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塔磨机橡胶磁性衬板的磁性能研究
2019-02-20
为了研究塔磨机橡胶磁性衬板的磁性能,采用不同材质的磨球对橡胶磁性衬板表面 的磁吸附力进行测试,并借助Ansoft 有限元软件构建的数值模型,模拟分析了衬板表面磁感应强度 分布规律。研究结果表明:随着磨球铬含量的增加,在橡胶磁性衬板表面中心处的吸附力也随之降 低,ϕ20 mm 规格低铬磨球的吸附力最大,可达到9. 13 N;通过计算得出,单块橡胶磁性衬板与筒体 之间的静摩擦系数为0. 47。
Serial No. 597 January. 2019 现ꢀ 代ꢀ 矿ꢀ 业 MODERN MINING 总第 597期 2019 年 1 月第 1 期 塔磨机橡胶磁性衬板的磁性能研究 姜ꢀ 磊ꢀ 于忠淇 北方重工装备(沈阳)有限公司) ( ꢀ ꢀ 摘ꢀ 要ꢀ 为了研究塔磨机橡胶磁性衬板的磁性能,采用不同材质的磨球对橡胶磁性衬板表面 的磁吸附力进行测试,并借助 Ansoft 有限元软件构建的数值模型,模拟分析了衬板表面磁感应强度 分布规律。 研究结果表明:随着磨球铬含量的增加,在橡胶磁性衬板表面中心处的吸附力也随之降 低,ϕ20 mm 规格低铬磨球的吸附力最大,可达到 9. 13 N;通过计算得出,单块橡胶磁性衬板与筒体 之间的静摩擦系数为 0. 47。 关键词ꢀ 橡胶磁性衬板ꢀ 钢球ꢀ 磁感应强度ꢀ 吸附力ꢀ 摩擦力 DOI:10. 3969 / j. issn. 1674-6082. 2019. 01. 044 ꢀ ꢀ 塔磨机又叫立式螺旋搅拌机,其研磨介质一般 铬、低铬 3 种成分。 市场上现售的 3 种钢球主要成 分见表 1。 为钢球或陶瓷球,塔体内悬挂着螺旋搅拌器,塔体上 面的传动装置使螺旋搅拌器顺时针转动,从而使研 磨介质在筒体内做整体的多维循环运动和自转运 动,物料在磨矿介质重量压力和螺旋回转产生的挤 表 1ꢀ 钢球材质化验成分 % 成分 C S Si Mn Cr Mo Cu P 高铬 2. 76 0. 004 0. 663 0. 541 11. 5 0. 026 0. 064 0. 046 中铬 2. 98 0. 004 0. 783 0. 581 8. 99 0. 057 0. 041 0. 032 低铬 1. 59 0. 004 0. 410 0. 487 2. 55 0. 035 0. 302 0. 027 [ 1] 压力下被有效地粉碎 。 与卧式球磨机相比,其具 有高效节能、噪音小、粉碎比大、占地小、基建费用 1 . 2ꢀ 3 种材质钢球磁化曲线分析 [ 2] 低、防止过磨、对物料适应性强等优点 。 筒体衬 板分成合金钢 (锰、铬、镍等) 衬板、橡胶磁性衬板 及格栅钢衬板 3 类。 橡胶磁性衬板是一种新型的筒 体衬板,具有工作寿命长、节约研磨介质和降低电耗 3 种材质钢球磁化曲线见图 1。 [ 3] 等特点 。 橡胶磁性衬板对其表面钢球的吸引力 将直接影响其表面保护层的效果。 同时,由于橡胶 磁性衬板与筒体之间是通过磁吸附力的方式紧贴在 筒体内表面而不采用螺栓连接,这将会直接影响到 橡胶磁性衬板的使用效果和寿命。 因此,本项目研 究了高铬、中铬、低铬 3 种成分的钢球在橡胶磁性衬 板的表面吸附力。 同时,采用重物悬挂法测量,计算 出橡胶磁性衬板与塔磨机筒体内表面的摩擦系数, 并利用 Ansoft 有限元计算,总结了单块橡胶磁性衬 板的摩擦力与磁体厚度的关系。 图 1ꢀ 3 种材质钢球磁化曲线 由图 1 可见,随钢球中铬含量的增加,钢球的比 磁化强度值也随之降低,最大比饱和磁化强度值也 2 2 由 151 Am / kg 降至 125 Am / kg;但外部磁场强度 在 80 ~ 160 kA/ m 时,低铬合金钢球的磁化强度值 要略高于高铬和中铬材质,而高铬和中铬钢球磁化 强度值比较相近,这可能是由于二者中铬的含量相 差不大所造成的。 1 ꢀ 3 种材质钢球磁场吸附力测试与分析 1 . 1ꢀ 3 种材质钢球成分分析 目前,矿山企业磨机中采用的研磨介质一般为 1 1 . 3ꢀ 橡胶磁性衬板表面磁感应强度特性 . 