礦山用圓筒倉(cāng)放礦斗門開關(guān)異常原因分析

張 建，尹 力，林震源，陳 勇，陶雪宏

（1.安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)南山礦業(yè)有限公司高村鐵礦，安徽馬鞍山 243000；2.安徽馬鋼礦業(yè)資源集團(tuán)礦山科技服務(wù)有限公司；安徽馬鞍山 243000）

0 引言

礦山作業(yè)有很大一部分任務(wù)量體現(xiàn)在礦石原料、礦粉等運(yùn)輸作業(yè)上，傳統(tǒng)的運(yùn)輸人力資源消耗嚴(yán)重而且效率低下，現(xiàn)在礦山往往采用的是自動(dòng)化的運(yùn)輸線。礦石經(jīng)過放炮初步炸碎后，再經(jīng)一次粉碎得到粒徑5 mm 左右的礦渣，這些礦渣由傳送帶運(yùn)送投入到圓筒倉(cāng)中，再由圓筒倉(cāng)下方的放礦斗進(jìn)行二次分配，放礦斗（圖1）。

圖1 放礦斗

放礦斗的作用是根據(jù)需求定量二次分配礦渣，礦渣的二次分配是由放礦斗的斗門開關(guān)所控制。對(duì)于放礦斗的研究有很多，王曉芳[1]等人研發(fā)一種振動(dòng)放礦機(jī)U 形放礦斗，其優(yōu)點(diǎn)在于能夠清除底板粘結(jié)堆積，消除礦石組拱。段海城[2]等人改進(jìn)一種振動(dòng)放礦漏斗，極大提高了作業(yè)安全性，并且出礦效率提高11%～27%。楊文龍[3]等人利用深度相機(jī)提供一種礦斗載礦量的測(cè)量方法，這種非接觸式的測(cè)量方法能規(guī)避許多接觸式測(cè)量方法的弊端。胡雙鳳[4]就礦斗溜板磨損問題采用覆蓋礦石法減小沖擊，延長(zhǎng)溜板使用壽命。以上關(guān)于放礦斗的改進(jìn)都是針對(duì)安全性或者效率的提高，也有一些研究致力于解決放礦斗工作異常問題，例如張遂平[5]針對(duì)鶴林公司放礦閘門在地下礦倉(cāng)有礦時(shí)，閘門開、關(guān)出現(xiàn)異常，必須通過人工手段才能控制其開、合的問題提出加大驅(qū)動(dòng)裝置驅(qū)動(dòng)力和優(yōu)化扇門結(jié)構(gòu)的解決方案。馬鋼高村鐵礦的圓筒倉(cāng)出現(xiàn)斗門偶然性自動(dòng)開門的故障，這給控制出料量和后續(xù)清理工作都帶來很大難度。對(duì)于斗門的故障有不少研究，但是這種故障卻鮮有報(bào)道，因此研究并解決這一種故障對(duì)指導(dǎo)生產(chǎn)作業(yè)、提高生產(chǎn)效率有顯著的意義。

1 故障排查思路

開合式斗門廣泛用于礦山和碼頭卸料裝置上[6]，能夠?qū)е路诺V斗斗門偶然性開門的原因有很多，主要包括斗門和氣缸桿連接出現(xiàn)松動(dòng)、氣缸缸體發(fā)生塑性變形、氣動(dòng)控制閥故障[7]、氣缸設(shè)計(jì)壓力偏小和氣缸竄氣等。其中連接松動(dòng)、氣缸缸體變形因素和氣動(dòng)控制閥故障都已經(jīng)通過檢修排除。如果氣缸設(shè)計(jì)壓力偏小，可能會(huì)出現(xiàn)這種情況：在靜態(tài)下能夠保持不開門，但是在圓筒倉(cāng)內(nèi)持續(xù)加料的過程中因?yàn)榈V渣下落帶來的沖擊會(huì)使斗門受力呈一定波動(dòng)，在受力的波峰處超過氣缸最大設(shè)計(jì)壓力，導(dǎo)致斗門打開，該情況也可以解釋斗門故障的偶然性。程控閥氣缸竄氣往往需要采用DCS 曲線判斷法或者現(xiàn)場(chǎng)判斷法[8]，而因車間不具備DCS 曲線法條件且不適用現(xiàn)場(chǎng)判斷法的典型癥狀，因此判斷是否是氣缸竄氣難度較大。目前可能性較高的只有氣缸設(shè)計(jì)壓力過小和氣缸竄氣兩種因素，因此決定采用排除法，通過驗(yàn)證是否是氣缸設(shè)計(jì)壓力過小導(dǎo)致的故障。

2 有限元模擬及結(jié)果分析

采用SolidWorks 對(duì)圓筒倉(cāng)和放礦斗建模，對(duì)實(shí)際形狀作合理簡(jiǎn)化，并采用SolidWorks 自帶的SimuLation 模塊進(jìn)行有限元模擬。加載和約束條件為：在圓筒倉(cāng)內(nèi)部填充密度為1580 kg/m3的礦渣，靠自身重力下壓，圓筒倉(cāng)底部和斗門開關(guān)控制桿固定約束。有限元分析得到的模擬結(jié)果如圖2 所示。

圖2 模擬結(jié)果

從結(jié)果可以看出來，在保證礦渣不泄漏的情況下，開、關(guān)門控制桿上最大壓強(qiáng)3.4 MPa，桿直徑33 mm，按照壓強(qiáng)上限來折合，根據(jù)式（1）可得，受力為2907 N。氣缸壓室直徑160 mm，設(shè)計(jì)壓強(qiáng)0.8 MPa，同樣根據(jù)式（1），受力為16 077 N。可見氣缸提供的力遠(yuǎn)大于斗門關(guān)緊所需的力，即使考慮到進(jìn)料時(shí)的沖擊和振動(dòng)因素，氣缸提供的力也是足夠的。因此可以排除氣缸設(shè)計(jì)壓力不足導(dǎo)致故障的可能。

其中，F(xiàn) 為力，單位為N；S 為受力面積，單位為mm2；P 為壓強(qiáng)，單位為MPa。

3 結(jié)束語(yǔ)

經(jīng)過一系列排查，最后認(rèn)定是由于氣缸竄氣導(dǎo)致的偶然性故障，氣缸竄氣的原因有很多，例如控制閥開關(guān)頻率高導(dǎo)致密封件磨損、活塞環(huán)質(zhì)量不良[9]或者O 形密封圈老化等，O 形圈是一種硫化成型的圓形密封零件，其老化很難避免[10]。高村鐵礦的該設(shè)備工作量極大，頻繁的更換零件會(huì)帶來許多效率上的損失。為了避免氣缸竄氣，減少維修頻率，從而提升使用效率，高村鐵礦決定將氣缸更換為故障率較低的液壓油缸。油缸相比于氣缸而言沒有傳動(dòng)空隙、運(yùn)作平穩(wěn)、安全性和可靠性高，而氣缸雖然安裝簡(jiǎn)單，但是其缸體往往都是鑄造成形[11]，運(yùn)作之中可能會(huì)發(fā)生變形導(dǎo)致?lián)p壞，并且容易操作不當(dāng)產(chǎn)生故障，容錯(cuò)率沒有油缸高。目前高村鐵礦更換液壓油缸之后已經(jīng)運(yùn)行數(shù)月，運(yùn)行狀態(tài)良好，完全解決原先的偶然性開門故障，從實(shí)踐上證明該解決方案的可行性。