Магнитная футеровка Советский патент 1992 года по МПК B02C17/22 

Изобретение относится к горному машиностроению, а именно к устройствам для защиты рабочих поверхностей оборудования и транспортных средств (бункера, течки, кузова автомобилей-самосвалов и др.), подверженных абразивному износу при ударном характере нагрузок от перерабатываемого материала, и может найти применение на предприятиях автомобильного транспорта, в черной и цветной металлургии, промышленности строительных материалов и других отраслях народного хозяйства.

Известно устройство для защиты от износа внутренней поверхности барабанов мельниц, содержащее эластичные элементы, постоянные магниты и средства их крепления на внутренней поверхности барабана. При этом магниты выполнены в виде брусков и расположены между эластичными элементами с чередующейся полярностью.

Однако известное устройство недостаточно надежно и износостойко в эксплуатации. Обусловлено это наличием составных эластичных элементов, механических элементов крепления последних к барабану мельницы и магнитов к эластичным элементам. При этом магниты закреплены так, что одной из своих плоскостей выходят на рабочую поверхность футеровки. По этой причине они подвержены интенсивному абразивному износу и динамическим нагрузкам в результате контакта с перерабатываемым материалом. Интенсивность износов значительно возрастает при переработке немагнитных материалов, так как в этом случае на поверхности магнитов не будет защитного слоя из частиц перерабатываемого материала, удерживаемых магнитным полем. Часть эластичных элементов вообще не имеет магнитов, следовательно, на их поверхности при переработке любого материала будет отсутствовать защитный слой из частиц перерабатываемого материала, удерживаемых магнитным полем. Таким образом, из-за износов магнитов и эластичных элементов снижается надежность устройства.

Наиболее близкой по технической сущности и достигаемому результату к предлагаемой является магнитная футеровка ОРЕВЕД, содержащая резиновые элементы с выступами и пазами на нерабочей поверхности, постоянные магниты, выполненные в форме плит. При этом магниты завулканизированы в пазах резиновых элементов, а их оси перпендикулярны рабочей поверхности последних и каждые два соседних ряда магнитов имеют противоположную полярность.

Конструкция известной футеровки достаточно проста. Магниты, завулканизиро5 ванные в резиновые элементы на их нерабочей поверхности, выполняют двойную функцию: удерживают резиновые элементы на защищаемой поверхности и создают на рабочей поверхности резиновых

0 элементов защитный слой из частиц перерабатываемого материала, удерживаемых магнитным полем. Надежность конструкции повышается также и за счет того, что исключается абразивный износ магнитов,

5 так как последние расположены под слоем материала резинового элемента.

Недостатками известной конструкции являются недостаточная износостойкость эластичных элементов и низкая ремонтопригодность. Недостаточная износостойкость эластичных элементов обусловлена ограниченностью демпфирования ударных нагрузок, как следствие этого - накопление усталостных повреждений. При этом фронт эрозии

5 распространяется в материале элемента с меньшей скоростью, чем скорость распространения потока поглощаемой энергии. В результате этого удаляются частицы материала, прочность связей которых является уже

0 сущес7венн.о ослабленной вследствие поглощения ими части потока энергии, поступившей в предыдущие моменты времени.

Поглощение энергии в эластичных материалах происходит за счет постоянного возникновения и затухания волн упругих напряжений. При этом упругие волны, возникающие от удара кусков материала, распространяются по резине и отражаются от границы раздела резина - металл почти без

0 ослабления. Кроме того, отраженная волна может накладываться в определенных точках внутри резины на основную волну, которая генерируется более длительное время. Такое наложение упругих колебаний вызывает значительные внутренние напряжения, что приводит к разрыву молекулярных связей в этих точках, образованию микротрещин, пустот, неплотностей, микроповреждений. С течением времени возрастает

0 интенсивность процесса эрозии материала при неизменной стабильности поступающего потока энергии.

Возможности увеличения сопротивления распространению упругих колебаний в

5 данной конструкции ограничены, так как зластичные элементы выполнены монолитными. Увеличение толщины элементов ведет к увеличению массы конструкции и неэкономично. Низкая ремонтопригоднрсть конструкции футеровки обусловлена

однократным использованием постоянных магнитов.

Кроме того, часть массы эластичных элементов, рассчитанная из условия исключения пробоя футеровки максимальной маесой перерабатываемого материала при оптимальной высоте его падения, в процессе эксплуатации не изнашивается, но тем не менее удаляется при износе рабочей поверхности эластичных элементов.

