一種復(fù)合材料無(wú)磁滾筒及其制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及選礦設(shè)備技術(shù)領(lǐng)域,具體來(lái)說(shuō),涉及一種復(fù)合材料無(wú)磁滾筒及其制作方法。
【背景技術(shù)】
[0002]傳統(tǒng)的礦山選礦設(shè)備大多由不銹鋼或普通鋼材制成,這些材料制成的設(shè)備在工作中普遍存在著感應(yīng)渦流、質(zhì)量重、易腐蝕和能耗大的缺陷,并且還存在著耐久性差、使用壽命較短、施工運(yùn)輸和運(yùn)行維護(hù)比較困難的弊端,因此也增加了設(shè)備的整個(gè)成本。
[0003]近年來(lái),纖維增強(qiáng)樹脂基復(fù)合材料(以下簡(jiǎn)稱FRP)由于其無(wú)磁、強(qiáng)度高、質(zhì)量輕以及耐腐蝕、耐疲勞和可設(shè)計(jì)性強(qiáng)的優(yōu)點(diǎn)得到了廣泛的應(yīng)用。同時(shí),用復(fù)合材料制備無(wú)磁設(shè)備的理念也被證實(shí)是無(wú)磁設(shè)備的最佳選擇。因此,將FRP應(yīng)用于選礦設(shè)備也成為國(guó)內(nèi)外的主要研宄熱點(diǎn)。針對(duì)現(xiàn)有無(wú)磁滾筒的狀況,將FRP成功制成無(wú)磁滾筒成為業(yè)內(nèi)人士亟需解決的難題。但是由于無(wú)磁滾筒尺寸較大且載荷工況復(fù)雜,因此采用常規(guī)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)制成的復(fù)合材料無(wú)磁滾筒雖然相對(duì)鋼制選礦筒重量有所減少,但其結(jié)構(gòu)耐久性和可靠性還是較差,所以設(shè)備成本得不到有效降低,不適宜推廣應(yīng)用。
[0004]針對(duì)上述相關(guān)技術(shù)中所述的問(wèn)題,目前尚未提出有效的解決方案。
【發(fā)明內(nèi)容】
[0005]針對(duì)相關(guān)技術(shù)中上述的問(wèn)題,本發(fā)明提出一種復(fù)合材料無(wú)磁滾筒及其制作方法,能夠有效使得制成的復(fù)合材料無(wú)磁滾筒具有無(wú)磁、重量輕、剛度高、耐腐蝕、耐疲勞及可靠性高的優(yōu)點(diǎn),同時(shí)有效解決了現(xiàn)有無(wú)磁滾筒高能耗、高損耗的弊端,進(jìn)而有效降低了設(shè)備的生產(chǎn)成本和維護(hù)成本。
[0006]為實(shí)現(xiàn)上述技術(shù)目的,本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
[0007]一種復(fù)合材料無(wú)磁滾筒,包括筒體及增強(qiáng)區(qū),所述筒體由內(nèi)而外包括內(nèi)功能層、結(jié)構(gòu)層及外功能層,其中,所述結(jié)構(gòu)層由玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂復(fù)合體系纏繞而成,并且,所述內(nèi)功能層與所述外功能層的厚度比為1: 5?1: 10。
[0008]進(jìn)一步地,所述筒體的樹脂材質(zhì)為環(huán)氧樹脂、不飽和聚酯樹脂或乙烯基樹脂中的任一種。
[0009]一種復(fù)合材料無(wú)磁滾筒的制作方法,包括以傳統(tǒng)滾筒結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)其筒體壁厚的步驟、復(fù)合材料連接為基礎(chǔ)設(shè)計(jì)增強(qiáng)區(qū)域結(jié)構(gòu)的步驟及在筒體外壁覆防老化、抗滑功能表層的步驟,還包括如下步驟:
[0010]I)確定該復(fù)合材料無(wú)磁滾筒的結(jié)構(gòu):由內(nèi)而外分別設(shè)計(jì)為內(nèi)功能層、結(jié)構(gòu)層及外功能層,其中所述結(jié)構(gòu)層由玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂纏繞而成;
