтягує навантаження Р. В ряді випадків доцільно перед фіксацією шини 5 в бортових кільцях виконати 3-8 радіальних розрізів . Після цього зношену шину 5 охолоджують до температури нижче температури крихкості конкретного матеріалу гуми, з якого виконана шина 5. Потім приводять шину 5 в обертання навколо її осі 6 і одночасно піддають її циклічно змінюється по знаку деформації кручення шляхом додатки до неї через захоплення 3 і 4 відповідно крутять моментів ₁ і M _2, величина яких змінюється в часі t відповідно до залежностями:



_{2 1}

де M ₀ і M відповідно постійна складова і амплітуда змінної складової; ₁ - кутова частота обертання зношеної шини; ₂ - кутова частота зміни знаку деформації кручення шини, t - час.

Занурюють шину 5 в радіальному напрямку в некіпящей рідина 7, наприклад, скраплений газ, на глибину (0,8 - 1,1) (R ₁ - R), де R ₁ і R відповідно найбільший і найменший радіус шини 5 в недеформованому стані, після чого включають джерело 8 хвиль стиснення з амплітудою 0,3 - 0,9 МПа і тривалістю 10 ^-3 - 10 мсек. При цьому температура рідини (T _ж), температура шини 5 (T _ш) і мінімальна температура плівкового кипіння рідини 7 _(T L) повинні задовольняти співвідношенню:



де _{ж, ш} - теплопровідність, _{ж, ш} - щільність, С _ж, С _ш - теплоємність відповідно рідини і матеріалу шини.

Руйнування поверхневого шару зануреної частини шини 5 відбувається за рахунок створення (як показано вище при аналізі виділеного, елементарної ділянки кільцевого сектора довжиною l - фіг. 2) потужних гідродинамічних збурень у вигляді імпульсів стиснення з амплітудою більше 10 МПа і мікрострумів рідини 7, індуцііруемих хвилями стиснення, що генеруються джерелом 8 і поширюються в напрямку, перпендикулярному осі 6 зношеної шини 5, забезпечуючи при цьому ефективну взаємодію хвиль стиснення не тільки з протекторної частиною зношеної шини 5, але і з її обома бортовими кільцями.

У разі необхідності підігріву поверхні шини в процесі її руйнування (фрагментації) використовується випромінювач 9, інтенсивність якого можна регулювати, при цьому спектральний склад випромінювача 9 не повинен перекривати спектральну область поглинання газу, що заповнює вільний від рідини 7 простір робочої камери 1.

Запропонований спосіб переробки зношених шин може бути використаний як на спеціалізованих підприємствах переробки відходів, так і на великих транспортних підприємствах оскільки не вимагає великих капітальних і енергетичних витрат і забезпечує високу екологічність.

ФОРМУЛА ВИНАХОДУ

1. Спосіб переробки зношених шин, що включає деформацію зношеної шини шляхом додатка до її бортовим кільцям через відповідні захвати осьової навантаження, що розтягує, послідовну генерацію в рідині хвиль стиснення, що відрізняється тим, що після застосування до захоплень осьової розтягує навантаження зношену шину охолоджують до температури нижче температури крихкості гуми, з якої виконана шина, призводять шину в обертання навколо її осі шляхом додатки до неї через ті ж захоплення відповідно крутних моментів М ₁ і М _2, занурюють зношену шину в радіальному напрямку в некіпящей рідина на глибину (0,8-1,1 ) · (R ₁ -R), де R ₁ і R, відповідно найбільший і найменший радіус шини в недеформованому стані, після чого генерують в рідині хвилі стиснення з амплітудою 0,3-0,9 МПа і тривалістю 10 ^-3 -10 мс , що впливають на всю зовнішню поверхню зануреної в рідину частини шини, при цьому температура рідини Т _ж, температура шини Т _ш і мінімальна температура Т _L плівкового кипіння рідини задовольняють нерівності



де _{ж, ш} - теплопровідність;

_{ж, ш} - щільність;

С _ж , С _ш - теплоемкость, соответственно жидкости и материала шины.

2. Способ по п.1, отличающийся тем, что временная зависимость крутящих моментов М ₁ и М ₂ имеет вид

M ₁ = M ₀ + M·cos( ₂ t),

M ₂ = M ₀ + M·cos( ₂ t+ ),

_{2 1} ,

где М ₀ и M соответственно постоянная составляющая и амплитуда переменной составляющей;

₁ - угловая частота вращения изношенной шины;

₂ - угловая частота изменения знака деформации кручения шины;

t - время.

Версія для друку
Дата публікації 19.02.2007гг

НОВІ СТАТТІ ТА ПУБЛІКАЦІЇ
	Технологія виготовлення універсальних муфт для бесварочного, безрезьбовиє, бесфлянцевого з'єднання відрізків труб в трубопроводах високого тиску (мається відео)
	Технологія очищення нафти і нафтопродуктів
	Про можливість переміщення замкнутої механічної системи за рахунок внутрішніх сил
	Світіння рідини в тонких діелектричних каналох
	Взаємозв'язок між квантової і класичної механікою
	Міліметрові хвилі в медицині. Новий погляд. ММВ терапія
	магнітний двигун
	Джерело тепла на базі нососних агрегатів