Повышение надёжности крепления футеровки барабанных рудорозмольных мельниц Текст научной статьи по специальности «Строительство и архитектура»

© Ю.С. Рудь, Ф. Аль-Куран,

В.Ю. Белоножко, 2002

УДК 621.926.5

Ю.С. Рудь, Ф. Аль-Куран, В.Ю. Белоножко

ПОВЫШЕНИЕ НАДЁЖНОСТИ КРЕПЛЕНИЯ ФУТЕРОВКИ БАРАБАННЫХ РУДОРОЗМОЛЬНЫХ МЕЛЬНИЦ

Н

адёжность работы барабанных рудоразмольных мельниц в значительной степени зависит от надёжности крепления фу-теровочных плит. Шаровая мельница МШР 3600x5500 имеет около 200 футеровочных болтов М 42x200, мельница самоизмельчения ММС 9000x3000 - 448 футеровочных болтов М 48x260. Эти болты находятся под воздействием неблагоприятных факторов: значительные переменные нагрузки, агрессивная внешняя среда, сложность диагностики технического состояния и т.д. С течением времени из-за некоторого отвинчивания гаек футеровочных болтов, из-за остаточных деформаций резьбы и опорных поверхностей деталей соединения, наблюдается снижение усилий затяжки. Это приводит к нарушению герметичности соединения, снижению усилий затяжки, к нарушению герметичности соединения и раскрытию стыка между деталями.

Нами разработаны новые конструкций крепления футеровки барабанных рудоразмольных мельниц, которые включают вибростойкие футеровочные резьбовые соединения.

На рис. 1 и 2 показаны две конструкции вибростойких футеровочных резьбовых соединений.

Внешняя осевая нагрузка N , приходящаяся на одно вибростойкое соединение, передаётся на футеровочный болт не полностью, а частично. Та часть внешней осевой нагрузки N , которая воспринимается одним футеровочным болтом в затянутом состоянии, определяется коэффициентом основной нагрузки % и может быть

найдена как следующее произведение N6 = xN . (1)

Полное расчётное усилие на один фу-теровочный болт с учётом силы затяжки Qo находится по формуле:

Np = 0.0 + Nб = 00 + . (2)

Таким образом, использование резьбовых соединений повышенной вибростойкости позволяет уменьшить суммарную расчётную нагрузку на один болт N р, а

после приложения внешней нагрузки N находится как следующая разность:

Nс = 00-(1 -, (3)

где часть многочлена (1 - оп-

ределяет долю уменьшения затяжки стыка после приложения внешней осевой силы N к футеровочному резьбовому соединению.

Для резьбовых соединений повышенной вибростойкости, имеющих пониженное значение коэффициента основной нагрузки % ,

доля уменьшения затяжки стыка (1 - увеличивается, а остаточная затяжка стыка от одного болта N с - уменьшается. Для обеспечения не раскрытия стыка деталей необходима достаточная предварительная затяжка соединения силой О0. Условием нераскрытая стыка, при котором обеспечивается надёжность и герметичность соединения, является равенство

Nс > 0 . (4)

Это условие можно обеспечить, если силу затяжки 00 выразить из неравенства

00 >41 - х№ . (5)

Прочность единичного болта при статических нагрузках в резьбовых соединениях, показанных на рис. 1-2, можно оценить по формуле (9):

а = Nr

а,

(6)

где - внутренний диаметр резьбы; [<г] - допустимое напряжение растяжения для резьбовых соединений.

следовательно повысить запас прочности без дополнительных материальных затрат.

Остаточная затяжка стыка крепления футеровочной плиты для одного болта N с

Рис. 1. Резьбовое соединение М42Х200 с двусторонней кольцевой пружинной шайбой для крепления футеровочных плит к барабану мельницы

Рис. 2. Резьбовое соединение М42Х200 с односторонней кольцевой пружинной шайбой (1й вариант) для крепления футеровочных плит к барабану мельницы

ПОВЫШЕНИЕ ЗАПАСА ПРОЧНОСТИ ВИБРОСТОИКИХ ФУТЕРОВОЧНЫХ РЕЗЬБОВЫХ СОЕДИНЕНИИ РУДОРАЗМОЛЬНЫХ ШАРОВЫХ МЕЛЬНИЦ И МЕЛЬНИЦ САМОИЗМЕЛЬЧЕНИЯ ПО СРАВНЕНИЮ СО СТАНДАРТНЫМИ СОЕДИНЕНИЯМИ

