振动放矿斗的改进与应用

周瑞林，王先敏，胡剑涛，钱厂生

（江西铜业集团有限公司 武山铜矿，江西 瑞昌 332204）

武山铜矿的采矿车间负责全矿的矿石开采、运输及充填工作。其中运输是将井下开采的矿石运送至选矿车间进行破碎、浮选及精尾等选矿工艺，是矿山生产流程中重要的一环。由于生产任务的加重，运输的主要设备—振动放矿斗[1-3]使用率大大增加。但是其出口端的挡板是木头材质的，不方便控制，工人在操作挡板开合的过程中存在安全隐患，为解决该棘手的问题，需对振动放矿斗挡板进行了改进。

该设备是该矿重要的生产设备之一，矿石块度为0mm~1200mm。该机采用硬特性振动机，优点是工作机体的振幅较线性振动机稳定得多，有良好的工作性能。缺点是振幅较大，能耗较高；振动放矿机的悬挂装置是焊接件，它与振动台板的联接也是焊接的，在较大的循环交变应力作用下焊缝容易开裂，开焊处重复焊接多次后，不能再焊接（包括悬挂装置和振动台板之间也不能再焊接），导致悬挂装置和振动台板失效；振动台板台面与矿石的长期摩擦后变薄报废。更换悬挂装置和振动台板难度大，时间也较长，影响装矿和给矿生产，因此需要减小振幅，增加振动台面的倾角，提高振机的生产效率。

1 存在问题

在矿石的输送和放矿斗的停机检修过程中，发现其存在的问题如下：

（1）挡板更换频繁：其挡板材质为传统的木板，在矿石的振动滑落过程中由于矿石的冲撞导致其磨损较快，更换频繁，不但增加了井下职工的工作负担，还有可能影响矿石的输送影响生产。

（2）控制不便：改进前振动放矿斗挡板[4]实物如图1所示，其木制挡板没有机器和转轴控制，放矿斗口的开合不易操作，需要工作人员手动插入或拔出木制挡板，完成开合动作。

图1 改进前振动放矿斗挡板实物图

（3）存在安全隐患：木块挡板离平台又高又远，给操作人员开合挡板的作业带来极大的的不便。由于生产任务繁重，工人为了完成任务，甚至会站在运输矿石的矿车上进行挡板开合的违章操作。这样便会因配合不当、矿车摇晃不稳、打滑踩空等突发状况[5，6]引发安全事故。近些年类似的轻伤事故就发生了数起，给操作人员的人身安全和采矿车间的安全生产埋下了安全隐患。

（4）当振动放矿机工作时，物料作滑行运动，它与工作面始终保持接触，台板工作面容易磨损。这种输送方式通常需要较大的振幅，才能获得较高的输送速度，因此能耗增大。但这种状态采用较大的振动强度，使振动应力增大，因而提高了对机件强度的要求，悬挂装置薄弱环节是焊缝，这样导致其频繁开裂。

2 改造方案的设计

2.1 降低振动强度

这种振动放矿机使物料作正向滑动，即物料与工作面保持接触，同时物料沿输送方向对工作面作相对运动。其振动强度为：

式中，K为振动强度；ω为振动圆频率；λ为工作面沿振动方向的单振幅。

现在的振动强度是6.29，符合K一般为5-10的要求，但振动台面和激振电机的悬吊架焊缝频繁开裂，机械强度偏低，因此需要降低振动强度。由（1）式可以看出，振动强度与振动圆频率的平方成正比，与单振幅成正比。振动圆频率的计算公式为：

式中，n 为每分钟振动次数，即电机转速。

2.1.1 降低振机转速

振机转速是750r/min，可以改用375r/min，振幅不变的情况下，振动强度可降低到原来的1/4，振动强度为 K=1.58。

2.1.2 降低频率，减小振幅

电机转速不变时，振幅减少一半，振动强度可降低到原来的1/2。减小振幅可以通过增加振动台面的倾角，或减小偏心块质量矩来实现。总之，采用降低频率和振幅减小的方法对于降低振动强度，提高振机寿命有利，但是这样降低了振机的生产效率。因此，应该增加振动台面的倾角。

2.1.3 增加振动台面的倾角，提高振机的生产效率

输送矿石时，工作面倾角α0与实际平均速度Vm的关系如图2所示。通过观察发现，振动台板的安装倾角由16°增加到19°时，实际平均速度将增加约30%。

图2 工作面倾角与实际平均速度的关系如图

2.2 振动放矿斗新式挡板

图3是振动放矿斗改进后的示意图，图4为振动放矿斗改进后实物图。

图3 振动放矿斗新式挡板

图4 改进后振动放矿斗挡板实物图

图中3中：1、斗口挡板；2、连接铁板；3、动臂；4、旋转链轴；5、底架孔套；6、固定插销。材料的尺寸如下表1所示：

表1 材料尺寸表

2.3 新式振动放矿斗的工作原理

如图3所示，斗口挡板舍弃木制材料采用铁质钢板和旋转链轴固定在斗口底板上，连接铁板两端分别与斗口挡板和动臂焊接，底架孔套焊接在底架上，固定插销；斗口挡板、连接铁板和动臂为一体焊接件，可通过调节动臂，整体随着旋转链轴进行旋转，最大可旋转90度，最后用固定插销插入底架孔套进行固定，从而可以轻松进行斗口挡板的开关动作[7]。

3 改造效果

（1）物料的实际平均速度为：

式中，γα为倾角对平均速度的修正系数，（目前为16°，改进后取倾角α=19°），改进为1.55～1.80，取1.55；ch为料层厚度对输送速度的影响系数，大致取0.5～0.6，取0.5；c m为物料性质对输送速度的影响系数，对块状物料取0.8～0.9，取0.8；cω为滑行运动对输送速度的影响系数，取1；vd为水平输送时的理论平均速度；δ为振动方向角，取 45°；μ为摩擦角；Pkm为速度系数，取3。水平输送时的理论平均速度vd 为：

（2）振放机的生产效率为：

式中，h为料层厚度，一般取 h=0.7～0.8H（H为槽体高度）；B 为工作面宽度。效率略高于改造前1000t/h。

4 结语

振动放矿斗的新式挡板采用铁质钢板，更加耐磨。增加了调节动臂，操作人员在振动放矿斗旁边即可完成挡板的开合作业，通过在运矿工作的实践，改进的挡板不仅提高耐磨性，而且操作简单方便，消除了开合挡板的安全隐患；通过降低电机的降低振机转速、振动频率，增大工作台面的倾斜角度，提高放矿的效率，满足了矿山安全生产的需求,在同等相似的矿山中具有推广应用的价值。