КОМБИНИРОВАННАЯ ФУТЕРОВКА БАРАБАННЫХ ВРАЩАЮЩИХСЯ МЕЛЬНИЦ Российский патент 2015 года по МПК B02C17/22 

Изобретение относится к области горного машиностроения и может быть использовано при создании измельчительного оборудования, в частности шаровых мельниц и мельниц самоизмельчения, внутреннюю поверхность которых защищают футеровки. В качестве материалов для изготовления футеровок мельниц применяют легированные стали, резину, полиуретановые эластомеры.

В условиях высоких динамических и абразивных нагрузок футеровки в барабанах вращающихся мельниц подвергаются быстрому износу, в связи с чем расход футеровок известных профилей остается высоким, а экономические затраты большими.

При использовании резины и полиуретановых эластомеров наибольшее применение получили футеровки, представляющие собой сочетание лифтеров и примыкающих к ним плит. Одно из направлений повышения срока службы наиболее изнашиваемого элемента футеровки-лифтера - комбинация эластичного полотна лифтера со стальными износостойкими пластинами, прикрепляемыми к лифтеру в виде вставок в его полотно. При этом стальные пластины воспринимают ударные нагрузки шаров, которые благодаря амортизации эластичного полотна лифтера, к которому примыкают пластины, снижаются. Известна футеровка барабанной мельницы, в которой лифтер выполнен в виде ребра из эластомерного материала, к которому крепится износостойкий слой (пластина) из стали, при этом износостойкая пластина опирается на эластомерное полотно, демпфирующее при ударных нагрузках на пластины и снижающее нагрузки на стальную пластину за счет демпфирования (патент на изобретение SU 1829962 A3, 09.03.88. Прототип). Недостатком данной конструкции является то, что она не обеспечивает осуществление демпфирования в условиях переменных величин динамической нагрузки падающих шаров на футеровку, обусловленных на обогатительных фабриках вариацией размера шаров, кусков руды, количества одновременно ударяющих о футеровку шаров и др., в связи с чем величины деформаций эластичной опоры стальных пластин могут колебаться в значительных пределах. Определить величины ожидаемых деформаций практически невозможно, в то же время от них зависит характер поведения упругой полимерной опоры. Амортизация эластомерным компонентом ударных нагрузок шаров на стальные пластины и осуществление демпфирования повторяющихся нагрузок при длительном режиме работы мельницы возможны при условии осуществления упругих деформаций эластомерного элемента, обеспечивающих быстрое восстановление деформированного полотна в исходное положение после соударений с измельчающими телами. Если величины деформаций превышают пределы упругости применяемого полимера и переходят в зону упругоэластичной деформации, интервал времени возвращения сжатого полотна в исходное положение возрастает, полотно не успевает восстановить свои размеры между последующими соударениями с шарами. В этом случае под воздействием периодически повторяющихся нагрузок происходит постепенное перемещение деформаций эластомера в зону пластических деформаций, при которых демпфирование вообще прекращается, в связи с чем увеличивается скорость износа футеровки.

Задачей настоящего изобретения является увеличение износоустойчивости комбинированной металло-полиуретановой футеровки барабанных вращающихся мельниц и межремонтного срока эксплуатации мельниц путем повышения износостойкости лифтера, подверженного в мельницах с применяемым сочетанием в футеровке лифтер-плита наибольшему износу.

Поставленная задача решается тем, что конструкция комбинированной футеровки, в которой стальные пластины (вставки) опираются на деформируемое под воздействием динамических нагрузок эластомерное полотно, содержит устройство, ограничивающее величину деформации служащего демпфером слоя полиуретана в рамках упругой деформации, тем самым сохраняя амортизирующую способность слоя под металлической пластиной независимо от величин нагрузки. Таким образом обеспечивается постоянство демпфирования динамических нагрузок падающих шаров на стальную пластину - вставку в полиуретановое полотно, повышая ее износостойкость.

