重型振动放矿机的设计,应用与展望.pdf

鱼型振动放矿机的设计、 应用与展望 中条山有色金属公司设计研究所伍向荣 【 擒耍】阻大型地 下开 采矿山主穗井 扁部放矿设备技木 创新为背景． 系统阐 述了重型撮动放 矿机的设计与应用．并着重舟鲴了设备工作原理、技术性能、主要技术参数的确定与计算，结构设计特 点、使用赦果与技术经济评价、存在问题与对晕以及罐入探讨的内窖。并雌生产实践中的使用状昂及数 据舟析论证了该设备可推广使用的广闻前景．， 关 键 饲 重 型 量 塾 垫 垫 楚 垦 壁 塾 毽 塑 矍 盐 使 用 效 果 探 讨房炙 1 引言 早在5 0 年代末，振动放矿技术就已在前 苏联开始研究，很快便被广泛地应用到世界 许多 国家的采矿及其他行业 中。我国在这方 面的研究起步于1 9 7 4 年，1 9 7 7 年我公司开始 了该技术的研究，并研制出z z 一6轻型振动 放矿机，该机投入阶段溜井、废石井使用至 今，取得 了较好的效果。 我公司铜矿峪矿 自 矿块崩落法新工艺投 产 以来，出矿量成倍增长，但 出 矿 块 度较 大a主溜井放矿站一直使用风动指状闸门进 行放矿作业，矿石完全借助重力作用由井筒 内向外排放，加之新工艺 产 出 的8 0 0 ra m以 上的矿块较多，矿流在极不稳定的状况下， 跑冒、结拱、卡阻现象时有发生，大块通过 能力低，对矿车的破坏性大，作业 安 全 性 差，劳动强度大。用爆矿手段处理堵塞时井 筒及设备不可避免地遭受破坏等等，这些都 在一定程度上困扰着生产能力的提高。 为改造治理放矿工艺现状，充分发挥振 动放矿技术的优势，近年来，我们结合生产 现状，设计出一种适应主溜井放矿作业环境 的重型振动放矿机，并先后将I 号、Ⅱ号两 台样机投入使用，取得了明显的效果。截止 1 9 9 6 年l O 月底， I 号样机 1 9 9 4 年2 月投入 使用至今累计放矿1 9 7 万t 。目前，设备运 转正常。 Ⅱ号样机 1 9 9 6 年 7月投入使用， 效果很好 。 2 主要技术参数设计计算 2 ． 1 概况 样机工作原理专用电机驱动轴两端的 同向偏心质量振子，在特定的转速下，产生 一 个大小不变丽方向周期变化的旋转矢量一 离心力，该力与重力 撮台、参振物料联 合作业，强迫振台在铅垂面内傲周期性的椭 圆形轨迹振动。当设计给定的振动加速度垂 直分量太于重力加速度时，台板上的物料便 被抛离，在确定的振额，振幅，抛掷指数等 技术参数条件下，物料按抛物线轨迹连续不 断周期性地向前跳跃运动，最终跳离台板， 完成放矿作业过程。 结构见图 1 、图2，其基本技术性能如 下； 技术生产能力9 8 0 x 2 t ／ h i 装机功率3 0 2 k Wj 激振器激振力9 3 1 9 8 2 N ； 激振频率1 2 ． 5 H z j 激振幅值2 ram； 维普资讯 并列，中间设置一道9 0 0 ram 宽的隔板，放矿 端总体宽度布置为5 3 0 0 ram 。 2 ． 3 参振重量的汁算 参振重量 GG1 十日 G2 8 5 9 4x9 ． 8 N 式 中G。 一振台 包括激振器重量，经计 算G1 5 2 3 3 x9 ． 8 Nj 日 一矿石参振时的缩台系数， 据文献 资料，取8 0 ． 1 } G 一矿石对 振台的总静压力 ， 经计算 G 3 3 6 1 0 x9． 8 N。 2 ． 4 激振器设计 激振器由专用电机和振子组成，电机按 确定的技术条件委托厂家制做，振子采用质 量偏心式半圆形实形结构，与电机两侧外伸 轴联结后组成单 轴惯性振动器。 2 ． 4 ． 1 振动系统频率比 “ w／ w。 2 ． 2 5 5 式中w一激振频率，经计算 w7 3 ． 