礦用無軌設備彎管器的設計與應用

陶春源 王春磊 初曉峰

山東黃金礦業（萊州）有限公司焦家金礦 山東 煙臺 261400

引言

隨著近年來井下礦山企業的不斷發展以及提升任務量的不斷提高，井下采礦作業對無軌設備的需求也越來越大，保障無軌設備的高效運行，成為礦山提高出礦量的重要環節之一。無軌設備的維護使用，注重的是養修并重，礦山無軌設備管理需嚴抓設備的維護保養。但是由于生產任務繁重，深部開采井下環境惡劣，設備經常出現涉水、涉泥情況，容易造成生產過程中設備的腐蝕、磨損，加劇設備的損壞速度，影響設備使用。本篇論文主要就礦山無軌設備的輔助維修設備展開分析的。在經濟快速發展的背景下，國內各主要黃金生產礦山的生產經營也在逐步的規模化；與此同時，需要投入大量無軌設備保障產量指標，在此基礎上，對礦山的無軌設備的管理日漸成熟。

1 礦山無軌設備現狀

我國經濟水平的發展與進步，促使我國各行各業都得到了蓬勃的發展。而無軌出礦設備在金屬礦開采當中的使用次數較為頻繁，同時該設備也發揮出了重要的作用，不但有利于采礦工作的順利進行，而且也提升了生產水平[1]。追溯到很久之前，在開采金屬礦的過程中，只能借助于人力或者是牲畜的力量運輸金屬礦產。隨著時間的推移改為使用蓄力車或者是手推車運輸金屬礦產了，在經過一段時間以后改為軌道運輸。但是針對以往的有軌運輸來說，對軌道有特殊的要求，而且裝卸車線長、轉彎半徑過大等情況，在很大程度上加劇了有軌運輸的工作量。在最近幾年里，無軌設備在相關領域中得到了普遍的認可。該設備有著較多的優勢，如較強的靈敏性等，進而為開采工作的順利進行帶來益處。從當前的發展趨勢來看，無軌設備運用的地方有很多，如裝載、運輸等方面。

另一方面，由于受地下運輸巷道與井下特殊環境的影響，無軌設備以高靈活性、高緊湊性、高強度、大載荷為主要特點，并且具有可靠性較高的液壓集成元件。礦山無軌設備維修對維修工人的技術要求特別高，所以需加強維修工人的理論與實操的培訓，以提高無軌設備的維修質量和維修效率。提高維修質量的同時，我們想得更多的是減少維修工作量，這與設備的維護保養是分不開的。我國礦山規模偏中小型居多，隨著礦量的不斷提高，無軌設備的需求數量也不斷增多，由于設備型號復雜和設備故障本身具有多樣性，給設備管理帶來了很大困難。礦山管理者從庫存管理、修舊利廢，進口備件國產化等多方面入手，在降本增效上下功夫。 總而言之，為了進一步保障金屬礦在實際開采中的利益，無軌出礦設備以自身的優越性在相關領域中得到了普遍的認可。

2 研究背景

2.1 無軌設備潤滑和保養

對于礦山無軌設備的管理還有很大的潛力可以挖掘，特別是日常設備管理過程中設備的維護保養，對延長設備鉸接部位、液壓元件的使用壽命起著非常關鍵的作用。只有加強設備的維護保養，提高無軌設備操作人員操作水平和自身素質，將設備維護保養抓牢、落實，才能最大限度地減少設備故障，降低設備維修成本，從而提高設備的使用效率。

礦山井下作業存在高溫、高濕等特殊環境，井下設備的保養和潤滑至關重要，為了保證無軌設備的潤滑及保養質量，礦山有嚴格的設備潤滑及保養制度，要求對無軌設備的潤滑要做到五點，即“五定”[2]。①定點，即設備維護人員必須熟知每臺設備潤滑點的具體位置，按照手冊指定潤滑點的部位對各設備進行加注。②定人，明確哪些潤滑部位由無軌操作人員進行潤滑，哪些由無軌維修工進行潤滑。③定質，每臺設備潤滑時必須使用潤滑手冊規定的潤滑劑進行潤滑，并且要保證潤滑質量。④定時，按照設備潤滑手冊要求的潤滑周期、潤滑時間對設備進行潤滑。⑤定量，按標準要求合理加注潤滑油，既要保障足夠潤滑，也不能浪費。目前我礦無軌設備日常潤滑保養主要采用每班作業前鋰基脂黃油潤滑。

