Чтобы отделить резину от металла, здесь предлагают использовать её способность деформироваться под давлением. Полимер продавливают через отверстия матрицы, а металлическое армирование оставляют в рабочей полости. Последовательного измельчения всей шины до крошки в этом способе нет. Но продавить резину лишь часть задачи. После этого нужно освободить матрицу от армировки и подготовить её к следующей загрузке. Без этой операции следующий цикл не начнётся.
Разберём две конструкции, в которых решают эту задачу. Исторический вариант подробно показан у А. М. Белоцерковского в брошюре «Высокие давления в технологии» 1977 года, с. 14–16, рисунок 4. В более позднем RU2042511C1, опубликованном в 1995 году, уже описаны два контейнера, две матрицы и механизированный переворот для повторных циклов. По этим источникам можно понять устройство и последовательность работы. Собирать все их параметры в паспорт одной установки нельзя.
Принцип разделения
При обычном измельчении эластичность резины мешает разрушению. Белоцерковский предлагает использовать то же свойство иначе: под давлением резина деформируется и выходит через отверстия, а металлическое армирование не должно проходить вместе с основной массой полимера. Так описан принцип механического разделения.
В историческом тексте встречаются слова «течет» и «ожижение». Здесь важно не дорисовать по этим словам другой процесс. Предварительное расплавление нагревом, растворение или пиролиз резины из них не следуют. Чтобы судить о таких изменениях, нужны измерения температуры, молекулярной массы и состояния вулканизационной сетки; сами термины эти измерения не заменяют.
Слово «гидропресс» тоже иногда уводит не туда. Гидравлика создаёт усилие на плунжере. Из наличия такого привода не следует, что саму шину перед обработкой погружали в масло, растворитель или пиролизат. Жидкой предобработки в описании рассматриваемого цикла нет.
Конструкция и цикл 1977 года
Посмотрим, что находится под прессом. На рисунке 4 показаны контейнер высокого давления 1, уплотнённый плунжер 2, матрица 3 со сквозными отверстиями 4, выпускные отверстия 5, выталкиватель 6 и перерабатываемый армированный материал 7. Плунжер давит на загрузку, матрица разделяет материал, а выталкиватель нужен, чтобы после прессования поднять её вместе с оставшейся армировкой.
Автор предлагает установить этот инструмент на промышленном гидропрессе с выталкивателем и соединить плунжер с подвижной траверсой. Это помогает представить состав устройства, но не его габариты или допустимое усилие. Размеры, материалы изготовления и допустимая нагрузка в данном разделе не приведены. Назвать по нему марку стали или толщину стенки контейнера нельзя. Источник: Белоцерковский, с. 14–16, рисунок 4.
Теперь пройдём полный цикл, включая освобождение рабочего инструмента. В нём пять последовательных операций:
- Армированный полимерный материал загружают в рабочую полость контейнера и вводят плунжер.
- Повышают давление. Полимер выдавливается через отверстия матрицы и отводится через выпускные отверстия. Металлическое армирование остается внутри контейнера.
- После выдавливания полимера плунжер возвращают в исходное положение.
- Выталкиватель поднимает матрицу вместе с оставшимся армированием до верхнего торца контейнера. Армирование удаляют.
- Матрицу и выталкиватель опускают, после чего загружают новую порцию материала.
Загрузка, прессование, возврат и удаление армировки повторяются порциями: цикл периодический. В брошюре рядом есть непрерывное гидроимпульсное измельчение, но это другое устройство. От соседнего описания схема на рисунке 4 непрерывной не становится. Также не стоит представлять, что в показанный контейнер гарантированно входит любая целая грузовая шина. Размер загрузочного проёма и подготовка конкретной загрузки не заданы.
Давление: обнаруженное расхождение источников
Когда принцип понятен, возникает следующий вопрос: какое давление потребуется? Именно здесь источники расходятся. На с. 15 брошюры 1977 года напечатано 10–100 МПа. У Макарова и Дроздовского в книге 1986 года, с. 64, стоит 10²–10³ МПа, то есть 100–1000 МПа. Просто выбрать удобный диапазон и объявить второй опечаткой оснований нет. Объединение «10–1000 МПа» тоже скрыло бы расхождение вместо его объяснения.
| Источник и локатор | Напечатанное значение | Статус и предел использования |
|---|---|---|
| Белоцерковский, 1977, с. 15, абзац работы рисунка 4 | 10–100 МПа | Прочитанный исторический первичный текст; условия испытания в этом месте не раскрыты |
| Макаров, Дроздовский, 1986, с. 64, абзац перед «Дробление камер и диафрагм» | 10²–10³ МПа = 100–1000 МПа | Прочитанный книжный пересказ со ссылками [56, 57] |
| RU2042511C1, описание предшествующего решения и рабочего цикла | В HTML: «100–1000 мПа» | Единица набрана строчной буквой; не принимается буквально как миллипаскали и не используется для исправления других источников |
Разница между двумя печатными диапазонами десятикратная. Это могут быть разные режимы или ошибка публикации, но причина не установлена. Поэтому сейчас по этим числам нельзя уверенно выбрать пресс или рассчитать прочность рабочего инструмента. Для такого решения нужно согласованное задание на режим, которого эти источники вместе не дают.
