振動(dòng)放礦斗的改進(jìn)與應(yīng)用

周瑞林，王先敏，胡劍濤，錢廠生

（江西銅業(yè)集團(tuán)有限公司 武山銅礦，江西 瑞昌 332204）

武山銅礦的采礦車間負(fù)責(zé)全礦的礦石開采、運(yùn)輸及充填工作。其中運(yùn)輸是將井下開采的礦石運(yùn)送至選礦車間進(jìn)行破碎、浮選及精尾等選礦工藝，是礦山生產(chǎn)流程中重要的一環(huán)。由于生產(chǎn)任務(wù)的加重，運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備—振動(dòng)放礦斗[1-3]使用率大大增加。但是其出口端的擋板是木頭材質(zhì)的，不方便控制，工人在操作擋板開合的過(guò)程中存在安全隱患，為解決該棘手的問(wèn)題，需對(duì)振動(dòng)放礦斗擋板進(jìn)行了改進(jìn)。

該設(shè)備是該礦重要的生產(chǎn)設(shè)備之一，礦石塊度為0mm~1200mm。該機(jī)采用硬特性振動(dòng)機(jī)，優(yōu)點(diǎn)是工作機(jī)體的振幅較線性振動(dòng)機(jī)穩(wěn)定得多，有良好的工作性能。缺點(diǎn)是振幅較大，能耗較高；振動(dòng)放礦機(jī)的懸掛裝置是焊接件，它與振動(dòng)臺(tái)板的聯(lián)接也是焊接的，在較大的循環(huán)交變應(yīng)力作用下焊縫容易開裂，開焊處重復(fù)焊接多次后，不能再焊接（包括懸掛裝置和振動(dòng)臺(tái)板之間也不能再焊接），導(dǎo)致懸掛裝置和振動(dòng)臺(tái)板失效；振動(dòng)臺(tái)板臺(tái)面與礦石的長(zhǎng)期摩擦后變薄報(bào)廢。更換懸掛裝置和振動(dòng)臺(tái)板難度大，時(shí)間也較長(zhǎng)，影響裝礦和給礦生產(chǎn)，因此需要減小振幅，增加振動(dòng)臺(tái)面的傾角，提高振機(jī)的生產(chǎn)效率。

1 存在問(wèn)題

在礦石的輸送和放礦斗的停機(jī)檢修過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)其存在的問(wèn)題如下：

（1）擋板更換頻繁：其擋板材質(zhì)為傳統(tǒng)的木板，在礦石的振動(dòng)滑落過(guò)程中由于礦石的沖撞導(dǎo)致其磨損較快，更換頻繁，不但增加了井下職工的工作負(fù)擔(dān)，還有可能影響礦石的輸送影響生產(chǎn)。

（2）控制不便：改進(jìn)前振動(dòng)放礦斗擋板[4]實(shí)物如圖1所示，其木制擋板沒有機(jī)器和轉(zhuǎn)軸控制，放礦斗口的開合不易操作，需要工作人員手動(dòng)插入或拔出木制擋板，完成開合動(dòng)作。

圖1 改進(jìn)前振動(dòng)放礦斗擋板實(shí)物圖

（3）存在安全隱患：木塊擋板離平臺(tái)又高又遠(yuǎn)，給操作人員開合擋板的作業(yè)帶來(lái)極大的的不便。由于生產(chǎn)任務(wù)繁重，工人為了完成任務(wù)，甚至?xí)驹谶\(yùn)輸?shù)V石的礦車上進(jìn)行擋板開合的違章操作。這樣便會(huì)因配合不當(dāng)、礦車搖晃不穩(wěn)、打滑踩空等突發(fā)狀況[5，6]引發(fā)安全事故。近些年類似的輕傷事故就發(fā)生了數(shù)起，給操作人員的人身安全和采礦車間的安全生產(chǎn)埋下了安全隱患。

（4）當(dāng)振動(dòng)放礦機(jī)工作時(shí)，物料作滑行運(yùn)動(dòng)，它與工作面始終保持接觸，臺(tái)板工作面容易磨損。這種輸送方式通常需要較大的振幅，才能獲得較高的輸送速度，因此能耗增大。但這種狀態(tài)采用較大的振動(dòng)強(qiáng)度，使振動(dòng)應(yīng)力增大，因而提高了對(duì)機(jī)件強(qiáng)度的要求，懸掛裝置薄弱環(huán)節(jié)是焊縫，這樣導(dǎo)致其頻繁開裂。

2 改造方案的設(shè)計(jì)

2.1 降低振動(dòng)強(qiáng)度

這種振動(dòng)放礦機(jī)使物料作正向滑動(dòng)，即物料與工作面保持接觸，同時(shí)物料沿輸送方向?qū)ぷ髅孀飨鄬?duì)運(yùn)動(dòng)。其振動(dòng)強(qiáng)度為：