Технический результат достигается тем, что в комбинированной футеровке барабанных вращающихся мельниц, состоящей из продольных лифтеров с закрепленными в их эластомерном полотне вставок в виде стальных пластин и примыкающих к лифтерам плит, согласно изобретению каждая вставка в виде прямоугольной стальной пластины прикреплена своей плоскостью к плоскости амортизационной подушки из упругого эластомера в форме параллелепипеда и закреплена вместе с амортизационной подушкой в двухъярусном подобной прикрепляемым элементам конфигурации углублении в полотне лифтера: в нижнем ярусе - амортизационная подушка, в верхнем - стальная пластина, при этом соблюдаются следующие соотношения размеров контактирующих элементов - площадь поверхности амортизационной подушки равна 0,5-0,8 площади контактной поверхности стальной пластины, глубина нижнего яруса равна 0,97 высоты подушки, верхнего яруса - 1,03 высоты пластины, площади поперечных сечений углублений: нижнего - 1,03 площади сечения подушки, верхнего - равной площади стальной пластины.

В предлагаемой конструкции согласно приведенным параметрам 0,5-0,8 площади нижней поверхности стальной пластины опирается на поверхность амортизационной подушки, остальная площадь поверхности располагается над плоскостью полотна лифтера с зазором 0,03 высоты подушки в верхнем ярусе углубления.

При соударении падающих с максимальной энергией шаров со стальной пластиной происходит деформация эластомерной амортизационной подушки, на которую опирается стальная пластина, на величину не выше 0,03 высоты подушки. Конструктивно это достигается следующим образом. Стальная пластина в верхнем положении без нагрузки опирается только на поверхность амортизационной подушки, а в нижнем при сжатии подушки - на заданную величину 0.03 от ее высоты на поверхность амортизационной подушки и поверхность лифтера, примыкающую к углублению нижнего яруса. При этом в связи с резко возрастающим сопротивлением расширяющейся опоры стальной пластины сжатию деформация подушки прекращается на уровне допустимой величины для данных условий работы мельниц на обогатительных фабриках.

Таким образом, благодаря разработанному авторами устройству сжатие амортизационной подушки ограничивается пределом, не превышающим упругую деформацию материалов, применяемых в качестве амортизаторов, например, для полиуретановых эластомеров эта величина составляет 0,03 от высоты сжимаемого элемента, при применении других упругих материалов эта величина может быть больше.

При упругой деформации подушки стальная вставка каждый раз после соударений с шарами возвращается в исходное положение, таким образом осуществляется демпфирование повторяющихся нагрузок на стальные пластины. Возложение функций демпфирования на обособленную амортизационную подушку позволяет оптимально сочетать в составе лифтера эластичный полиуретан для подушки с жестким износостойким для его полотна. Рекомендуем следующие пределы соотношений модулей упругости полиуретановых эластомеров для подушки Е_п и полотна лифтера Е_л: Е_л/Е_п=1,5-3,0.

Новизна данного изобретения заключается в том, что металлические вставки в полотно лифтера опираются на вставляемые в полотно лифтеров амортизаторы в форме параллелепипедов (амортизационные подушки), исполняющих роль демпферов повторяющихся нагрузок на лифтер, деформации которых под воздействием ударных нагрузок разной величины конструктивно ограничены пределом упругих деформаций.

Эффект повышения износостойкости футеровки может быть достигнут при установке на лифтерах пластин, аналогичной стальным конструкции, изготовленных из прочного термопласта, изготовленных под давлением экструзией и способных выдерживать ударные нагрузки шаров.

Технический результат по второму варианту изобретения достигается тем, что в комбинированной футеровке барабанных вращающихся мельниц, состоящей из продольных лифтеров с закрепленными в их эластомерном полотне вставками в виде стальных пластин и примыкающих к лифтерам плит, отличающейся тем, что каждая вставка имеет в поперечном сечении Т-образную форму при соотношении площадей верхней поверхности пластины вставки к нижней поверхности ее выступа в пределах 1,5-2,0 и закреплена в двухъярусном углублении подобной закрепляемой вставке конфигурации: в нижнем ярусе - выступ стального вкладыша, в верхнем - пластина вставки, при этом соблюдаются следующие соотношения размеров контактирующих элементов: глубина нижнего яруса углубления составляет 1,03 высоты выступа стальной вставки, глубина верхнего яруса равна высоте верхней пластины вставки, площади поперечных сечений ярусов равны площадям сечений помещаемых в эти ярусы элементов вставки.

