金礦選礦廠螺旋分級機主軸斷裂事故分級及使用建議和修復

陳 堯，趙 亮，牛海龍

（甘肅工業職業技術學院，甘肅 天水 741025）

螺旋分級機是最常見的選礦設備之一。螺旋分級機主要有高堰式單螺旋和雙螺旋、低堰式單螺旋和雙螺旋、沉沒式單螺旋和雙螺旋幾種分級機，低堰式現運用的很少，主要是高堰式和沉沒式及XL螺旋分級機。其工作原理通俗的講就是根據固體顆粒的比重不同使得砂狀礦石在液體中沉淀的速度不同的原理，進行機械分級的一種設備。能把磨機內磨出的料粉級于過濾，然后把粗料利用螺旋片旋片旋入磨機進料口，把過濾出的細料從溢流管排出進入下一個生產環節。

甘肅省天水李子金礦有限公司螺旋分級機安裝于2007年8月份，至今已不間斷使用十余年。期間更換過大小傘齒輪一次，主軸兩次。而兩次更換中空軸軸都是因為中空軸斷裂之后進行的更換。期間修復過一次，但是僅僅使用一個班后再次斷裂。

1 螺旋分級機原理及設備參數

螺旋分級機的結構如圖1所示。

分級槽呈傾斜安置，傾角一般為14°～18°，槽的底部為半圓形。礦漿從槽的中下部位進料口給入，在分級槽下端的分級帶完成分級。細粒級經槽子下端溢流堰隨水流從溢流排出口排走。粗粒級產物在分級帶沉降，然后由螺旋將其運至分級槽上端的沉砂排出口排出機外。螺旋安裝在空心主軸上，主軸兩端由軸承支承（我公司空心主軸下端已經由原來的軸承改為新型塑料板組成的支座，有使用周期長、材料加工制作成本低、更換容易等優點），軸的上端設有傳動裝置，軸的下端置于提升機構之內，必要時可調節螺旋在槽內的高度。

在給分級機持續注入礦漿時，則溢流和沉砂也就連續分別排出。若分級機與磨機構成閉路，則分級機的沉砂經溜槽進入磨機再磨，送回磨機的沉砂稱“返砂”。這個在各個企業的實際應用當中原理相同，實際用法略微有所不同。

我公司所用螺旋分級機參數明細：

表1 螺旋分級機參數表

空心主軸設計規格：Φ500＊22現使用規格：φ500＊26，外包螺旋葉片。現使用規格為2017年更換時經我公司技術人員和原廠廠家技術人員根據實際使用情況溝通計算后得出的最佳使用壁厚。

2 出現的斷軸問題

在使用過程中隨著處理礦量逐年的增加，出現空心主軸斷軸現象。設備初次使用時間為2007年12月，斷裂時間分別為：2012年4月、2015年4月、2017年8月。從時間周期來看斷軸間隔大概是52個月、36個月、28個月。其中斷軸問題出現后12年直接更換的新軸，15年機修自己在斷裂處加焊后開機2小時候加焊處重新斷裂，17年斷裂后進行修復使用，后更換新軸。

3 問題分析

（1）現分級機安裝存在設計缺陷，分級機安裝角度實際測量為16°～19°，角度相對過大，是造成斷軸的其中一個原因。經對比分析，2012年4月斷軸與2015年4月斷軸幾乎在相同部位，2017年斷軸部位與之前兩次也相距不遠，說明在實際使用中的角度偏大，在此角度下斷軸部位受到扭矩最大。

（2）啟停機頻繁，提升次數多，排礦不及時、不徹底導致降耙不到位，開機負荷過大，造成空心主軸中上部扭矩增大。

（3）工人的責任心不強，沒有完全按照操作規程操作。給礦不均勻，返砂量忽大忽小，負荷不勻。同時，停機后排礦不完全，造成開機負荷過大。

經分析認為空心軸斷裂的主要原因是，生產短暫停機，礦漿沉淀或濃度成分的變化，導致重新開機時軸扭曲力瞬間加大，產生裂紋，以及空心軸長期在堿液中和不正常工作狀態下運轉，容易疲勞產生裂紋。另外，主軸的玩去變形、磨損、軸承的振動、葉片的不平衡、礦漿溫度等的影響，都會使主軸受力不均產生裂紋，造成斷裂。因此主軸運轉一定周期后，由于疲勞、扭曲、振動、腐蝕等多種原因，加上應力的影響，就會發生斷軸現象。