Цель изобретения - повышение износостойкости и ремонтопригодности.

Указанная цель достигается тем, что магнитная футеровка, содержащая эластичный футерующий элемент с пазами и выступами на нерабочей поверхности и постоянные магниты, полюса которых находятся в контакте с защищаемой поверхностью из магнитного материала, снабжена пластинами из магнитного материала, закрепленными на выступах футерующего элемента, и эластичными закладными элементами с пазами и выступами, входящими в соответствующие пазы и выступы футерующего элемента, причем постоянные магниты закреплены в пазах закладного элемента и находятся в контакте с пластинами из магнитного материала. При этом акустический импеданс закладного элемента в 10-15 раз ниже акустического импеданса футерующего элемента. При размещении в пазах каждого эластичного элемента выступов закладного элемента, выполненного из эластичного материала, между ними образуется граница раздела сред, слои которой состоят из упругих материалов с различающимися механическими характеристиками.

Такое конструктивное решение повышает износостойкость футеровки за счет несогласованности акустических импедансов контактирующих слоев материала, из которого выполнены элементы. Выражают механические характеристики последних через модуль Юнга и плотность, т.е. характеризуют материал значением акустического импеданса

I Р С, где р-плотность материала;

С - скорость звука в данном материале, и используют теорию распространения упругих волн через границу раздела сред, из которой известно, что при воздействии волны упругих колебаний с давлением Р на границе раздела сред может происходить частичное отражение импульса. При этом величины массовой скорости V и давления Р связаны соотношениями

РО+ Rr Pt(1)

Vo - Vr Vt,(2)

где индексы о, г и t относятся соответственно к исходному, отраженному и проходящему через границу раздела сред импульсам. Пользуясь уравнением Р - /о С V, а также условием постоянства импедансов рь Со /02 Сг, подставив в (2), получают РоPZ Pt

РО Со С2 PI Ct

ИЛИ с учетом постоянства импедансов РО Р2 Pt

(3) ро Со Pt Ct Из совместного решения (1) и (3) вытекают важныеуравнения несогласованности импедансов

2А Ct

Pt°, .;., . -РО. (4)

Со Со

Л Ct +РО А Ct -ро

Pt Ct-I-A Со которые, если внести для отношения импедансов обозначение

л

« - коэффициент несогласоКРО Со

ванности импедансов, могут быть описаны в следующем виде 2К

(6)

Pt

Ро,

К + 1 Р - К-1 (7) К-2

или

Pt 2 К

(8) Рг К-1

Из анализа уравнений (6), (7). (8) можно заключить, что знак давления Pt в проходящей волне всегда остается тот же самый, что и у Ро, т.е. волна сжатия всегда проходит через границу раздела, оставаясь волной сжатия, и это же справедливо для волны разряжения.

Кроме того, из анализа можно сделать следующие выводы.

В случае, если К , из (6) вытекает, что величина давления сохраняется в импульсе, переходящем в среду с близким значением импеданса, т.е. Pt Р, а Рг з 0. В случае, если , давление в проходящем импульсе стремится к нулю, т.е. Pt О, а Рг -Ро. В случае, если К 1, то величина давления удваивается, Pt 2Р; Рг Ро.

Таким образом, величина несогласованности импедансов (К) контактирующих слоев определяет пропускную способность границы раздела по отношению к динамичес4сим упругим импульсам.

Поскольку образование усталостных повреждений в материале непосредственно зависит от вели.чины динамических напряжений, возникающих при соударениях, то соотношение импедансов материала эластичных элементов и материала закладного

элемента оказывает существенное влияние на повышение износостойкости футеровки.

Из указанных трех возможных случаев наиболее благоприятным для уменьшения износа эластичных элементов является вы полнение условия К « 1, при котором у материала закладного элемента величина импеданса значительно меньше, чем у материала эластичных элементов. При этом давление в отраженном импульсе меняет знак, т.е. возникает разряжение, которое алгебраически складывается с положительными нагрузками, обусловленными ударами перерабатываемого материала, максимально уменьшает (нейтрализует) интенсивность поля напряжений в эластичных элементах и тем самым способствует замедлению процесса его усталостного износа.

Такая ситуация реализуется при использовании высокоэластичных, особенно упруго-пористых резин в качестве материала закладных элементов в сочетании с материалом эластичных футерующих элементов из твердой резины.

Таким образом, подбирая значения акустического импеданса материала эластичных футерующих и закладных элементов футеровки, выбиракзт их оптимальное соотношение, что в конечном итоге позволяет снизить износы элементов конструкции магнитной футеровки.