5 4 r a d ／ s w。 一系统固有频率，经计算 w。 3 4 ． 8 2 7 r a d ／ 8 。 由于p 1 ，故属超共振振型。 2 ． 4 ． 2 掘子主要几何参数 偏 心重量W1 6 0 ． 1 2 x9 ． 8 N j 偏 心距T 0 ． 1 2 6 mj 静矩M。 1 4 8 ． 2 3 N- m 两振子。 2 ． 4 ． 3 激振力 激振力即振子旋 转 离 心力 ， 其值 F。 9 5 1 0 x9 ． 8 N， 要使振动放矿机完成放 矿作 业，需要足够的激振力F r 克服振台及参振物 料的重力，使振台上的物料做揩离运动。 FfKl K2 G 9 5 0 09． 8 N 式中KI 一放大系数，经 计算K 1 O ． 8 7 9 r ’ K 机械指数， 经计算K z 1 ． 2 5 7 6 。 因F 。 F ， ，且G 值计算较保守，故可满 足要求。 2 ． 5 激振功率及确定电机技术参数 所需激振功率N ’ K 。 N。 N 。 2 6． 8kW 矿山主巷运输车辆为l o re 。 固定式， 由2 0 t 机车牵引，为保证机 车 通 过及矿车装满系 数，放矿端距轨面高设定为2 1 5 0 mm， 双台板 2 ． 2 确定主要几何参数 图3 据文献资料及矿石的性质，几何尺寸经 有关公式计算得出t 振台规 格lS4 8 0 0 ram2 2 0 0 ram 2 ， 振台倾 角la1 0 。 ， 眉线高度lb D 1 8 0 0 mm 眉线角10 3 4 ． 4 5 。 ， 振台水平埋设深度IL A 1 3 0 0 min i 放矿端总宽；B 总5 3 0 0 mm 滑移角t≠ 6 5 。 。 维普资讯 式中K ， 一功率储备系数，考虑频繁起动及 井下条件，取K 。 1 ． 4 j N． 一撮动消耗功率， 据文献资料，经 计算N。 1 4 ． 6 5 , t k W N 一轴承摩擦阻力所耗功率， 据文献 资料计算得N 4 ． 4 8 7 8 k W。 考虑电机功率等级及计算误差，确定电 机主要技术参数如下； 额定功率N 3 0 k W 额定转速It 7 5 0 r ／ m ； 电压等级V3 8 0 V } 工作条件频繁起动2 ～3 次／ mi { 外形尺寸 长x宽高 I 1 0 0 0 m m x 6 0 0 ra m 6 0 0 ram； 总重 包括掇子G 7 0 0 x 9 ． 8 N 。 2 ． 6 减撮器设计 为增强斌振效果，延长机架寿命，稳定 停、开机过程振幅 鹧过共振区时 波动值 及提高耐疲劳性并 延 长 弹 簧寿命，减振器 弹性系统甩橡胶制做。 根据负载分布，总体尺寸及 结 构 要 求 经计算，橡胶弹簧技术性能为单坎静刚度 KI 1 6 5 61 9 6 N ／ c r a } 单 块 动 剐 度 K d 7 4 3 8 2 1 5 N ／ c I 肖氏硬度H． 5 2 ， 材质 天然橡胶 N R ， 外形尺寸 长 宽 x 高 ； 3 4 c m 2 2 c m* 2 8 c m， 实体； 单块重量1 9 6 N 。 2 ． 7 激报器安装位置的确定 根据结构，负载的对称性，激振器应安 装在纵向对称面上，但随位置在该面上的变 化，振台上各点的振幅A 和猛振性M 振台 上装、卸载端振幅的垂直分量之比例值也 随之改变，丽M值又直接影响振放 效果，M 值越丈，效果越好。M值取决于振幅，而振 幅又与激振力的作用点及焦点 振台瞬心 位置C 之间的函数关系式有关 图4 。 图4 振 台运动极限位置示意飚 研究文献资料 表 明M≮l 时，台板撮 型属摆振，当M l 且为 尽 量大值时，工作 效果最佳。