В предлагаемом варианте конструкции футеровки, в соответствии с приведенными параметрами, борта верхней пластины вставки опираются на поверхность полотна лифтера в верхнем ярусе углубления, соответственно слой полиуретана под опорной поверхностью вставки подвергается деформациям и играет роль демпфера ударных нагрузок шаров. Между нижней поверхностью выступа и дном нижнего яруса углубления расположена полость высотой 0,03H. где H - высота выступа вставки. Согласно этой конструкции величина деформации участка полиуретана под бортами вставки ограничивается глубиной опускания вставки до достижения выступом дна углубления нижнего яруса. Ниже сопротивление полиуретана деформации резко возрастает из-за расширения площади опоры вставки за счет выступа, и деформация прекращается. Для полиуретановых эластомеров величина упругого сжатия принята равной 0,03 высоты сжимаемого слоя. Соотношение площадей: при опоре на поверхность бортов плоской пластины S_п к поверхности S_п+S_в, где S_в - нижняя поверхность выступа может составлять 1,5-2,0.

На фиг.1, 2, 3, 4, 5 показаны схемы комбинированных полиуретановых футеровок и разрезы лифтеров с разработанными авторами амортизаторами (демпферами) динамических нагрузок.

На фиг.1 приведен поперечный разрез комбинированной футеровки мельниц по первому варианту изобретения.

На фиг.2 изображен поперечный разрез лифтера по первому варианту.

На фиг.3 - фронтальный вид лифтера по фиг. 2.

На фиг.4 - поперечный разрез комбинированной футеровки по второму варианту изобретения.

На фиг.5 - поперечный разрез лифтера по второму варианту изобретения.

На фиг.1 приведен поперечный разрез комбинированной футеровки, состоящей из комбинированных лифтеров 1 и примыкающих к ним плит 2, прикрепляемых к обечайке 3 барабана посредством крепежного устройства 4.

На фиг.2 показан поперечный разрез лифтера, представляющего собой комбинацию полиуретанового полотна 5 и вставки в виде стальной пластины 7, опирающейся на амортизационную подушку (демпфер) 6. В форме параллелепипеда амортизационная подушка установлена в нижнем ярусе 8 продольного углубления в полиуретановом полотне лифтера вдоль его оси, прикрепленная к ней стальная пластина - в верхнем ярусе 9 углубления. Между нижней поверхностью стальной пластины по периферии амортизационной подушки и дном верхнего яруса углубления располагается ниша 10.

На фиг.3 с фронтальным видом лифтера по А фиг.2 приведен вид на самостоятельно устанавливаемый отрезок лифтера со стальными вставками, показывающий, что стальные пластины 7 с амортизационными подушками закрывают лифтер по всей его длине (пунктир), при этом отрезки стальных пластин стыкуются через щель 11, заполняемую эластичным полиуретаном.

На фиг.4 приведен поперечный разрез комбинированной футеровки мельницы, состоящей из лифтера 12 с T-образными стальными вставками 13. К лифтерам примыкают полиуретановые плиты 2.

На фиг.5 показан поперечный разрез лифтера, представляющего собой комбинацию полиуретанового полотна 14 и T-образной стальной вставки 13, состоящей из верхней пластины 15 и нижнего выступа 16, помещенной в двухъярусное углубление в полиуретановом полотне: верхняя пластина - в верхний ярус 17 углубления, нижний выступ - в нижний ярус 18 углубления. При этом периферическая нижняя поверхность вставки 19 опирается на поверхность слоя полиуретана, окружающего нижний выступ 16 и служащий амортизационной подушкой стальной пластины 15, а между нижней поверхностью выступа и дном углубления расположена ниша 20, образованная за счет разности в высотах нижнего яруса углубления и выступа стальной вставки.

При динамической нагрузке на стальную вставку происходит деформация слоя полиуретанового полотна под опорой 19. При сжатии полиуретана до достижения плоскостью выступа дна нижнего яруса углубления деформация прекращается из-за резко увеличивающихся площади опоры вставки и соответственно сопротивления полиуретана.

Вследствие этого, величина деформации не превышает заданной величины: для полиуретановых эластомеров 3% от высоты деформируемого слоя и находится в пределах упругой деформации, таким образом обеспечивается стабильность демпфирования высоких повторяющихся нагрузок на стальные вставки.

