超高分子量聚乙烯管材及制品在煤矿及洗煤行业的应用

在煤矿及洗煤行业中，从原煤准备与输送介质的准备及输送、洗选、分离等等各个环节，都存在着大量的、长期的对设备、管材、零部件的磨损问题，而且这个磨损问题是煤矿及洗煤企业的一个永恒的有待解决的问题。 超高分子量聚乙烯管材及制品由于耐磨损、耐腐蚀、抗冲击等性能在现有的材料中名列前茅，不仅使用寿命长，又提高了工作效率和经济效益。 超高分子量聚乙烯管材在煤矿及洗煤行业主要用于输送水煤浆、铁粉浆液、进下喷浆等，超高分子量聚乙烯制品在煤矿生产中在煤矿及洗煤行业中主要应用有，如轴瓦、轴套类、轮类制品、板类、溜槽等制品，在替代铸钢或铸铁、尼龙材料方面显示出其优异特点，除了具有耐磨、耐腐蚀、摩擦系数小、耐低温等性能上的优异外还具有成本低的优点。 过去的地滚一般为铸钢或铸铁制作，由于铸钢硬度大，弹性模量高与钢丝绳接触应力大，致使钢丝绳磨损快，此外地滚中的轴承因工作条件恶劣时常造成卡死不转或转动不灵活而加剧钢丝绳的磨损。采用超高分子量聚乙烯无轴承地滚可以从根本上克服轴承卡死不转现象。 电机车的轴瓦多为钢质材料，其成本高、耐磨性差、摩擦阻力大、对轴的磨损严重。采用超高分子量聚乙烯轴瓦价格便宜，仅为铜的1/6左右，由于其自润滑摩擦系数小、寿命长（约为铜的2-3倍）而得到应用。 以前钢丝绳牵引输送机托绳轮衬多为尼龙轮衬价格较贵、寿命较短，在此尼龙在冬季变脆安装时易造成撕裂现象。由于超高分子量聚乙烯材料耐低温性好而且耐磨性好、寿命是尼龙的2-3倍，可以替代尼龙轮衬。 煤矿用的很多板类材料也可以采用超高分子量聚乙烯材料，如煤仓衬板、箕斗衬板、溜煤道衬板、水平溜煤槽衬板以及特殊情况使用的矿车衬里等平板；压滤机滤板；喷浆机摩擦片；洗煤厂中大量使用的筛板等等。

详谈超高分子量聚乙烯管道外压问题与国内外技术分析

由于超高分子量聚乙烯管道复合管每层紧密结合无滑移，通过“partion”命令将管道分为四层(内层、外层及两复合层)。由于管道受均匀对称外压，属平面应变问题，同时为了和理论做比较，取管道长度20mm。有限元模型中内层外层和基体层单元类型为C3D8I，该单元很适用于严重扭曲现象，位移计算结果较为精确并且计算成本较小。螺旋线钢丝使用ts单元，单元类型T3D2H，采用“Embedde．mand”命令将钢丝线嵌入基体层内以保证钢丝无滑移。用耦合约束命令将模型左端面与定义的参考点耦合；同时在右端面施加对称边界约束，以实现外压作用下的正确边界条件。对于径厚比较小的复合管道，在外压作用下往往会发生椭圆形失稳变形，因此在管道一端的上下两点约束其水平位移，左右两点约束其竖向位移，以保证管道产生纯椭圆变形。模型中的材料性能与理论相同。 超高分子量聚乙烯管道PSP内外层为高密度聚乙烯，加强层为以一定角度正反错绕成型的钢丝网状骨架与由热塑性材料构成的基体紧密结合构成的复合结构。由于材质原因，PSP管在外压作用下更容易出现屈曲失稳问题。朱彦聪等?依据Donnell的扁壳理论求解PSP管在外压下的弹性屈曲荷载。Adomandi等对管中管结构在静水压力作用下的弹性屈曲进行了理论和有限元研究，在有限元模型中设定层与层的接触为 粘结无滑移，而对于有滑移的非粘结层通过两点约束来实现。他们又通过大量的有限元计算来分析复合管外压的承载能力，并在此基础上提出了适合于复合管在外压作用下的简化公式。BaiYong等基于二维环理论，并考虑剪切变形的影响，研究纤维增强管道管道初始椭圆化对外压失稳的影响。龚顺风等基于非线性环理论，研究了深水管道在外压作用下的失稳屈曲理论。 基于BaiYong等的二维壳模型，考虑超高分子量聚乙烯管道受外压时的剪切变形，并结合Halpin—Tsai模型对加强层进行简化，对管道进行外压力学性能分析，采用ABA建立有限元模型，将计算结果与理论进行分析对比。 通过试验得到压力峰值，并与理论，有限元对比，发现三者吻合良好。