2.2 潤滑保養存在問題

礦山井下無軌設備作為礦石開采的重要運輸設備，在礦山日常生產中起著至關重要的作用，因此如何保障井下無軌設備的使用效率成為無軌設備管理者的關鍵點。據有關數據顯示，在設備典型故障模式分布中，有60%左右的設備故障均是由設備潤滑不到位引起的。保障設備的潤滑，可有效延長相關零部件的使用壽命、降低設備故障，有效保障無軌設備的續航時間。

由于每班作業前對無軌設備各黃油潤滑點加注黃油潤滑，時間稍長，清理不及時就存在各黃油點堆積黃油現象，加之設備老化存在的機油、液壓油跑、冒、滴、漏現象，車體表面布滿油污，一方面影響車體美觀，另一方面維修工在進行維修作業時容易因為液壓油打滑發生磕碰事故，影響安全生產[3]。然后就是消防火災隱患，由于液壓油的跑、冒、滴、漏加上井下密閉、通風差，設備本身高溫高壓，極易引起液壓油霧化現象，引發火災。該類事故在礦山生產中偶有發生。

2.3 無軌設備蒸汽清洗機

為了杜絕無軌設備由于油污存在的消防安全隱患，我礦采用對無軌設備定期采取蒸汽清洗機強制清洗措施，以保障無軌設備持續高效運行，做好礦山井下采礦的安全文明生產。

飽和蒸汽清洗機是一臺可在2min產生大量160℃-185℃的蒸汽，同時利用壓縮空氣將蒸汽和清洗劑噴向物體表面，可快速的清潔物體表面的粗顆粒灰塵，即使油污、油脂、石墨及其他頑固污垢可在短時間內用少量的水輕易清潔掉，此設備節水、節能、高效。所以，飽和蒸汽清洗機在實際運用中非常重要，是一項關鍵設備。通過提高操作人的操作水平、加強日常維護保養、增強維修人員的快速處理故障能力，可以大幅度提高設備的利用率，從而提高生產效率。

2.4 蒸汽清洗機工作原理及故障

礦山用的蒸汽清洗機是一種飽和蒸汽清洗機，是利用飽和蒸汽的產生的高溫，加上噴槍的高壓噴射，更有效地去除設備上的油污。由于其高壓、高溫效果，還可以有效清楚設備縫隙、設備表面的頑固油污和殘留物，且有效節約用水。但是由于蒸汽清洗機頻繁處于冷水、熱水交替狀態，金屬加熱管路熱脹冷縮[4]。久而久之，管路出現銹蝕、疲勞裂紋現象，管路漏水，影響清洗機點火加熱系統，降低清洗效果。該加熱管路單價2.5萬元一件，增加了成本消耗。清洗機高溫蒸汽的突然外泄，也容易對清洗機的操作人員造成傷害。

3 研究階段

針對蒸汽清洗機加熱管路頻繁出現銹蝕、裂紋現象，為了延長蒸汽清洗機使用壽命，降低成本消耗。技術組在此基礎上進行難題攻關，專門制作彎管器，用以加工不同型號、不同材質的異形管件。一方面便于蒸汽清洗機維修，另一方面可將其推廣到井下風水管路工程中使用，讓其充分服務于礦山。

3.1 彎管器結構與功能

彎管機主要由機架、電動機、減速器、傳動機構、工作機構等構成。

機架組成：分別在彎管機的張緊輪、左推理論、右推力輪的一端設置推力絲杠，推理絲杠上配合有絲杠螺母。推力絲杠的前端是一個帶有卡簧的圓球，通過半圓形的圓盤卡在下面所對應的球形槽內，其后端與之配合的是絲杠螺母，在機體的上箱板滑道的槽內安裝有絲杠螺母，當推力絲杠旋轉時，滑道內的滑塊可以自由移動，輪軸螺母在滑塊的下端起限位作用。4個輪分別由壓緊螺母限位。在左邊和右邊的滑道邊緣由兩把標尺，成型后鋼管的弧度由標尺和滑塊下端的指針配合確定。輥杠用于輸送和支撐鋼管，其設置于機架兩側。