把振台近似视为横 向均质板，当 激撮力F 。 作用在装载侧且距质L , o 为L ， l 2 处 时，可使M A z ／ A。 为晟大，样机设计时， 掘台运动近似于摆振，故按此理论及振台结 构，在求出质, b o 点位置 距 卸 载 端 约 为 7 L ／ 1 2 后， 激振器应安装在矩0 点L ／ J 2 处， 则 x L一 7 1 3 ／ 1 2 一L ／ 1 2 L ／ 3 1 ． 6 m。 此时M 可达最大僵，焦点C在振台外卸载区一饲， 即L 7 L ／ t 2 L ，从而L。 L ／ 1 2 即质 心到装载端的距离。实践证明，输送矿石 效果较佳。 2 ． 8 生产能力计算 据有关文献，技术生产能力 Q 3 6 0 0 Yx h 丑xV9 8 o t ／ h 式中Y 一矿石松散容重，1 ． S t ／ “ J h 一眉线高度，1 ． 8 m， B 一溜井出口处平均宽度，2 ． 8 mj V 一矿石沿台面平均运动速度， m ／ s 。 根据台板及物料的运动学分析及计算得 V 0． 0 S m 。 双机技术生产B B 力Q 双 2 Q t g s o t ／ b 。 取使用系数x 。 0 ． 3 ，则 得 使用生产船 力I 。 Q 单 K ‘ Q 单 2 s 4 t ／ ] ，Q 鼠 2 Q 单 s s s t ／ 。 按小班4 小时作业，年作业取3 3 0 天，则 年生产髓力 Q 年 单 Q 单 4 3 3 3 0 1 1 6 1 0 ‘ t ，Q 年观2 Q 年单2 3 21 0 ‘ ￡ 。 3 结构设计 3 ． 1 系统结构 为了很好地与1 0 m 固定式矿车配套， 采 用了大断面出矿口，宽振动台板、较大激振 功率、大刚度减振弹簧，高稳 定 性 非 参振 挡、隔板、双台板并 联 布置 的重型结构形 式 ， 振动台面有效面积为4 8 0 0 mm x 2 2 0 0 mm 重型撮动放矿机的设计、直用与展望伍向荣 ‘ 邮犏0 ‘ 3 T D 0 维普资讯 x 2，两台板激 振装置 备自独立，按需要可 单、双机运行 见 1 。 漓井门框宽度设定为 6 3 0 0 ram，溜 日上 方设计了一根以3 2 b ．T ． 字钢和5 0 k g ／ m钢轨为 主体的框型组合焊接梁傲为眉线梁，该粱充 分考虑了在溜井内矿石负载作用下的动、静 载强度及在振动波冲击下工作的可靠性。溜 口两侧以1 6 号槽钢为主体的两根立柱起加强 支承及联接作用，上部与眉线梁焊接， 中部 与漓井底板的U 形框架焊接，并 靠螺栓与两 侧挡板联接，下部埋入砼基础中，形成门框 式结构。 为封闭台板的周边运动工作面及降低阻 尼，壤少振动功耗、设置了u形框架，左右 挡板、中隔板和与之分段联接的剐性护板， 且均不参振而直接 固定在基础上，为提高溜 井底板使用寿命，在u形框架外侧铺设了一 层5 0 k g l m 规格的钢轨做为井 底板J为保证 挡板，中隔板的工作稳定性，除设置了地脚 螺栓外，还设计了门框，砼立墙的联接紧固 机构 。 3 ． 2 主机结构 主机 包括振台、激 振器、减振器、限位 器和机崖。激振器底渣用内外锥双螺母及定 位键与振台底框架联接，振 台由l 4 个橡胶 弹 簧支承，弹簧通过弹簧座由机座支承J为保 证振台理想工作位置的稳定，在机座后部左 右侧安设了滚轮式限位器，其底部与桃座用 螺栓联接，上部工作面与撮台限位块滚动触 靠。 其结构特点为 1 振台，机座规格较大，工作稳定 性好，剐性较强} 2 采用橡胶弹簧傲为减振元件，弹 性好、剐度线性关 系 稳 定、耐 疲劳、抗冲 击、振幅稳定性好、寿命长， 3 后部双滚轮式限位器的设置，很 好地稳定了振台的工作位置， 4机架内部空间设计宽敞，便于检 -- 4 0一 - 查、维修及保养， 5 电机机座与振台采用内外锥双螺 母联接，安装方便、抗冲击 、防振、锁紧效 果 明显， 6双 台板并联布置，眉线梁相对位 置较高，出矿 日宽阔，大块通过能力强 现 场观察记录1 ． 