半自磨機襯板安全高效更換技術研究

安志偉

（金川集團銅業有限公司銅選礦分廠，甘肅 金昌 737100）

1 背景

半自磨機作為一種新一代兼有破碎和粉磨兩種功能的磨礦機械設備，通過在半自磨機內部加入10%左右的鋼球，利用被磨物料自身及少許鋼球作為介質，通過相互的沖擊和磨削作用實現粉碎，從半自磨機的工作性質中可以看出，其襯板必然要承擔鋼球及物料的沖擊和磨損作用。這就要求襯板本身要有足夠的韌性和抗沖擊性，目前該半自磨機襯板使用壽命平均不足4 個月，所以平均每年人工更換3-4 套襯板成了分廠常態化工作。

人工更換半自磨機襯板是一項風險性高、效率低下的工作，每年在如此高頻次的襯板更換工作中，給單位的安全生產形勢及每年生產任務的達產達標工作造成了巨大的壓力。因此半自磨機襯板更換方法急需改變，由此機械手更換襯板技術應運而生。

2 半自磨機筒體裝卸襯板的現狀分析

該單位在半自磨機更換襯板未進行此項技術研究之前，襯板的裝卸基本上采用純人工的方式進行，此方式作業效率低，安全風險高。作業過程是利用半自磨機所在廠房的50 噸橋式起重機，將φ16×6m 的插編鋼絲繩鎖具2 根分別從半自磨機筒體不同的2 個φ60 的螺栓孔中穿入，2 名襯板更換人員使用撬棍，將鋼絲繩穿入襯板的螺栓孔中，然后通過起重機歪拉斜拽將襯板螺栓孔與筒體螺栓孔對中，對中后將螺栓穿入，并緊固到位完成安裝。

拆除后的襯板自行掉入到筒體中，利用50 噸橋式起重機從半自磨機的進料口伸入φ16×6m 的插編鋼絲繩鎖具，將拆除后的廢舊襯板綁扎結實后，通過歪拉斜吊的方式將襯板運出半自磨機筒體。

此方式存在較大的安全風險，鋼絲繩與平臺之間長期摩擦，容易將鋼絲繩繃斷，繃斷后的鋼絲繩彈出后對周圍的作業人員造成傷害，襯板在歪拉斜吊的過程中鋼絲繩滑脫掉落，造成對設備設施及人員的傷害。

3 半自磨機筒體裝卸襯板的技術研究

通過與廠家技術交流并結合現場實際，對半自磨機更換襯板進行探索性改進。采用機械手換襯板的方法，對機械手的機構及現場安裝進行分析研究。

3.1 機械手換襯板工作原理

襯板機械手是一個安裝在水平可移動的大橫梁上的特種起重吊，該吊具有3 節可以自由伸縮的吊臂，用于吊運襯板，并且吊臂可以水平360 度旋轉，吊臂能夠向上仰和下俯。外部主梁安裝在承重支架上。承重支架被設計成為框架結構。主梁上安裝了1 臺四輪行走的襯板運送小車，這臺小車可以自行進出磨機，把襯板運送到半自磨機的內部和外部。工作過程：在進行半自磨機更換襯板時，機械手的一部分，如承重機架等結構固定在班子磨機外部，底部行走輪需和軌道進行緊固；機械手的另一部分，如吊具、伸縮臂、運輸小車等，從出料口進入磨機內部，完成襯板的抓取、舉升、定位等。

圖1 機械手更換襯板結構示意圖

圖2 機械手現場作業圖

3.2 襯板機械手結構組成及特點

半自磨機換襯板機械手由主支撐機構、大梁、回轉支撐臺、吊裝臂、襯板移動小車、液壓系統、控制系統等組成。換襯板機械手采用電液控制系統，操作便捷，高效安全。此套系統能完成以下幾個動作：橫梁的伸縮、吊臂的上下仰俯、吊臂的回轉、頭部抓取襯板，吊具使襯板在橫向平面內轉動，吊具使襯板在垂直平面內轉動。

圖3 機械手結構圖

3.2.1 主支撐結構

主支撐結構是由焊接鋼管和鋼板組成的鋼結構支架。長方型底板下面四角固定有4 個電動底輪，底板前后面共焊裝有4 個固定卡鉗的滑道。支架上也裝有18 個滾軸（8個邊緣，6 個下面，4 個側面）用來支撐主梁的水平移動。