Крепление на выступах эластичного футерующего элемента пластин из магнитного материала, контактирующих с постоянными магнитами, которые закреплены между основаниями выступов закладного элемента, позволяет повысить ремонтопригодность футеровки за счет многократного использования ее составных элементов, в частности закладных элемёнтоэ и постоянных магнитов. Так, действительно, магниты, завулканизированные в основании выступов закладного элемента, выполняют тройную функцию: удерживают закладной элемент на защищаемой поверхности, удерживают эластичный элемент на закладном элементе (за счет контакта с металлическими пластинами, закрепленными на выступах эластичного элемента) и обеспечивают создание дополнительного защитного слоя из мелких частиц перерабатываемого материала на рабочей поверхности эластичного элемента. С Другой стороны, конструкция футеровки позволяет разъединять ее элементы, например, при износе эластичных элементов, которые подвергаются интенсивному абразивному износу. При этом закладочные элементы с магнитами остаются на защищаемой поверхности.

Таким образом, обеспечивается многократное использование двух дорогостоящих элементов конструкции футеровки. В результате этого повышается ремонтопригодность футеровки.

При выборе соотношения показателей акустического импеданса материалов эластичных элементов и закладных элементов исходят из следующих соображений.

При превышении акустического импеданса материала эластичного элемента по отношению к материалу закладного элемента менее, чем в 10 раз (в соответствии с зависимостью (8)) давление в отраженной волне не будет достаточно эффективно гасить внутренние напряжения в системе.

Использование материала эластичных элементов с показателем импеданса, превышаю щим более, чем в 15 раз импеданс закладного элемента, не дает должного эффекта в нейтрализации внутренних напряжений в системе, так как последние практически стабилизируются.

Известна футеровка барабанной мельницы, состоящая из набора резиновых плит, каждая из которых имеет полость и рабочую поверхность с углублениями для крепления в них износостойких металлических элементов. При этом в полость плиты вмонтирован вкладыш из капиллярно-пористой резины.

Известна также барабанная мельница, содержащая набор прилегающих к барабану упругих футеровочных плит и лифтеров, выполненных из упругого материала. При этом рабочая поверхность каждого из лифтеров снабжена элементами из твердого пластика.

Отсутствие в пазах каждого эластичного футерующего элемента выступов закладного элемента, выполненного из эластичного материала, не позволяет снизить внутренние напряжения в элементах конструкции за счет несогласованности импедансов материала эластичных и закладных элементов. В результате этого не достигается повышение износостойкости футеровки.

Отсутствие на выступах эластичного футерующего элемента эакрепленных плдстин из магнитного материала, контактирующих с магнитами, которые закреплены между основаниями выступов закладного элемента, не позволяет обеспечить крепление эластичного элемента через промежуточный закладной элемент с закрепленными на нем постоянными магнитами, а следовательно, многократное использование последних.

На чертеже представлена магнитная футеровка, разрез по продольной оси.

Магнитная футеровка содержит эластичный футерующий элемент 1, выполненный из твердой резины. На нерабочей поверхности каждого элемента 1 выполнены пазы 2 и выступы 3. В пазах 2 размещены выступы эластичного закладного элемента 4. выполненные из упруго-пористой резины, а на выступах 3 элемента 1 завулканизированы пластины 5 из магнитного материала, контактирующего с постоянными магнитами 6. которые завулканизированы между основаниями выступов закладного эластичного элемента 4. Закладные элементы 4 посредством магнитов 6 крепятся на защищаемой поверхности 7 из магнитного материала. При этом материал закладного эластичного элемента 4 имеет акустический импеданс в 10-15 раз ниже аналогичного показателя эластичных футерующих элементов 1.

Магнитная футеровка работает следующим образом.

При монтаже футеровки на защищаемой поверхности устанавливаются закладные элементы 4 с завулканизированными в их основании магнитами 6. Последнуле фиксируют и удерживают элементы 4 на защищаемой поверхности 7 за счет сил магнетизма магнитов 6. Затем на закладные элементы 4 устанавливают эластичный футерующий элемент 1 так, чтобы выступы с металлическими пластинами 5 совпадали с магнитами 6. Последние будут удерживать эластичные футерующие элементы 1 на закладных эластичных элементах 4. Таким образом обеспечивается надежное быстросьемное, безболтовое крепление элементов конструкции на защищаемой поверхности.

