振動放礦斗的改進與應用

周瑞林，王先敏，胡劍濤，錢廠生

（江西銅業集團有限公司 武山銅礦，江西 瑞昌 332204）

武山銅礦的采礦車間負責全礦的礦石開采、運輸及充填工作。其中運輸是將井下開采的礦石運送至選礦車間進行破碎、浮選及精尾等選礦工藝，是礦山生產流程中重要的一環。由于生產任務的加重，運輸的主要設備—振動放礦斗[1-3]使用率大大增加。但是其出口端的擋板是木頭材質的，不方便控制，工人在操作擋板開合的過程中存在安全隱患，為解決該棘手的問題，需對振動放礦斗擋板進行了改進。

該設備是該礦重要的生產設備之一，礦石塊度為0mm~1200mm。該機采用硬特性振動機，優點是工作機體的振幅較線性振動機穩定得多，有良好的工作性能。缺點是振幅較大，能耗較高；振動放礦機的懸掛裝置是焊接件，它與振動臺板的聯接也是焊接的，在較大的循環交變應力作用下焊縫容易開裂，開焊處重復焊接多次后，不能再焊接（包括懸掛裝置和振動臺板之間也不能再焊接），導致懸掛裝置和振動臺板失效；振動臺板臺面與礦石的長期摩擦后變薄報廢。更換懸掛裝置和振動臺板難度大，時間也較長，影響裝礦和給礦生產，因此需要減小振幅，增加振動臺面的傾角，提高振機的生產效率。

1 存在問題

在礦石的輸送和放礦斗的停機檢修過程中，發現其存在的問題如下：

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

（2）控制不便：改進前振動放礦斗擋板[4]實物如圖1所示，其木制擋板沒有機器和轉軸控制，放礦斗口的開合不易操作，需要工作人員手動插入或拔出木制擋板，完成開合動作。

圖1 改進前振動放礦斗擋板實物圖

（3）存在安全隱患：木塊擋板離平臺又高又遠，給操作人員開合擋板的作業帶來極大的的不便。由于生產任務繁重，工人為了完成任務，甚至會站在運輸礦石的礦車上進行擋板開合的違章操作。這樣便會因配合不當、礦車搖晃不穩、打滑踩空等突發狀況[5，6]引發安全事故。近些年類似的輕傷事故就發生了數起，給操作人員的人身安全和采礦車間的安全生產埋下了安全隱患。

（4）當振動放礦機工作時，物料作滑行運動，它與工作面始終保持接觸，臺板工作面容易磨損。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。但這種狀態采用較大的振動強度，使振動應力增大，因而提高了對機件強度的要求，懸掛裝置薄弱環節是焊縫，這樣導致其頻繁開裂。

2 改造方案的設計

2.1 降低振動強度

這種振動放礦機使物料作正向滑動，即物料與工作面保持接觸，同時物料沿輸送方向對工作面作相對運動。其振動強度為：

式中，K為振動強度；ω為振動圓頻率；λ為工作面沿振動方向的單振幅。

現在的振動強度是6.29，符合K一般為5-10的要求，但振動臺面和激振電機的懸吊架焊縫頻繁開裂，機械強度偏低，因此需要降低振動強度。由（1）式可以看出，振動強度與振動圓頻率的平方成正比，與單振幅成正比。振動圓頻率的計算公式為：

式中，n 為每分鐘振動次數，即電機轉速。

2.1.1 降低振機轉速

振機轉速是750r/min，可以改用375r/min，振幅不變的情況下，振動強度可降低到原來的1/4，振動強度為 K=1.58。

2.1.2 降低頻率，減小振幅

電機轉速不變時，振幅減少一半，振動強度可降低到原來的1/2。減小振幅可以通過增加振動臺面的傾角，或減小偏心塊質量矩來實現。總之，采用降低頻率和振幅減小的方法對于降低振動強度，提高振機壽命有利，但是這樣降低了振機的生產效率。因此，應該增加振動臺面的傾角。

2.1.3 增加振動臺面的傾角，提高振機的生產效率

輸送礦石時，工作面傾角α0與實際平均速度Vm的關系如圖2所示。通過觀察發現，振動臺板的安裝傾角由16°增加到19°時，實際平均速度將增加約30%。

圖2 工作面傾角與實際平均速度的關系如圖

2.2 振動放礦斗新式擋板

圖3是振動放礦斗改進后的示意圖，圖4為振動放礦斗改進后實物圖。

圖3 振動放礦斗新式擋板

圖4 改進后振動放礦斗擋板實物圖

圖中3中：1、斗口擋板；2、連接鐵板；3、動臂；4、旋轉鏈軸；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鋼板和旋轉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、連接鐵板和動臂為一體焊接件，可通過調節動臂，整體隨著旋轉鏈軸進行旋轉，最大可旋轉90度，最后用固定插銷插入底架孔套進行固定，從而可以輕松進行斗口擋板的開關動作[7]。

3 改造效果

（1）物料的實際平均速度為：

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

（2）振放機的生產效率為：

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 結語

振動放礦斗的新式擋板采用鐵質鋼板，更加耐磨。增加了調節動臂，操作人員在振動放礦斗旁邊即可完成擋板的開合作業，通過在運礦工作的實踐，改進的擋板不僅提高耐磨性，而且操作簡單方便，消除了開合擋板的安全隱患；通過降低電機的降低振機轉速、振動頻率，增大工作臺面的傾斜角度，提高放礦的效率，滿足了礦山安全生產的需求,在同等相似的礦山中具有推廣應用的價值。