機架的軸承座內有主軸和副軸。主軸和副軸上有大大小小的齒輪組，軸與齒輪采用鍵連接。減速器的輸出軸帶動上面的齒輪與副軸上的大齒輪相嚙合，主軸所帶動的大齒輪與副軸所帶動的小齒輪相嚙合。彎管時，電動機與減速器之間通過三角帶連接轉動，通過減速器的動力轉換來降低轉速、增加扭矩。

機架上部的工作臺上設置有工作機構，由推理論、壓緊輪及驅動輪，主軸上設置有驅動輪，三條滑道設置在機架上，滑道內有自由移動的滑塊，滑塊通過輪軸固定在機架上，中間是壓緊輪，推力輪分左輪和右輪，分別裝在壓緊輪的左右兩側。在各個推力輪和壓緊輪上分別安裝有黃油嘴，便于輪組潤滑[5]。

在機架的旁邊，安裝有彎管器控制裝置，主要用于控制彎管器的啟停以及輪組的運動方向。彎管時，將鋼管放于驅動輪和壓緊輪之間，通過旋轉推力絲杠將其緊固。通電后，電動機通過皮帶帶動減速器，再帶動驅動輪轉動，利用輪組與鋼管間夾緊力產生的摩擦力實現鋼管的往復軌跡運行，從而實現鋼管的塑性變形，從而達到想要鋼管彎曲弧度。

3.2 彎管器工作方式

經過反復實驗，彎管器在使用時操作簡單、運行可靠，其工作過程如下：將要加工的塑性管放在輥杠上，用手將塑性管推到驅動輪和壓緊輪中間，通過順時旋轉壓緊輪絲杠，使鋼管與推力輪貼緊。然后推動控制箱內控制器，使可塑性管在軌跡內往復運動，期間觀察滑塊上的指針，是否達到標尺弧度，當達到標尺弧度后停止跟進絲杠。然后關閉控制箱內的控制器，使其停止運動，松開絲杠后取下所需管件。

3.3 技術性能

在井下管路安裝過程中，如何辨別塑性變形后彎管的質量，主要用肉眼通過外觀辨別拐角的圓潤成度、金屬探傷儀進行探傷以及聲波測厚儀檢查彎管外側厚度等方式來實現，而影響質量精度的主要因素有圓度和收縮率。

圓度計算：（A－B）/D W ×100%。收縮率計算：1－（A-B）/2D W ×100%。其中：D W 為管子實際外徑；A為彎曲處截面最大外徑；B為彎曲處截面最小外徑。

為驗證彎管機的性能，選取長3m，外徑89mm，壁厚3mm的鋼管，分別設置不同的彎管半徑進行實驗。測量后計算結果，參照圓度和收縮率的參照表，經對照，經彎管機折彎后的鋼管的圓度和收縮均在參照表的允許范圍內。

4 效益分析

礦用無軌設備彎管器的經濟效益主要包括經濟效益和安全效益兩部分。

經濟效益方面：目前該裝置用于生產各種異形彎管，加工件已經在我礦無軌設備上全面推廣應用。井下風水管路架設時，高質量的鋼管彎曲成型簡化了平時彎管的工藝流程，提高了加工精度，并且可以根據需求準確的制作出相應弧度鋼管。工作效率以及彎折精度的提高，一定程度上減輕了工人的勞動強度，為井下風水管路的標準化架設打好了基礎。

同時，該彎管器在蒸汽清洗機加熱管制作過程中起到重要作用。蒸汽清洗機單價8.5萬元，蒸汽清洗機加熱管單價2.5萬元。累計節約60余萬元。

安全效益方面：提高無軌設備管理水平，加工的異型管用于替代蒸汽清洗機加熱管，提高清洗機使用壽命，有效降低設備維修過程中車體油污導致打滑發生的人員磕碰事故和火災風險系數，消除人的不安全行為和物的不安全因素，保障安全生產。

5 結束語

礦山多年來的實踐證明，只有加強井下無軌設備的管理，不斷提高設備管理水平，減少設備故障率與設備停機時間，才能使其發揮應有效能，使其充分服務與礦山井下生產。只有結合生產需求，不斷完善設備管理制度體系，規范井下無軌設備使用及維修作業標準，嚴抓設備保養維護，做好設備潤滑，散熱器清理，才能有效延長設備的使用壽命，提高設備完好率和利用率，做到將本增效，創造出更大收益，實現設備服務生產，提高產能的目的。