改善搖床分選效果的研究

李后廣，楊芳芳

（招遠市金豐礦山機械股份有限公司，山東 煙臺 265400）

關鍵字：摩擦力；方向性差異；鋸齒紋理

1 搖床做往復運動后受力情況

搖床是依靠床面的不對稱往復運動來實現輕重礦物分離的一種重選設備。礦物顆粒在搖床床面上的搬運和分帶，是一個復雜的運動過程，受到多方面因素的影響。

通過對搖床床面上的礦物顆粒的受力分析，筆者認為：礦物顆粒與搖床床面間的摩擦力是實現礦粒搬運和分帶的最關鍵的動力來源[1]。控制好摩擦力的作用，可以促進礦物顆粒的搬運，改善礦物顆粒在搖床上的分選和分帶。為便于分析，假定在床面上的礦物顆粒為立方體，并將礦物顆粒間的相互干擾作用簡單歸結為礦漿的粘滯力。礦粒在搖床床面上的受力情況如圖1所示。

圖1 礦物顆粒在搖床床面上的受力情況

在實際生產過程中，礦粒以一定的初速度被給入到搖床床面上，礦粒與床面間以靜摩擦力相互作用的時間極短，幾乎可以忽略[2]。礦物顆粒與床面間的摩擦力為滑動摩擦力。滑動摩擦力大小計算公式F摩=N·μ（其中μ為礦物顆粒與搖床床面間的滑動摩擦系數）。在搖床做往復運動的過程中，床面與礦物顆粒間的正壓力N與滑動摩擦系數μ幾乎保持不變，故滑動摩擦力的大小基本保持不變，而作用方向不同。礦物顆粒在搖床床面上的搬運作用主要取決于礦物顆粒所受向前和向后兩個方向上摩擦力作用時間的差異。作用時間相差越大，搬運作用越明顯。

通過上述分析，為使床面對礦粒向前的搬運作用盡可能達到最大，需要控制礦粒與床面之間的摩擦力在方向向前時較大，方向向后時較小。在作用時間上，應使方向向前時的摩擦力作用時間盡可能長些，方向向后時的摩擦力作用時間盡可能短些。筆者研究探討了通過特制搖床床面的表面粗糙度和紋理，來實現摩擦力在床面不同運動方向上的差異。

2 礦粒與床面之間發生滑動前礦粒所受的作用

現有搖床床面普遍采用方管焊接的骨架，以金剛砂、玻璃鋼絲、樹脂膠為基材，鑄造成形后經修補打磨床條，表面噴涂油漆，成為最終產品。床條與床面的粗糙度主要受油漆噴涂質量的影響，床面粗糙度難以控制。為使搖床床面的表面粗糙度可控，筆者提出一種采用方鋼管焊接骨架，在骨架上鋪設聚丙烯或尼龍材質的板材特制而成的新型搖床床面。床面上的床條和溝槽經鑄造或熱壓初步成形后，再采用龍門銑床精加工溝槽表面。在床條溝槽表面銑削加工過程中，可通過控制銑刀刀刃的形狀、銑刀轉速和刀架的運行速度，來控制床面的粗糙度。并在床條溝槽表面加工出類似于板銼表面的微型鋸齒狀紋理。礦物顆粒在帶有鋸齒紋理床面上的受力情況如圖2所示。在床面以加速度a向前做加速運動的過程中，粒度較小的礦物顆粒A，主要受到重力G、浮力F浮、鋸齒斜面的正壓力N1、鋸齒斷面的正壓力N2以及粘滯力F粘的共同作用。其中：

上式中m為礦物顆粒A的質量，θ為鋸齒斜面與水平面的夾角。

通過①②關系式進行分析，鋸齒斷面作用給礦物顆粒的正壓力N2隨床面正向加速度的增大而增大。當床面向后做加速運動時，除受到上述所列的作用力外，還受到沿鋸齒斜面方向的摩擦力F摩。在礦粒與床面之間發生滑動之前，礦粒所受的作用力存在以下關系：