Тип футеровочных вибростойких резьбовых соединений, применяемых в Коэффи- циенты По условию нераскры- По условию герметичности стыка

мельницах Яш-10-5, тая стыка Мягкая Металлическая Металлическая

мм/Н; Хв-с Ус=1,625 прокладка, фасонная про- плоская про-

г„=3,25 V =1,9 кладка, V =2,7 кладка, V =4

Шаровые мельницы МШР 3600x4000, МШР 4000x5000, МШР 4500x5000, МШЦ 3600x5500, МШЦ 4000x5500, МШЦ

4500x6000

Резьбовые соединения М42x2x200 с двусто- 0,14048

ронней кольцевой пружинной шайбой 0,0783

- статические нагрузки

- переменные нагрузки, 1,144 1,155 1,177 1,193

ka=4 1,645 1,953 1,737 1,536

ka=4,75 1,738 2,053 1,834 1,624

Резьбовые соединения М42x2x200 с одно- 0,07024

сторонней кольцевой пружинной шайбой 0,1200

или включающее гайку с конической опор-

ной поверхностью

- статические нагрузки 1,109 1,118 1,134 1,146

- переменные нагрузки,

ka=4 1,422 1,587 1,474 1,360

1,474 1,636 1,526 1,410

ka=4,75

Мельницы самоизмельчения ММС 7000x2300, ММС 9000x3000,

ММС 7000x6000

Резьбовые соединения М48x2x260 с двусто- 0,12292

ронней кольцевой пружинной шайбой 0,0654

- статические нагрузки

- переменные нагрузки, 1,099 1,106 1,120 1,130

ka=4 1,490 1,742 1,564 1,404

ka=4,75 1,564 1,826 1,643 1,473

Резьбовые соединения М48x2x260 с одно- 0,06146

сторонней кольцевой пружинной шайбой 0,0978

или включающее гайку с конической опор-

ной поверхностью

- статические нагрузки 1,073 1,079 1,089 1,096

- переменные нагрузки,

ka=4 1,321 1,364 1,460 1,503 1,364 1,407 1,270 1,311

Формула (6) даёт возможность оценить запас прочности пв резьбовых соединений при статических нагрузках по следующему выражению:

= П1 = N

а

4

(7)

Использование в горно-обогатительном оборудовании вибростойких резьбовых соединений позволяет повысить их запас прочности п за счёт снижения коэффициента основной нагрузки % . Для количественной оценки величины повышения запаса прочности Ап виброустойчивых резьбовых соединений по сравнению со стандартными резьбовыми соединениями воспользуемся следующим отношением:

Апв = пв.в.с Iпв.ст , (8)

где пв в с и пв ст - соответственно запас прочности виброустойчивых и стандартных резьбовых соединений.

Подставив значения запаса прочности пв , полного расчётного усилия Nр и силы затяжки 00 из уравнений (7),

(2) и (5) в уравнение (8), получим математическое выражение для оценки величины повышения запаса прочности вибростойких резьбовых соединений при статических нагрузках:

4- %в.с 4-1)

Апв =-

(9)

4-%ст (,/-1)

Величина повышения запаса прочности вибростойких резьбовых соединений горно-обогатительных машин и оборудования по переменным напряжениям Апа определяется из следующего математического выражения:

п

в

Ma =

2Wc

~Хат + v Хат

(v - 0,5)

2¥c

-Хв.

+ v- Хв.с (v- 0,5)

(10)

По данной методике произведён расчёт величины повышения запаса прочности вибростойких футеровочных резьбовых соединений рудоразмольных шаровых мельниц и мельниц самоизмельчения по сравнению со стандартными резьбовыми соединениями при статических и переменных нагрузках (таблица).