[0011]2)確定步驟I)中所述玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂的原料及重量配比以及所述結(jié)構(gòu)層的鋪層方案;
[0012]3)根據(jù)選礦設(shè)備使用條件的要求,按照步驟I)中的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)制作出不同鋪層方向復(fù)合材料無(wú)磁滾筒結(jié)構(gòu)層的試樣和功能層的試樣,并對(duì)這些試樣進(jìn)行綜合測(cè)試,最終得出所述內(nèi)功能層、所述結(jié)構(gòu)層及所述外功能層的機(jī)械性能參數(shù)和抗滑性能參數(shù);
[0013]4)根據(jù)步驟3)中所得的各方向鋪層的機(jī)械性能參數(shù)以確定所述結(jié)構(gòu)層的厚度,并確定所述玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂中玻璃纖維的鋪層方式;其中,所述內(nèi)功能層與所述外功能層的厚度比為1: 5?1: 10 ;所述玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂中玻璃纖維的纏繞方式為按照以下纏繞方向角:90°、0°、54°和-54°進(jìn)行組合纏繞;
[0014]5)將步驟3)中所得的各方向鋪層機(jī)械性能參數(shù)與步驟4)中所得的結(jié)構(gòu)層厚度值以及所述玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂的鋪層方案輸入到有限元分析軟件中,構(gòu)建有限元分析模型,施加載荷然后仿真計(jì)算得到該復(fù)合材料無(wú)磁滾筒在不同載荷工況時(shí)的應(yīng)力值和變形值;
[0015]6)將所述復(fù)合材料無(wú)磁滾筒預(yù)先設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力值與步驟5)中獲得的應(yīng)力值進(jìn)行對(duì)比后計(jì)算出該復(fù)合材料無(wú)磁滾筒的安全系數(shù)值,然后將該安全系數(shù)值及變形值與設(shè)計(jì)要求進(jìn)行比較,即在正常工況條件下所述復(fù)合材料無(wú)磁滾筒中部的變形值應(yīng)不大于筒體長(zhǎng)度的15%。,安全系數(shù)應(yīng)不小于3,若滿足上述設(shè)計(jì)要求,則進(jìn)入構(gòu)件成型階段;
[0016]7)上述步驟6)中如果不滿足設(shè)計(jì)要求,則返回步驟4),重新調(diào)整結(jié)構(gòu)層的厚度及玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂中玻璃纖維的鋪層方式;然后重復(fù)進(jìn)行步驟5)及步驟6)直到滿足設(shè)計(jì)要求為止,最后進(jìn)行構(gòu)件成型階段,從而完成整個(gè)的制作過(guò)程。
[0017]進(jìn)一步地,步驟2)中所述玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂為玻璃纖維經(jīng)高溫下固化的環(huán)氧樹脂膠液浸漬后按規(guī)定的方向角順序纏繞而成的,其中,所述環(huán)氧樹脂膠液由以下組分的原料組成:環(huán)氧樹脂90?100份、固化劑I?3份、促進(jìn)劑0.2?1.5份及色漿0.2?I份。
[0018]進(jìn)一步地,步驟3)中所述結(jié)構(gòu)層的機(jī)械性能參數(shù)均為:在室溫20°C、相對(duì)濕度10%的條件下,所述玻璃纖維增強(qiáng)熱固性樹脂中的玻璃纖維材料拉伸模量為40.9GPa,彎曲模量為11.2GPa,剪切模量為5.2GPa,泊松比為0.33 ;所述內(nèi)功能層機(jī)所述外功能層的彈性模量為3.5GPa,泊松比為0.3。
[0019]進(jìn)一步地,所述步驟2)中結(jié)構(gòu)層的連接結(jié)構(gòu)為復(fù)合材料與金屬法蘭間的連接,并且,其連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法具體包括如下步驟:
[0020]I)根據(jù)筒體的載荷工況及設(shè)計(jì)要求確定所述復(fù)合材料無(wú)磁滾筒的壁厚;
[0021]2)根據(jù)《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》的規(guī)定及設(shè)計(jì)要求確定所述復(fù)合材料無(wú)磁滾筒與金屬法蘭間的螺栓連接數(shù)量及尺寸;
[0022]3)根據(jù)復(fù)合材料連接特點(diǎn)確定所述復(fù)合材料無(wú)磁滾筒上螺栓孔的位置,也即螺栓孔距離筒體邊界距離不小于3倍螺栓直徑,螺栓沉頭高度不大于復(fù)合材料厚度50% ;
[0023]4)確定所述復(fù)合材料無(wú)磁滾筒增強(qiáng)區(qū)域的尺寸及鋪層方案,其寬度確定依據(jù)2倍螺栓孔與筒邊界的距離確定,厚度依據(jù)不少于3倍沉頭高度確定,其鋪層方案按照不小于30% 90°鋪層,不小于40% 0°鋪層和54°螺旋鋪層;
[0024]5)校核不同工況時(shí)不同螺栓孔位置上的應(yīng)力分布,采用有限元分析工具以子模型的整體-局部方法分別仿真計(jì)算得到不同工況下各個(gè)連接區(qū)域上的應(yīng)力分布;
[0025]6)取所述復(fù)合材料無(wú)磁滾筒連接設(shè)計(jì)的許用應(yīng)力值與步驟5)中獲得的應(yīng)力值相比,以獲得該復(fù)合材料無(wú)磁滾筒連接區(qū)域的安全系數(shù),然后將該安全系數(shù)值與設(shè)計(jì)要求相比,即安全系數(shù)要大于或者等于3 ;若滿足設(shè)計(jì)要求,則完成復(fù)合材料無(wú)磁滾筒連接區(qū)域的設(shè)計(jì),進(jìn)入構(gòu)件成型的步驟;
[0026]7)如果所述步驟5)中獲得的應(yīng)力和變形經(jīng)所述步驟6)對(duì)比,不滿足設(shè)計(jì)要求,則返回所述步驟4),調(diào)整連接區(qū)域的尺寸和玻璃纖維增強(qiáng)材料的鋪層方案;重復(fù)所述步驟5)及所述步驟6),使得到的應(yīng)力和變形滿足所述步驟6)的設(shè)計(jì)要求,以完成復(fù)合材料無(wú)磁滾筒連接結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。
[0027]進(jìn)一步地,所述連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的所述步驟2)中,復(fù)合材料無(wú)磁滾筒與金屬法蘭的連接方式為螺栓機(jī)械連接或螺栓機(jī)械連接加膠接混合方式中的任一種。
[0028]進(jìn)一步地,所述連接結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的所述步驟3)及所述步驟4)中螺栓孔位置距離筒體邊界不小于3倍螺栓直徑。
[0029]進(jìn)一步地,步驟I)中所述外功能層由環(huán)氧樹脂與抗老化、防滑填料復(fù)合而成,其成型步驟具體如下:
[0030]I)將環(huán)氧樹脂膠液在纏繞完成但未固化的所述結(jié)構(gòu)層表面涂覆2?3次,在所涂覆的環(huán)氧樹脂膠液未固化前開始涂覆抗滑層;
[0031]2)然后將石英砂顆粒撒在所述結(jié)構(gòu)層外表面,并且在石英砂表面淋上所述環(huán)氧樹脂膠液,其中,所用80%的石英砂目數(shù)為40?60目,剩下的石英砂的目數(shù)不得小于30目;
[0032]3)將上述步驟中石英砂的表面用脫模布纏繞,直至外功能層與結(jié)構(gòu)層固化成一體。
[0033]進(jìn)一步地,所述防老化、防滑填料由抗老化劑及石英砂組成,并且,所述防老化劑及石英砂與所述環(huán)氧樹脂膠液按照以下百分比配置使用:防老化劑及石英砂2%?4%、環(huán)氧樹脂膠液96?98%。
[0034]本發(fā)明的有益效果:本發(fā)明提供了一種無(wú)磁、重量輕、剛度高、耐腐蝕、耐疲勞及可靠性高的復(fù)合材料無(wú)磁滾筒,同時(shí)這種無(wú)