И даже после уточнения давления вопрос с прессом ещё не решён. Какую площадь нагружает плунжер и как передаётся усилие? Без этого давление не превращается в требуемое усилие. Отдельно нужно различать давление в рабочем материале и в гидравлической магистрали: их связь зависит от площадей цилиндров и конструкции силового узла. Это пояснение для чтения схемы, а не найденные характеристики исторического аппарата.
Что известно об энергии и качестве
С энергией сначала всё выглядит проще: на с. 16 Белоцерковский сообщает экспериментальную удельную энергоёмкость 0,21 кВт·ч/кг. В пересчёте на тонну это 210 кВт·ч/т. Но что попало в этот расход? Только прессование или также возврат инструмента и вспомогательные операции? Исходный раздел не раскрывает границы учёта и состав учтённых приводов.
Не приведены также масса и состав испытанной загрузки, число повторов, длительность полного цикла и подробное определение массовой базы. Поэтому число полезно сохранить как сообщение автора. Оценивать по нему энергопотребление всей производственной линии пока нельзя.
| Показатель | Что можно сообщить | Чего нельзя заключить |
|---|---|---|
| Удельная энергия | Авторское значение 0,21 кВт·ч/кг на с. 16 | Независимо подтвержденная современная энергоэффективность или экономия относительно любой другой линии |
| Металл в полимерном продукте | Автор заявляет невозможность попадания армировки в отделяемый полимер | Аналитически подтвержденный нулевой остаток металла: методика и предел обнаружения отсутствуют |
| Резина на оставшемся металле | Принцип предполагает ее отделение через матрицу | Чистота лома в процентах: количественного результата нет |
| Пыль, шум, вода и стоки | Автор перечисляет преимущества перед сравниваемым способом | Измеренные выбросы, акустические уровни и расход воды на тонну |
Ещё одно место легко прочитать неправильно. На с. 15–16 пресс сравнивают с методом, в котором армированный материал предварительно выдерживают в органических растворителях, а затем обрабатывают высоконапорной струёй при вращении. Отсутствие времени на такую выдержку автор как раз называет преимуществом пресса. Значит, растворитель относится к сравниваемому способу. Добавлять эту стадию перед изображённым прессом не нужно. Горячий шинный пиролизат в этом месте вообще не назван.
Развитие конструкции: RU2042511C1, 1995
В RU2042511C1 важно отделить предшествующую конструкцию от предложенного изменения. Два контейнера, две матрицы и переворот на 180° описаны уже у ближайшего предшествующего решения [2]. В библиографии оно указано как авторское свидетельство СССР № 1728042, 1992. Мы знаем это по патенту 1995 года; полный текст самого свидетельства здесь самостоятельно не проверен. Развитие в RU2042511C1 касается того, как совместить перемещение с переворотом и как выполнить борта и отверстия матрицы.
Зачем вообще усложнять механизм? Представьте конец рабочего хода: основную резину продавили, а армирующие нити остались в отверстиях и удерживают кордный брикет на матрице. Как его снять и освободить отверстия для следующей порции? Именно такую проблему описывают авторы позднего патента. Они также указывают на опасность защемления выступающих концов между контейнером и матрицей. Это их разбор недостатков предшествующих решений. Независимым протоколом испытания схемы Белоцерковского он не является.
Предложенная установка уже заметно сложнее одного контейнера под плунжером. В ней есть гидропресс 1 с плунжером 2, контейнеры 3 и 4, матрицы 5 и 6, два загрузочных устройства 7 и 8 и отвод переработанного материала 9. Контейнеры через пружины стоят на каретке 12. Гидроцилиндр 13 перемещает её по направляющим станины 11. Пока один контейнер находится под прессом, второй можно загружать. Матрицы перемещаются по своим направляющим на цапфах в буксах. Эти узлы нужны для чередования операций, а не только для создания давления. Источник: RU2042511C1, описание конструкции и фиг. 1–2.
При рабочем ходе контейнер сначала опускается до контакта с матрицей. Резина выходит, плунжер проходит плоскость контакта и формирует остаточный брикет в углублении, ограниченном бортами матрицы. После снятия усилия пружины возвращают контейнер. Теперь каретка может поменять контейнеры местами.