Анализ данных таблицы, полученных по предложенной нами методике, показывает, что прочность вибростойких футеровочных резьбовых соединений при статических нагрузках выше прочности стандартных резьбовых соединений, применяемых в шаровых мельницах и в мельницах са-моизмельчения. При этом увеличение статической прочности тем выше, чем меньше значение коэффициента основной нагрузки х . Величина последнею в значительной степени определяется податливостью пружинных шайб, конструкция которых разработана в диссертации. Прочность виб-ростойких футеровочных резьбовых соединений М42х2х200 и М48х2х260 с двусторонней кольцевой пружинной шайбой соответственно на 14,4-19,3% и 9,9-13,0% выше прочности стандартных резьбовых соединений (при значениях коэффициента затяжки v = 1,625...4). Статическая прочность вибростойких футеровочных резьбовых соединений М42х2х200 и М48х2х260 с односторонней кольцевой пружинной шайбой или включающих гайку с конической опорной поверхностью выше прочности стандартных резьбовых соединений соответственно на 10,9-14,6% и 7,39,6% (v = 1,625...4). При переменных нагрузках горнообогатительных машин и оборудования также наблюдается значительный прирост прочности вибростойких футеровоч-ных резьбовых соединений. Прочность вибростойких футе-ровочных резьбовых соединений М42х2х200 и М48х2х260 с двусторонней кольцевой пружинной шайбой соответственно на 53,64-95,3 и 40,4-74,2% (при v = 1,9...4 и

ка = 4 ) или на 62,4-105,3 и 47,3-82,6% (при V = 1,9... 4 и к0 = 4,75) выше прочности стандартных резьбовых соединений. Прочность вибростойких футеровочных резьбовых соединений М42x2x200 и М48x2x260 с односторонней кольцевой пружинной шайбой или включающее гайку с конической опорной поверхностью соответственно на 36,058,7 и 27,0-46,0% (при V = 1,9...4 и ^ = 4) или на 41,063,6 и 31,1-50,3% (при V = 1,9-4 и kff = 4,75 ) выше прочности стандартных резьбовых соединений. Циклическая прочность вибростойких футеровочных резьбовых соединений М42x2x200 и М48x2x260 с тарельчатой или сферической пружинными шайбами соответственно на 17,7-26,6 и

31.6-55,1% (при V = 1,9...4 и ka = 4) и на 19,8-28,3 и

36.6-60,6% (при V = 1,9...4 и kff = 4,75 ) выше прочности стандартных резьбовых соединений.

Наибольшее повышение запаса прочности вибростойких футеровочных резьбовых соединений достигается при их использовании в режиме переменного нагружения. Причём, при увеличении податливости пружинных шайб с 0,07-10-5 до 1,89-10-5 мм/Н (при % = 0,250 ) величина повышения запаса прочности возрастает с 42,2 до 123,2% по условию не раскрытия стыка (4п = 3,25 и k0 = 4 ) и от 58,7 до 219,7% по условию герметичности (при мягкой прокладке V = 1,9 и k0 = 4 ). При увеличении податливости пружинных шайб с 0,06-10-5 до 2,47-10-5 мм/Н (при % = 0,190) величина повышения запаса прочности возрастает с 32,1 до 95,7% по условию нераскрытая стыка (V,, = 3,25 и k0 = 4 ) и от 46,0 до 172,9% по условию герметичности (при мягкой прокладке V = 1,9 и k0 = 4 ).

Основной причиной увеличения прочности вибростой-ких резьбовых соединений является снижение дополнительной нагрузки на болт от воздействия общей внешней нагрузки на соединение и сохранение первоначальной силы затяжки.

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ

1. Биргер ИА, Шор Б. Ф., Иосилевич ГБ. Расчет на прочность деталей машин. - М., 1979.

2. Биргер ИА, Иосилевич ГБ. Резьбовые и фланцевые соединения. - М.,1990.

3. Иосилевич Г.Б., Строганов ГБ, Шарловский Ю.Б. Затяжка и стопорение резьбовых соединения. М., 1985.

4. Крюков Д.А. Футеровка шаровых мельниц. - М., 1965.

k

а

k

(7

КОРОТКО ОБ АВТОРАХ -------------------------------------------------------

Рудь Ю.С. — профессор, доктор техн. наук, Криворожский ехнический университет, Украина. Аль-Куран Ф. — аспирант, Криворожский технический университет, Украина.

Белоножко В.Ю. — ст. преподаватель, Криворожский технический университет, Украина.