式中，K為振動(dòng)強(qiáng)度；ω為振動(dòng)圓頻率；λ為工作面沿振動(dòng)方向的單振幅。

現(xiàn)在的振動(dòng)強(qiáng)度是6.29，符合K一般為5-10的要求，但振動(dòng)臺(tái)面和激振電機(jī)的懸吊架焊縫頻繁開裂，機(jī)械強(qiáng)度偏低，因此需要降低振動(dòng)強(qiáng)度。由（1）式可以看出，振動(dòng)強(qiáng)度與振動(dòng)圓頻率的平方成正比，與單振幅成正比。振動(dòng)圓頻率的計(jì)算公式為：

式中，n 為每分鐘振動(dòng)次數(shù)，即電機(jī)轉(zhuǎn)速。

2.1.1 降低振機(jī)轉(zhuǎn)速

振機(jī)轉(zhuǎn)速是750r/min，可以改用375r/min，振幅不變的情況下，振動(dòng)強(qiáng)度可降低到原來(lái)的1/4，振動(dòng)強(qiáng)度為 K=1.58。

2.1.2 降低頻率，減小振幅

電機(jī)轉(zhuǎn)速不變時(shí)，振幅減少一半，振動(dòng)強(qiáng)度可降低到原來(lái)的1/2。減小振幅可以通過(guò)增加振動(dòng)臺(tái)面的傾角，或減小偏心塊質(zhì)量矩來(lái)實(shí)現(xiàn)。總之，采用降低頻率和振幅減小的方法對(duì)于降低振動(dòng)強(qiáng)度，提高振機(jī)壽命有利，但是這樣降低了振機(jī)的生產(chǎn)效率。因此，應(yīng)該增加振動(dòng)臺(tái)面的傾角。

2.1.3 增加振動(dòng)臺(tái)面的傾角，提高振機(jī)的生產(chǎn)效率

輸送礦石時(shí)，工作面傾角α0與實(shí)際平均速度Vm的關(guān)系如圖2所示。通過(guò)觀察發(fā)現(xiàn)，振動(dòng)臺(tái)板的安裝傾角由16°增加到19°時(shí)，實(shí)際平均速度將增加約30%。

圖2 工作面傾角與實(shí)際平均速度的關(guān)系如圖

2.2 振動(dòng)放礦斗新式擋板

圖3是振動(dòng)放礦斗改進(jìn)后的示意圖，圖4為振動(dòng)放礦斗改進(jìn)后實(shí)物圖。

圖3 振動(dòng)放礦斗新式擋板

圖4 改進(jìn)后振動(dòng)放礦斗擋板實(shí)物圖

圖中3中：1、斗口擋板；2、連接鐵板；3、動(dòng)臂；4、旋轉(zhuǎn)鏈軸；5、底架孔套；6、固定插銷。材料的尺寸如下表1所示：

表1 材料尺寸表

2.3 新式振動(dòng)放礦斗的工作原理

如圖3所示，斗口擋板舍棄木制材料采用鐵質(zhì)鋼板和旋轉(zhuǎn)鏈軸固定在斗口底板上，連接鐵板兩端分別與斗口擋板和動(dòng)臂焊接，底架孔套焊接在底架上，固定插銷；斗口擋板、連接鐵板和動(dòng)臂為一體焊接件，可通過(guò)調(diào)節(jié)動(dòng)臂，整體隨著旋轉(zhuǎn)鏈軸進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，最大可旋轉(zhuǎn)90度，最后用固定插銷插入底架孔套進(jìn)行固定，從而可以輕松進(jìn)行斗口擋板的開關(guān)動(dòng)作[7]。

3 改造效果

（1）物料的實(shí)際平均速度為：

式中，γα為傾角對(duì)平均速度的修正系數(shù)，（目前為16°，改進(jìn)后取傾角α=19°），改進(jìn)為1.55～1.80，取1.55；ch為料層厚度對(duì)輸送速度的影響系數(shù)，大致取0.5～0.6，取0.5；c m為物料性質(zhì)對(duì)輸送速度的影響系數(shù)，對(duì)塊狀物料取0.8～0.9，取0.8；cω為滑行運(yùn)動(dòng)對(duì)輸送速度的影響系數(shù)，取1；vd為水平輸送時(shí)的理論平均速度；δ為振動(dòng)方向角，取 45°；μ為摩擦角；Pkm為速度系數(shù)，取3。水平輸送時(shí)的理論平均速度vd 為：

（2）振放機(jī)的生產(chǎn)效率為：

式中，h為料層厚度，一般取 h=0.7～0.8H（H為槽體高度）；B 為工作面寬度。效率略高于改造前1000t/h。

4 結(jié)語(yǔ)

振動(dòng)放礦斗的新式擋板采用鐵質(zhì)鋼板，更加耐磨。增加了調(diào)節(jié)動(dòng)臂，操作人員在振動(dòng)放礦斗旁邊即可完成擋板的開合作業(yè)，通過(guò)在運(yùn)礦工作的實(shí)踐，改進(jìn)的擋板不僅提高耐磨性，而且操作簡(jiǎn)單方便，消除了開合擋板的安全隱患；通過(guò)降低電機(jī)的降低振機(jī)轉(zhuǎn)速、振動(dòng)頻率，增大工作臺(tái)面的傾斜角度，提高放礦的效率，滿足了礦山安全生產(chǎn)的需求,在同等相似的礦山中具有推廣應(yīng)用的價(jià)值。