2 個較低的前梁雙軸組件之間的突出位置安裝了1 個主要的主梁驅動裝置。而在2 個較低的后梁雙軸組件之間的突出位置安裝了水壓管盤的尾部支撐裝置。水壓箱，主電控板，主要的液壓控制裝置都固定在主支架的邊緣，帶有電動馬達的液壓泵，液壓油冷卻器，電纜線卷盤，梯子，各種控制器也都固定在主支架上。負責傳輸的控制臺安裝在支架的坐側，操作的時候操作人員可以沿著此設備行走。

3.2.2 主梁

水平主梁是帶凸緣的焊接鋼結構體，可使人員行走和運載襯板的小車移動的水平頂板。主梁的移動是由焊接在主梁底板的1 組鏈支架提供的。鏈支架是通過固定在主支架的鏈齒輪運轉，通過1 個馬達和1 組鏈條驅動。主梁兩側有一系列滾軸，并且在主梁的上表面和下表面的凸緣部分也有滾軸。這些滾軸即支撐主梁又允許主梁在支架上水平移動。這些滾軸也把懸臂和扭轉吊架從主梁傳輸到支架。主梁的移動軌道前后兩端各有2 個焊接擋板用來限制主梁的移動范圍。當把控制器設置在傳輸模式時，1 個螺絲扣就將主梁固定在支架上。

3.2.3 轉動架和吊裝臂組件

吊裝臂由2 個伸縮式矩形鋼管組成。三節的梁臂安裝在主梁前端的轉動架上，轉動架固定在主梁上的1 個大的軸承上。轉動架上安裝有1 個三位操作臺（座位，平臺，控制器），可以朝著或者固定在轉動架的兩邊或者后部。

吊裝臂能夠在它的可旋轉軸承上連續的360 度旋轉。電動機通過減速箱帶動鏈齒輪，齒輪再帶動鏈條，鏈條帶動轉動架上的堅固的鏈齒輪，鏈條上有兩個空轉輪調節鏈條張力。

吊裝臂和轉動架上的2 個外部液壓缸提供吊桿1 個從-10°到+45°的吊裝角度。2 個內部的液壓缸用來拉伸或收縮吊桿的長度。吊桿和移動梁的組合可以將襯板放置到半自磨機內的任何位置。

固定在轉動架中心的是旋轉管，它把液壓和電力從主梁傳輸到持續旋轉的吊裝臂和轉動架上。在旋轉管的下部有6個電刷，負責2 個回路。兩個是負責吊裝臂的照明的，另兩個是為了緊急停車系統，其余的兩個不用在這個系統中。六個液壓端口—兩個是用來驅動和收回的，兩個用來操作主梁的驅動系統，兩個用來操作主梁前端的旋轉驅動系統。

3.2.4 移動小車

襯板移動小車側面的4 個轉輪可以在主梁的上表面移動，其目的是將筒體外的襯板運到筒體內進行安裝。主梁的左面布置有1 根電纜給小車提供動力使其沿著主梁直線移動。在轉輪外部裝有擋板以防止小車偶然的被吊裝臂或叉形提升裝置吊離主梁，如果要把移動小車從主梁上拆卸下來，只需把轉輪外部的擋板卸下即可。小車上表面兩端有2 個帶橡膠墊的絕緣方形管，以便叉形尖齒或吊帶通過襯板底部。主梁的兩端各固定有1 個減震器用來防止輸送小車偏離軌道。

3.2.5 液壓系統

液壓系統的選擇閥在主控制臺上，推-拉型的選擇閥，提供液壓驅動從一個系統到另一個系統的轉換分別是：移動模式、襯板更換模式。

移動模式下機械手整體可以實現快速、準確的前進和后退。襯板更換模式下，可以使小車沿著主梁出、入到半自磨機。在檢修過程中兩種模式不能同時使用。

4 應用效果

應用機械手更換半自磨機襯板代替了由人工配合起重機更換襯板的方式，有效地提高了其檢修效率、檢修質量，同時，也降低了更換襯板的安全風險。其特點是：吊臂能靈活地在筒體內回轉伸縮、吊具能安全可靠抓取襯板、大梁能夠實現快速進退適應性強、操作簡單便于控制運行平穩。

5 結語

半自磨機更換襯板時，人工更換一整套襯板基本需要12 天時間，兩套襯板中間零星檢修平均需要7 天，所以，每年花費在更換襯板的時間約60 天，而全面更換襯板的人工費用約40~50 萬，檢修成本高。通過本項目研究，實現了效率提升，將襯板更換時間壓縮到10 天，提升了檢修效率，同時，本單位生產格局發生了變化，要實現達到設計產能的目標，在磨機襯板壽命沒有明顯提升的限制下，機械手更換半自磨機襯板是提高整個選礦廠生產率的有效途徑。