2 ～1 ． 5 m块度可顺利通过， 可单、双机运行，生产适应能力强} 7 振台周边采用 刚性 金 属护板封 闭，降低系统 阻尼、降低 功 耗，使 用 寿命 长，且封 闭效果 良好J 8 左右侧挡板，中间隔板及护板均 不参振，参振重量相对减少，设备的机械效 率较高。 4 应 用 1 号样机于] - 9 9 4 年2 月投入使用至今，生 产实践证明；该机能较好地满足大型地下开 采矿 山主漓井放矿工艺的要求，生产能力较 高l运行安装可靠J放矿矿流稳定，对矿车 冲击力较小，延长了矿车的使用寿命，矿车 装满系数较高，提高了生产效率}辅助作业 时间少，工人劳动强度低，节能效果明显， 出矿成本降低J作业机械亿程度高J维护量 小 。 与风闸相比，各项指标见附表。 5 结论与对策 对 I号样机的使用情况进行分析总结， 结论与对策如下 1 力学计算较准确，结构设计较合 理，基本满足了制造、运输、安装、调试， 作业环境、维护、使用寿命等井下特定的技 术条件} 2 减振器设计可行，布置较得当。 因此，工况良好，预计使用寿命可达3 0 0 万t 以上 } 3 重型结构基本满足了产量高、块 度大的工 艺条件，经济效益较明显，操 纵轻 维普资讯 附表 振动放矿机与指状风闸作业情况对照 项 目 一-『 篝 } 再 捩 A 闸 放 矿 方 式 强 制 损 动 放 矿 委 力 自 器 每 刭车放矿 时间 1 o m 0， l 0 节 ． mj n 】 5 ～】 8 8 一】 0 矿车装满 系 数 D ． 9 作业人数 】 生产舱力． t ／ 人 斑 1 5 0 0 2 5 0 D 结拱堵塞现荤． 次／ l 2 0 0 1 0 处理故障影响箍矿 援．t ／ 出 0 处理故障所需时间． mi n ／ 次 0 敬矿胃矿翠． 次／ l 5 0 I t 0 精理 冒矿影 响放 矿 量．t ， 次0 安空性能 好 炸药。k g ／ 万t 0 雷管．发／ 万t 0 导火隶 ，m／ 万t 0 导壤索．m ／ 万t 0 炮杆 ．元／ 万t 0 耙齿．元／ 万t 0 稿滑恼．元／ 万t 0 润滑脂，k g ／ 万t 0 ． 5 轴套，元／ 万t 0 滑轮．元／ 万 0 气博．元／ 万t o 制丝绳 ．元／ 万t 0 劳动强度 低 能球 自 能耗，k w - 自 ／ 万t 3 l 4 2 3 5 设备确室开曾 量． 3 1Q 4 3 】4 4 0 维修 工 日．工 日／ 万t l 0 对矿车冲击破坏 程 很， h 度 设备耗用钢材．k g 3 0 0 T 9 4 8 7 4 砼工程量．m 0 0 t 5 0 设备造价 元 2 , 4 3 7 6 3 8 8 0 7 3 设备 主体使用寿命 ． 万t 矿量 弼计3 5 0 甄计3 5 0 适用放矿块度 m J n ≤1 3 0 0 8一 l 0 0． 7 0 ． 8 23 8 0 D 一 般 l 2 8 2 2 ．0 5 伯 7 9 较太 压缩空气 轻大 松简便} 4在满足放矿 口断面尺寸、眉线安 全角、拒台强度刚性等条件下，应适当增大 台板倾角，以进一步提高生产能力，并降低 功耗J 5 进一步改进、提高专用电机的性 能和质量，以更好地适应设备的工况条件， 6 提高焊接质量，对长期处在交变 应力状态下的焊接处，要提出严格的探伤， 检测，试验等技术条件，并在制造时严楮把 质量关J 7 增设矿车上方吊抓机构及喷淋降 尘系统，完善配套功能，进一步改善工作环 境 。 