4 避免斷軸方法及斷軸修復

4.1 避免斷軸方法

螺旋分級機空心主軸在轉動過程中，所承受的外力主要來自礦漿對螺旋葉片的壓力。礦漿對螺旋葉片單位面積的正壓力可分解成軸向力和垂直于主軸的切向力。因螺旋葉片對稱排列，螺旋軸上部葉片和下部葉片軸向力的作用力方向相同，所產生的力矩方向相反，相互抵消，力矩和為零。徑向力所產生的徑向力矩方向相同，該力矩通過支架傳遞給空心主軸，是主軸承受的主要剪切力矩。在此力矩的作用下導致空心主軸斷裂。但是此力矩達到使空心主軸斷裂的數值是一個綜合因素，并不是單一的因素造成的斷軸問題。

基本每家使用螺旋分級機的企業可能都經歷過主軸斷裂，對企業會造成一定的經濟損失。現就怎么避免斷軸問題來進行分析后的總結：安裝過程中一定要做好前期設計工作和后期監理工作，保證分級機安裝角度在理論范圍之內。在設備投入使用后首先要對操作工人進行崗前培訓并組織考試，考核合格后方能上崗。在設備使用過程中一定要按照嚴格的操作歸來來進行現場操作。盡量避免頻繁的啟停機，減少提升次數。在不可避免的停機之后一定要排礦及時徹底，避免降耙不到位，造成空心主軸中上部扭矩增大而造成的斷軸故障；加強工人的責任心，一定要按照操作規程操作。給礦不均勻，返砂量忽大忽小，負荷不勻。避免停機后未進行排礦或排礦不完全就開機，造成開機負荷過大。

4.2 斷軸修復

螺旋分級機斷軸的修復關鍵問題是保證整軸直線度和斷口處修復強度達到要求。將斷軸用天車或吊車吊出溜槽吊放在已經做好的支架上面，進行清理，尤其是斷裂處前后延伸1.5m的范圍內一定要清理的特別干凈。對斷口變形處用氧焊切割平整并切割內斜坡，將準備好的2m長芯管（芯管規格：芯管外徑比空心軸內徑小2mm～5mm為佳）插入1m至1號斷裂端（圖2），在內斜坡處用506焊條焊接1圈。焊接過程一定不能著急，按照本廠最高焊接水平進行焊接。（大多數斷裂的主軸都會有一定程度的變形，如果因變形程度較大而導致芯管不能順利進入的則對空心軸內徑和芯管外徑進行修正）。

（1）倒鏈配合天車或吊車將另一斷面插入芯管并使得兩斷面緊密貼合，用水平儀多點找平找正后進行2號斷面外斜坡處（圖2）焊接，焊接完成后對焊接面進行打磨至和原空性主軸軸面一樣。

（2）斷面處至1米范圍內橫向間隔60cm處分別在相對位置開6個寬8cm長12cm的小口（在同一縱向位置每隔120°開一個口，斷面兩端各開3個），為了焊接方便牢固可將方形小口的四個角做成圓弧狀（如圖3所示）。再次用水平儀找平找正后在各個窗口處進行焊接。

（3）加工四個如圖4所示的半圓法蘭盤，每兩個半圓法蘭盤可組成一個完整法蘭盤，法蘭盤螺絲孔為8個～12個，法蘭內徑比空心軸內經略大2m～4m。然后將法蘭盤用螺絲連接在空心軸上，螺絲暫時不要擰緊。將法蘭盤焊接完成后再用螺絲將法蘭盤擰緊。將設備恢復原狀，空載試機，負荷試機。

5 結語

本文主要就螺旋分級機在使用過程中出現的斷軸問題進行分析并提出斷軸后最經濟的解決辦法。螺旋分級機在使用過程中斷軸問題雖然不是一個常態化的問題，但是一般情況下總是會出現。一旦出現斷軸情況，一般廠家都是沒有現貨的，才要現做，再加上軸本身體積的影響，從廠家到使用單位的周期為20天～35天。而這段時間的停機對于許多企業造成的損失是很大的。對于螺旋分級機空心主軸我相信基本所有的使用單位都是沒有備件的，因為空心軸本身使用周期長，且體積大價錢高。所以很有必要對螺旋分級機的空心軸的使用問題和斷軸修復問題進行一個系統分析并提出解決方案。