3. 1ꢀ 橡胶磁性衬板模型 耐磨钢球,而耐磨钢球的成分也通常分为高铬、中 橡胶磁性衬板模型截面图及坐标系选取见图 ,橡 胶 衬 板 壳 体 相 对 磁 导 率 为 1. 0, 磁 体 选 用 ꢀ ꢀ 姜ꢀ 磊(1982—),男,高级工程师,110141 辽宁省沈阳市经济技 2 术开发区开发大路 16 号。 Y30H-1 铁 氧 体, 厚 度 为 30 mm。 塔 磨 机 外 壳 为 1 80 ꢀ ꢀ 姜ꢀ 磊ꢀ 于忠淇:塔磨机橡胶磁性衬板的磁性能研究ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ ꢀ 2019 年 1 月第 1 期 N Q235B 型钢板,原点 O 取在衬板上表面中心,位于 两磁极之间,A 点取在衬板上表面的磁极中心位置。 表 2ꢀ 3 种材质的钢球所受到的磁场吸附力 位置 O 低铬 9. 13 7. 98 中铬 7. 74 6. 22 高铬 7. 34 6. 04 A [ 4] ꢀ ꢀ 磁性物质在磁场中的受力公式为 F = μ0 × J × ∇H , 图 2ꢀ 橡胶磁性衬板模型截面 (1) 1 . 3. 2ꢀ 橡胶磁性衬板磁感应强度 式中,F 为单位质量磁性物质所受磁场力,N/ kg;μ0 为真空磁导率;J 为比磁化强度,即单位质量被磁化 将图 2 所示的模型磁性衬板经 Ansoft 有限元模 拟计算,得到磁感线分布见图 3。 2 的磁矩大小,Am / kg;H 为磁场强度,A/ m;∇H 表示 对 H 求梯度。 由公式(1)可知,在相同的磁场中,磁 性物质所受到的磁场吸附力与本身磁化强度成正比 关系。 在衬板表面 A 点处,即衬板磁极的中心处,对 高铬合金钢球的吸附力最低,即便如此,其吸附力仍 可达到钢球本身重量的 16 倍左右。 结合图 4 可知, 由于在 O 点处的衬板表面磁场强度要大于 A 点处, 因此在 O 点处,对 3 种同尺寸钢球的吸附力都要大 于 A 点处。 图 3ꢀ 衬板表面磁感线分布 由图 3 可见,在衬板表面处,磁极中心轴处磁感 线方向是垂直表面的,随着与磁极中心轴距离的增 加,磁感线方向与表面的夹角逐渐减小,到达两极中 心轴时,磁感线方向完全平行于表面。 1 . 3. 3ꢀ 橡胶磁性衬板 O、A 两点磁感应曲线 O、A 两点磁感应强度随高度变化曲线见图 4。 2 ꢀ 橡胶磁性衬板与筒体之间的摩擦力测试 与计算 2 . 1ꢀ 衬板与筒体之间摩擦力和摩擦系数的测量与 计算 ꢀ 单块橡胶磁性衬板测量见图 5。 ꢀ 图 4ꢀ O、A 两点磁感应强度随高度变化曲线 ● ■ —O 点位置; —A 点位置 由图 4 可见,由于 A 点为磁极的中心处,因此此 处的磁感应强度值最低,随着高度的增加,其值也逐 渐减低;O 点为衬板上表面中心,位于组交替排列的 磁极的中心处,结合图 3 可以看出,此处的磁力线最 为密集,因此 O 点处的磁感应强度值要大于 A 点 处。 图 5ꢀ 单块橡胶磁性衬板测量 采用图 5(a)所示的重物悬挂法,实际测量出单 块橡胶磁性衬板对表面贴附钢板的磁场吸附力,经 过实际测量,吸附力可达到 510 N。 通过图 5(b)所 示的侧向重物悬挂法,测得单块橡胶磁性衬板的最 大静摩擦力值为 238 N。 根据公式: 1 . 4ꢀ 钢球受力分析 将以上 3 种材质直径为 ϕ20 mm 的钢球分别在 橡胶磁性衬板 O、A 两点位置处,通过重物悬挂的方 法,测量出 3 种材质的钢球所受到的磁场吸附力,结 果见表 2。 μ = f , (2) N 式中,f 为最大静摩擦力,N ;N 为物体对该接触面的 正压力,N。 计算出橡胶磁性衬板与筒体内部的静 摩擦系数为 0. 47。 ꢀ ꢀ 由表 2 可知,随着钢球含铬成分的增加,橡胶磁 性衬板对钢球的吸附力也随之降低;结合图 1 中 3 种材质钢球磁化曲线可知,这是因为随着钢球中铬 含量的增加,其比磁化强度也随之减低。 2. 2ꢀ 磁体厚度对摩擦力的影响 在单块橡胶磁性衬板截面尺( 下转第179页) 1 81
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