При восприятии динамических нагрузок от перерабатываемого MaTepviana, последние воспринимаются эластичным футерующим элементом 1. При этом в последнем возникают волны упругих напряжений, которые доходят до границы раздела эластичный элемент 1 - закладной элемент 4, где частично отражаются, а частично переходят в материал закладного элемента. При этом подобранное соотношение показателей акустического импеданса материала эластичных футерующих элементов и закладных элементов (показатель последнего в 10-15 раз ниже первого) позволяет достаточно эффективно гасить внутренние напряжения в элементах конструкции и на этой основе снизить усталостные износы.

Так, для типичных условий (твердая резина по ТУ 14-348-31885 твердостью 190 МПа; упруго-пористая резина по ТУ 38105120-76 твердость 40-65 ед. по Шору) величина импеданса первой (Ip) превосходит соответствующую величину второй (1р) примерно в 15 раз, т.е. по формуле (8) коэффициент несогласованности импедансов

I II 1 К ,06,будет равен

давление в

15

1г

g импульсе (Pt), проходящем в упруго-пористую резину, составляет 0,1 первоначально приложенного импульса давления (Ро)

P, |,lMi.po-o,1-Po.

Pt 2

К -Ь 1 0,06 + 1

0 ()

Учитывая, что на границе раздела резина-металл давление в проходящем импульсе в соответствии с формулой (7) почти удваивается, то результирующее давление в

5 импульсе, прошедшем через двухслойную конструкцию, ослабляется примерно в 3-5 раз. Это позволяет ожидать увеличения износостойкости и срока службы футеровки тоже в этих пределах.

0 При замене износившихся в процессе эксплуатации футерующих элементов 1. последние удаляются с закладных элементов 4 путем поочередного разведения пары металлическая пластина 5 - магнит 6. При этом

5 закладные элементы 4 с магнитами 6 остаются на защищаемой поверхности для повторного (многократного) использования, а износившийся элемент 1 заменяется на новый.

0 Этим обеспечивается высокая ремонтопригодность конструкции футеровки.

По сравнению с прототипом предлагаемая конструкция магнитной футеровки позволяет повысить износостойкость ее

5 конструктивных элементов за счет подбора оптимальных соотношений показате/1ей акустического импеданса материалов последних и на этой основе снизить (нейтрализовать) внутренние напряжения от

0 динамических нагрузок, а следовательно, уменьшить усталостные износы. Повышается также ремонтопригодность футеровки за счет многократного использования закладных элементов и постоянных магнитов. В

5 результате этого снижаются удельные затраты на единицу перерабатываемой продукции и уменьшаются простои машин и оборудования, связанны с.перефутеровкой.

0 Формула изобретения

Магнитная футеровка, содержащая зластичный футерующий элемент с пазами и выступами на нерабочей поверхности и постоянные магниты, полюса которых находятся в контакте с защищаемой поверхностью из магнитного материала, отличающаяся тем, что, с целью повышения износостойкости и ремонтопригодности, она снабжена пластинами из магнитного материала, закрепленными на выступах футеру11170841312

ющего элемента, и эластичным закладнымэлемента и находятся в контакте с пластиэлементом с пазами и выступами, входящи-нами из магнитного материала, а акустичеми в соответстауюи е пазы и выртупы футе-ский импеданс закладного элемента в 10-15

рующего элементе, причем постоянныераз ниже акустического импеданса футерумагниты закреплены в пазах закладного5 ющего элемента.

Изобретение относится к горному машиностроению, а именно к устройствам для защиты рабочих поверхностей оборудования и транспрртных средств, подверженных абразивному износу при ударном характере нагрузок от .перерабатываемого материала, и может быть использовано на предприятиях автомобильного транспорта, в черной и цветной металлургии, промышленности строительных материалов и других отраслях народного хозяйства. Цель - повышение износостойкости и ремонтопригодности. Для этого магнитная футеровка, содержащая эластичный футерующий элемент 1 с пазами 2 и выступами 3 на нерабочей поверхности и постоянные магниты 6, полюса которых находятся в контакте с защищаемой поверхностью 7 из магнитного материала, снабжена пластинами 5 из магнитного материала, закрепленными на выступах 3 футерующего элемента 1, и эластичным закладным элементом 4 с пазами и выступами. Причем постоянные магниты 6 закреплены в пазах закладного элемента 4 и находятся в контакте с пластинами 5 из магнитного, материала, а акустический импеданс закладного элемента 4 в 10-15 раз ниже акустического импеданса футерующего элемента 1. 1 ил.^ЁVIО 00.i^CJГ//////////////////////^^л7