忽略粘滯力的影響通過式⑤⑥可推導出，礦粒在鋸齒斜面上將要發生相對滑動時的臨界加速度。搖床床面的加速度大于臨界加速度是礦粒與床面發生相對滑動的必要條件。

上式中ρ水為重選介質水的密度，ρ礦為礦粒的密度，?靜為礦粒與床面間的靜摩擦系數，θ為鋸齒斜面與水平面的夾角。

當搖床床面向后的加速度超過臨界加速度，礦粒與床面之間的摩擦力轉變為滑動摩擦力。假設礦粒沿鋸齒斜面方向的加速度分量為ax,垂直于鋸齒斜面方向的加速度分量為ay。則有：

由于在垂直于鋸齒斜面方向礦粒與床面間無相對運動，故ay=·sinθ代入式⑨得：

礦粒沿鋸齒斜面方向的加速度分量為ax與搖床床面沿鋸齒斜面方向加速度分量·cosθ差異的大小，可以近似地表征礦粒與搖床床面發生相對滑動的加速度大小。

由式?可見，在搖床制造和操作參數已定的情況下，礦粒與搖床發生相對滑動的加速度大小與搖床床面加速度大小成正比。通過調整搖床的沖程和沖次，可以實現礦粒在搖床鋸齒斜面上的滑動，并且可以控制滑動的距離。當相對滑動距離超過一個鋸齒斜面的長度時，便實現了礦物顆粒的向前搬運。

當礦物顆粒大小與鋸齒紋理的尺寸接近時如圖2中礦物顆粒B，其受力情況與小顆粒礦物A的受力基本相同。而不同的是，由于顆粒B尺寸較大，其受到的壓力、重力、摩擦力和粘滯力等力相對于礦粒棱角處的力矩存在不平衡性。因此顆粒B易于發生旋轉，從而降低床面對其向前的搬運作用。

當礦物顆粒非常大時，如圖2中礦物顆粒C。礦物顆粒與床面鋸齒紋理的多個齒尖接觸，礦粒與床面之間的滑動摩擦系數在前進和后退兩個方向上差別較小。搖床對大顆粒礦物的搬運作用不明顯。

綜上所述，搖床床面上的鋸齒紋理對礦物顆粒在前進方向和后退方向的作用力具有粒度選擇性，礦物顆粒越小兩個方向的作用力差別越大，礦物顆粒越大兩個方向的作用力差別越小。這樣的作用特性正與不同比重礦物顆粒在床面上的離析分層特點相吻合[4]。可顯著增大大顆粒輕礦物與小顆粒重礦物之間的運動差異。利于搖床分選。

圖2 礦物顆粒在鋸齒紋理床面上的受力情況

3 礦物顆粒在鋸齒紋理床面上的參數要求

搖床床面上鋸齒紋理的加工尺寸，可根據搖床給礦中目的重礦物的平均粒度來確定。鋸齒斷面的高度應為目的礦物平均粒度的0.6倍～0.7倍，鋸齒斷面越高，輕礦物被搬運混進重礦物精礦的數量就越多，鋸齒斷面高度越低，大顆粒重礦物越易發生滾動，減弱搖床對其向前的搬運作用。鋸齒斜面與水平面的夾角θ是影響臨界加速度a臨的一個關鍵因素，夾角越大，臨界加速度越大。經理論推導分析，夾角θ在12°～16°之間比較合理。而搖床床面上鋸齒紋理的具體參數還需經過試驗和生產實踐進行摸索和優化。

在現有機械加工技術條件，通過銑削搖床床面上的鋸齒紋理來改變床面與礦粒間摩擦力的作用方式，進而改善搖床的分選效果，是可行的。但是，如前所述，影響搖床分選效果的因素是多方面的，改善搖床分選效果不能依靠單單調節某一個因素來實現，需要多個條件的緊密配合。相信通過業界專家學者的潛心研究，定能大幅度改觀搖床的分選效果，彌補搖床自身的缺陷，擴大搖床的應用范圍。