Определяющим преимуществом изобретения по сравнению с известными конструкциями футеровок барабанных вращающихся мельниц является то, что предложенной конструкцией обеспечивается способность демпфирования ударных нагрузок на элементы футеровки - стальные вставки независимо от величины этих нагрузок на протяжении всего периода эксплуатации этих элементов, что существенно повышает эффективность применения комбинированных металлополимерных футеровок. В предложенной конструкции (первый вариант) функции демпфирования выполняются обособленной от основного полотна лифтера амортизационной подушкой, благодаря чему для нее и для полотна лифтера могут приниматься разные по физическим свойствам полиуретаны в зависимости от назначения: для подушки - максимально упругие, для полотна - износостойкие, жесткие.

Изготовление лифтеров комбинированных футеровок осуществляется путем склеивания или вулканизации вставляемых в углубления полиуретанового полотна лифтера элементов из легированной прочной стали, а также может быть осуществлено соединение стальных вставок и полотна лифтера с помощью болтов, шпилек, арматуры. Для усиления сцепления контактные поверхности могут иметь зубчатую форму (фиг.2).

Промышленная полезность изобретения заключается в увеличении срока службы футеровки при оптимальном режиме работы шаровой загрузки, имеющем место при сохраняющейся конфигурации лифтеров, благодаря повышению их износоустойчивости за счет постоянства демпфирования нагрузок.

Изобретение предназначено для измельчительного оборудования в области горного машиностроения, в частности шаровых мельниц и мельниц самоизмельчения. Футеровка состоит из продольных лифтеров (1) и примыкающих к ним плит (2). В эластомерном полотне футеровки могут быть закреплены вставки в виде прямоугольных стальных пластин. Пластины опираются на амортизационные подушки из упругого эластомера в форме параллелепипеда. Пластина закреплена вместе с подушкой в двухъярусном углублении полотна лифтера. По второму варианту футеровки каждая вставка имеет в поперечном сечении Т-образную форму и закреплена в двухъярусном углублении полотна лифтера. Принятые соотношения размеров подушки и полотна лифтера и их модулей упругости сохраняют амортизирующую способность подушки. За счет демпфирования динамических нагрузок на лифтеры повышается износоустойчивость и увеличивается срок службы футеровки. 2 н. и 1 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Комбинированная футеровка барабанных вращающихся мельниц, состоящая из продольных лифтеров с закрепленными в их эластомерном полотне вставками в виде стальных пластин и примыкающих к лифтерам плит, отличающаяся тем, что каждая вставка в виде прямоугольной стальной пластины прикреплена своей плоскостью к плоскости амортизационной подушки из упругого эластомера в форме параллелепипеда и закреплена вместе с амортизационной подушкой в двухъярусном подобной прикрепляемым элементам конфигурации углублении в полотне лифтера: в нижнем ярусе - амортизационная подушка, в верхнем - стальная пластина, при этом соблюдаются следующие соотношения размеров контактирующих элементов - площадь поверхности амортизационной подушки равна 0,5-0,8 площади контактной поверхности стальной пластины, глубина нижнего яруса равна 0,97 высоты подушки, верхнего яруса - 1,03 высоты пластины, площади поперечных сечений углублений: нижнего - 1,03 площади сечения подушки, верхнего - равной площади пластины.

2. Комбинированная футеровка барабанных вращающихся мельниц по п.1, отличающаяся тем, что каждая вставка в эластомерное полотно лифтера выполнена в виде прямоугольной пластины из прочного термопласта.

3. Комбинированная футеровка барабанных вращающихся мельниц, состоящая из продольных лифтеров с закрепленными в их эластомерном полотне вставками в виде стальных пластин и примыкающих к лифтерам плит, отличающаяся тем, что каждая вставка имеет в поперечном сечении Т-образную форму при соотношении площадей верхней поверхности пластины вставки к нижней поверхности ее выступа в пределах 1,5-2,0 и закреплена в двухъярусном углублении подобной закрепляемой вставке конфигурации: в нижнем ярусе - выступ стального вкладыша, в верхнем - пластина вставки, при этом соблюдаются следующие соотношения размеров контактирующих элементов: глубина нижнего яруса углубления составляет 1,03 высоты выступа стальной вставки, глубина верхнего яруса равна высоте верхней пластины вставки, площади поперечных сечений ярусов равны площадям сечений помещаемых в эти ярусы элементов вставки.