Переворот инструмента включён в это же движение. Зубчатые колёса, связанные с матрицей и кареткой, последовательно взаимодействуют с рейкой. Во время переноса матрица поворачивается на 180°, а при обратном ходе таким же образом переворачивается другая. Так авторы организуют обслуживание инструмента и чередование операций. Сама возможность продавить резину через отверстие ещё не описывает работу всего этого механизма.
Форма отверстий здесь тоже связана с очисткой инструмента. Они находятся в углублениях по концентрическим окружностям либо в вершинах правильных треугольников. Каждое отверстие образовано двумя встречными коническими поверхностями. Авторы связывают такую форму с облегчением отделения брикета и очистки отверстий.
Чтобы описать, какую часть рабочей поверхности занимают отверстия, в патенте используют коэффициент перфорации φ = ΣSотв / Sматр. В числителе сумма площадей отверстий, в знаменателе площадь рабочей поверхности матрицы. Это безразмерное отношение площадей; само по себе оно не задаёт диаметр отверстия или толщину инструмента.
| Параметр позднего патента | Значение | Основание и ограничения |
|---|---|---|
| Контейнеры / матрицы | 2 / 2 | Состав установки и единственный пункт формулы; не схема 1977 года |
| Переворот матрицы | 180° | Описание кинематического цикла; не угол конического отверстия |
| Коэффициент перфорации φ | 0,2–0,3 | Описание, формула и ее графическая запись; безразмерная доля площади |
| Снижение рабочего давления относительно цилиндрических отверстий | «Почти на 40%» | Заявленный авторами результат; в проверенном тексте нет исходных кривых, размеров отверстий и воспроизводимого протокола |
В таблице приведено авторское снижение рабочего давления, но из него нельзя сделать вывод об экономии энергии на 40%. Давление, энергия полного цикла и ресурс матрицы отвечают на разные вопросы. Авторы также сообщают, что при дальнейшем увеличении φ давление меняется слабо. Это наблюдение относится к их опытам; универсального оптимума для любых материалов, толщин и размеров матрицы оно не устанавливает.
История происхождения и незакрытые вопросы
Историю здесь можно проследить лишь до определённой глубины. Брошюра 1977 года действительно описывает цикл на с. 14–16 и рисунке 4, а в библиографии RU2042511C1 прямо ссылаются на неё. Однако у книги 1986 года в позиции [56] указана другая публикация: Белоцерковский А., «Изобретатель и рационализатор», 1976, № 6, с. 27. Её полный текст здесь не использован. Знакомство с брошюрой 1977 года не означает, что проверена и статья 1976 года.
Вторая книжная отсылка, [57], ведёт к Шетсу Ж. и Анталу И.: Международная конференция по каучуку и резине, Москва, 1984, препринт C34. Полный текст этого материала также не проверен. Не установлены точное латинское написание фамилии, заголовок и связь препринта с конкретной конструкцией. Поэтому приписывать прессу французское происхождение по имеющимся сведениям оснований нет.
Что можно взять из этих описаний для понимания технологии? Прежде всего полный периодический цикл: продавить резину, вернуть плунжер, поднять матрицу, убрать армировку и только затем загружать следующую порцию. Поздний патент показывает конкретный способ чередования контейнеров и переворота инструмента. На этом примере хорошо видно, почему вопрос очистки матрицы нужно разбирать вместе с самим разделением.
Для выбора реальной установки всё ещё не хватает согласованного набора характеристик: давления, чистоты обоих продуктов, данных о забивании отверстий, износе и энергии полного цикла. Горячей пиролизатной ванны в подтверждённой последовательности нет. Схема ниже помогает проследить именно исторический цикл, без переноса на него узлов поздней модернизации.
Использованная информация
- Белоцерковский А. М. Высокие давления в технологии. М.: Знание, 1977. Серия «Новое в жизни, науке, технике», «Техника», № 8. 64 с. С. 14–16, рис. 4. Архив полного скана. В рабочем PDF с. 14–15 соответствуют странице 8, с. 16–17 странице 9. Оригинальные изображения не включены как публичные иллюстрации.
- RU2042511C1, Установка для выделения резины из изношенных автомобильных шин, 27.08.1995. Описание предшествующих решений, конструкции и цикла; фиг. 1–2; единственный пункт формулы; библиографическая ссылка на Белоцерковского, 1977.
- Макаров В. М., Дроздовский В. Ф. Использование амортизованных шин и отходов производства резиновых изделий. Л.: Химия, 1986. С. 64, библиография [56, 57] на с. 239. Локальный предоставленный источник.