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Título: Adaptação do ensaio roda-de-borracha para avaliação do desgaste abrasivo a três corpos de rolos poliméricos de correias transportadoras
Título(s) alternativo(s): Adaptation of the rubber wheel test for the assessment of three body abrasive wear of conveyor belt polymeric rollers
Autor(es): Pacholok, Daniel Estefano
Orientador(es): Cousseau, Tiago
Palavras-chave: Correias transportadoras
Desgaste mecânico - Avaliação
Rodas
Polímeros - Aditivos
Abrasivos
Conveyor belts
Mechanical wear - Evaluation
Wheels
Polymers - Additives
Abrasives
Data do documento: 9-Set-2021
Editor: Universidade Tecnológica Federal do Paraná
Câmpus: Curitiba
Citação: PACHOLOK, Daniel Estefano. Adaptação do ensaio roda-de-borracha para avaliação do desgaste abrasivo a três corpos de rolos poliméricos de correias transportadoras. 2021. Dissertação (Mestrado em Engenharia Mecânica e de Materiais) - Universidade Tecnológica Federal do Paraná, Curitiba, 2021.
Resumo: Em virtude da demanda pelo aprimoramento de processos produtivos no setor de mineração, a melhoria de componentes é primordial para evitar falhas. Rolos de correias transportadoras de minério estão constantemente sujeitos à abrasão de dois e três corpos de maneira que o travamento de um rolo metálico devido à falha do rolamento severiza a abrasão, e arestas aĄadas capazes de cortar a correia são expostas. A alternativa para evitar a falha é o uso de rolos poliméricos, que além disso são mais leves. Neste sentido, este trabalho tem por objetivo caracterizar e hierarquizar, segundo a resistência à abrasão, rolos poliméricos de diferentes composições mediante simulação experimental dos fenômenos de desgaste. Para a realização deste estudo, construiu-se um equipamento para ensaio roda de borracha instrumentado e adaptado possibilitando o uso de amostras anelares, reproduzindo o contato entre correia e rolo. Analisaram-se amostras de três polímeros diferentes: PEAD+NF (Polietileno de Alta Densidade) aditivado com negro de fumo (NF) presente em duas diferentes porcentagens de peso (2,3% e 3,6%), provenientes de dois fornecedores distintos, PEUAPM (Polietileno de Ultra Alto Peso Molecular) e PEAD+FV (Polietileno de Alta Densidade) aditivado com Ąbra de vidro (FV); ainda, realizaram-se ensaios com uma amostra de aço AISI 1020 de um rolo usado em campo, sendo este o material de referência. Utilizaram-se duas conĄgurações: amostras Ąxas, reproduzindo a situação de rolo travado; e amostras rotacionando, reproduzindo a condição de um rolo em funcionamento. Para os ensaios com amostras Ąxas, aplicou-se uma força normal de 200 Newton e tempo total de ensaio de 10 minutos (1420 metros). Para amostras rotacionando, realizaram-se ensaios com força normal de 250 Newton e 40 horas de duração (344.720 metros). As amostras foram caracterizadas mediante gravimetria, avaliação das marcas de desgaste com posterior cálculo do volume e massa desgastados. A superfície desgastada foi analisada mediante observação em MEV, a Ąm de investigar os mecanismos de abrasão, bem como correlacioná-los aos resultados obtidos e compará-los com os mecanismos observados em um rolo desgastado em campo e também com resultados de ensaios de esclerometria com os mesmos materiais. VeriĄcou-se comportamento dessemelhante para o atrito e desgaste entre as diferentes abordagens experimentais de roda de borracha; quanto aos mecanismos de desgaste, em ensaios com amostra travada, observouse predominância de micro-sulcamento no PEUAPM, micro-corte em ambos PEAD+NF, micro-trincamento no PEAD+FV e um misto de micro-sulcamento, indentação e microcorte no aço. Nos ensaios com amostra rotacionando o mecanismo de desgaste observado para todas as amostras foi indentação decorrente do rolamento de partículas e microtrincamento na amostra de PEAD+FV. Os resultados obtidos em ambas as abordagens experimentais de roda de borracha revelam hierarquia de resistência ao desgaste abrasivo conforme: PEUAPM > PEAD+NF36 > PEAD+NF23 > AÇO > PEAD+FV.
Abstract: Due to the demand for the improvement of production processes in the mining sector, the enhancement of components is essential to avoid failures. Ore conveyor belt rollers are constantly subject to two and three-body abrasion só that a metal rollerŠs jamming due to bearing failure severs abrasion, and sharp edges capable of cutting the belt are exposed. The alternative to avoid failure is the use of polymeric rollers, which are also lighter. In this sense, this work aims to characterize and rank, according to abrasion resistance, polymeric rollers of different compositions through experimental simulation of wear phenomena. In order to carry out this study, an instrumented and adapted rubber wheel test equipment was built, allowing the use of rings, and só reproducing the contact between belt and roller. Samples of three different polymers were analyzed: HDPE + CB (High Density Polyethylene) with carbon black (CB) present in two different weight percentages (2,3 % and 3,6 %), from two different suppliers, UHMWPE (Ultra High Molecular Weight Polyethylene) and HDPE + FG (High Density Polyethylene) with Ąberglass (FG) additives; further tests were carried out with a sample of AISI 1020 steel from a roller worn in Ąeld, which was the reference material. Two conĄgurations were used: Ąxed samples, reproducing the situation of a jammed roll; and rotating samples, reproducing a condition of a running roller. For tests with Ąxed samples, a normal force of 200 Newton and a total test time of 10 minutes (1420 meters) were applied. For rotating samples, tests were performed with a normal force of 250 Newton and 40 hours duration (344.720 meters). The samples were characterized by gravimetry, evaluation of wear marks with subsequent calculation of the worn volume and mass. The worn surface was analyzed by SEM, in order to investigate the abrasion mechanisms, as well as to correlate them with the results obtained and to compare them with the mechanisms observed in a roller worn in Ąeld and also with results of scratching tests with the same materials. It were noticed dissimilar behaviors for friction and wear between the different experimental approaches of rubber wheel; as for wear mechanisms, in tests with Ąxed samples, there was a predominance of micro-grooving in UHMWPE, micro-cutting in both HDPE + CB, micro-cracking in HDPE + FG and a combination of micro-grooving, indentation and micro-cut in steel. In tests with rotating sample the wear mechanism observed for all samples was indentation due to the bearing of particles, and micro-cracking in the HDPE+FG sample. The results obtained in both rubber wheel experimental approaches reveal the abrasive wear resistance hierarchy as: UHMWPE > HDPE+CB36 > HDPE+CB23 > STEEL > HDPE+FG.
URI: http://repositorio.utfpr.edu.br/jspui/handle/1/26722
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