6 改进与探讨 为了进一步改进完善 I号样机的性能， 找们对其在运行中存在的某些问题进行了认 真地分析，研究，并完成了Ⅱ号 样 机 的设 计，制造与安装，1 9 9 6 年 7 月 投 入 运 行至 今，取得了满意的效果。 6 ． 1 主要改 进内容 1 改变属线 粱 的 结构，提高其强 度，刚性J 2 在保持h 。 I g o o mm，满 足放矿 动、静安息角的前提下，改掘台倾角为 I 5 。 I 3 改进激掘 器 底 座联接与支承结 构，使之便于安装、拆卸J 4 专用电机结构改进较大，以充分 适应重载频繁起动、转子轴径向负荷大，润 滑油腔储量大、密 封严格、粉尘大，谳湿等 现场使用条件I 5 改进机座结构，提供稳定性，使 之更便于检查与维护} 6 增设了喷 淋 降 尘 机构和吊抓设 施、操纵台等。 6 ． 2 Ⅱ号样机改进的主要技术性能 技术生产能力1 】 3 4 2 t ／ h } 振台规格4 8 5 0 mm2 2 0 0 ram2 l 振台倾角1 5 。 } 抛掷指数1 ． 0 2 j 重型揖动放矿机的设计 应用与展望伍向荣 o 4 3 7 o o 一 4 l ～ ㈣ 锄 维普资讯 眉线角3 9 。 。 6 ． 3 使用效果 Ⅱ号样机投入使用后，取得了较 I号样 机更好的使用效果，生产能力进一步提高， 每列车装载时间缩短到 9 分钟，装满系数达 到0 ． 9 以上。受到使用单位好评。 Ⅱ号样机各项指标见附表。 6 ． 4 探讨内容 在大型矿山中，主溜井放矿作业是整个 出矿生产过程中重要工艺环节，其技术水平 的高低将直接影响着矿山的产量、劳动生产 率及出矿成本 ，在一定程度上体现着矿 山文 明生产的状况。要把振动放矿技术很好地应 用到大型地下开采矿山的 主 漓 井放矿作业 中，由于工艺条件所限，还有某些技术I可 题 有待解决。 1 由于产量高、块度较大，要求设 备具有很高的生产能力和重量较轻而强度很 高的大型结构} 2 因主溜井的生产连续性很强，要 求设备能在 期重载条件下可靠地工作，除 定期检修外，不得停机维护、更换零部件， 并要求设备能在运行中进行监测与保养， 3 由于井下条件所限，要求设备便 于运输、组装、维护、结 构 简 单、易 操作 等。 为此，在今后进一步研制中，笔者认为 有必要从以下几方面进行深一层次的探讨 1 将激振频率、激振力实现动态显 示与无级词节，增强其 动 态 监 测及适应性 能，并可随工况条件的变化及时调整到最佳 力学参数值 2为得到最佳抛掷效果，消除减振 弹簧的剪切应力，延长使用寿命，降低功耗 及提高机械效率，采用 双 轴 惯 性定向振动 往复直线运动’ 3采用主振系统与隔振系统相结合 的双质体振动系统，其力学特性为线性近共 振，特点是主振系统频率比控 制 在I‘ 0 ． 7 5 ～ l 。 3 ，同样条件下，所需功 率 小，结构紧 凑I 4采用高强度轻金 属 型 材 制傲机 体 ，结构形式为组合式，现场焊接 、铆接 ， 连接 。 7 结语 重型振动放矿机的研 制 历 经 可行性研 究、方案论证、初步设计、技术设计、样机 加工图设计到加工制造、安 装、调 试 等 阶 段，最终投入工业运行，经生产实践验证t 该样机的设计是成功的，是重型放矿设备的 一 次大胆创新，是主溜井放矿传统设备的一 大进展。 展望未来生产的发展，可以肯定重型 振动放矿机将充分显示其强大的生命力，一 种完全适用于大型地下开采矿山主漓井放矿 作业条件的新型设备必将在生产实践的考验 中而诞生，并得到推广使用。 参考文献 略 迎接香港回归祖国 一 4 2 一 有色矿山I 9 9 7 ． 3 维普资讯