李后廣，楊芳芳

（招遠(yuǎn)市金豐礦山機(jī)械股份有限公司，山東 煙臺(tái) 265400）

關(guān)鍵字：摩擦力；方向性差異；鋸齒紋理

1 搖床做往復(fù)運(yùn)動(dòng)后受力情況

搖床是依靠床面的不對(duì)稱往復(fù)運(yùn)動(dòng)來(lái)實(shí)現(xiàn)輕重礦物分離的一種重選設(shè)備。礦物顆粒在搖床床面上的搬運(yùn)和分帶，是一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)過(guò)程，受到多方面因素的影響。

通過(guò)對(duì)搖床床面上的礦物顆粒的受力分析，筆者認(rèn)為：礦物顆粒與搖床床面間的摩擦力是實(shí)現(xiàn)礦粒搬運(yùn)和分帶的最關(guān)鍵的動(dòng)力來(lái)源[1]?？刂坪媚Σ亮Φ淖饔?，可以促進(jìn)礦物顆粒的搬運(yùn)，改善礦物顆粒在搖床上的分選和分帶。為便于分析，假定在床面上的礦物顆粒為立方體，并將礦物顆粒間的相互干擾作用簡(jiǎn)單歸結(jié)為礦漿的粘滯力。礦粒在搖床床面上的受力情況如圖1所示。

圖1 礦物顆粒在搖床床面上的受力情況

在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，礦粒以一定的初速度被給入到搖床床面上，礦粒與床面間以靜摩擦力相互作用的時(shí)間極短，幾乎可以忽略[2]。礦物顆粒與床面間的摩擦力為滑動(dòng)摩擦力?；瑒?dòng)摩擦力大小計(jì)算公式F摩=N·μ（其中μ為礦物顆粒與搖床床面間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)）。在搖床做往復(fù)運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，床面與礦物顆粒間的正壓力N與滑動(dòng)摩擦系數(shù)μ幾乎保持不變，故滑動(dòng)摩擦力的大小基本保持不變，而作用方向不同。礦物顆粒在搖床床面上的搬運(yùn)作用主要取決于礦物顆粒所受向前和向后兩個(gè)方向上摩擦力作用時(shí)間的差異。作用時(shí)間相差越大，搬運(yùn)作用越明顯。

通過(guò)上述分析，為使床面對(duì)礦粒向前的搬運(yùn)作用盡可能達(dá)到最大，需要控制礦粒與床面之間的摩擦力在方向向前時(shí)較大，方向向后時(shí)較小。在作用時(shí)間上，應(yīng)使方向向前時(shí)的摩擦力作用時(shí)間盡可能長(zhǎng)些，方向向后時(shí)的摩擦力作用時(shí)間盡可能短些。筆者研究探討了通過(guò)特制搖床床面的表面粗糙度和紋理，來(lái)實(shí)現(xiàn)摩擦力在床面不同運(yùn)動(dòng)方向上的差異。

2 礦粒與床面之間發(fā)生滑動(dòng)前礦粒所受的作用

現(xiàn)有搖床床面普遍采用方管焊接的骨架，以金剛砂、玻璃鋼絲、樹(shù)脂膠為基材，鑄造成形后經(jīng)修補(bǔ)打磨床條，表面噴涂油漆，成為最終產(chǎn)品。床條與床面的粗糙度主要受油漆噴涂質(zhì)量的影響，床面粗糙度難以控制。為使搖床床面的表面粗糙度可控，筆者提出一種采用方鋼管焊接骨架，在骨架上鋪設(shè)聚丙烯或尼龍材質(zhì)的板材特制而成的新型搖床床面。床面上的床條和溝槽經(jīng)鑄造或熱壓初步成形后，再采用龍門(mén)銑床精加工溝槽表面。在床條溝槽表面銑削加工過(guò)程中，可通過(guò)控制銑刀刀刃的形狀、銑刀轉(zhuǎn)速和刀架的運(yùn)行速度，來(lái)控制床面的粗糙度。并在床條溝槽表面加工出類似于板銼表面的微型鋸齒狀紋理。礦物顆粒在帶有鋸齒紋理床面上的受力情況如圖2所示。在床面以加速度a向前做加速運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，粒度較小的礦物顆粒A，主要受到重力G、浮力F浮、鋸齒斜面的正壓力N1、鋸齒斷面的正壓力N2以及粘滯力F粘的共同作用。其中：

上式中m為礦物顆粒A的質(zhì)量，θ為鋸齒斜面與水平面的夾角。

通過(guò)①②關(guān)系式進(jìn)行分析，鋸齒斷面作用給礦物顆粒的正壓力N2隨床面正向加速度的增大而增大。當(dāng)床面向后做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，除受到上述所列的作用力外，還受到沿鋸齒斜面方向的摩擦力F摩。在礦粒與床面之間發(fā)生滑動(dòng)之前，礦粒所受的作用力存在以下關(guān)系：

忽略粘滯力的影響通過(guò)式⑤⑥可推導(dǎo)出，礦粒在鋸齒斜面上將要發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí)的臨界加速度。搖床床面的加速度大于臨界加速度是礦粒與床面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的必要條件。

上式中ρ水為重選介質(zhì)水的密度，ρ礦為礦粒的密度，?靜為礦粒與床面間的靜摩擦系數(shù)，θ為鋸齒斜面與水平面的夾角。

當(dāng)搖床床面向后的加速度超過(guò)臨界加速度，礦粒與床面之間的摩擦力轉(zhuǎn)變?yōu)榛瑒?dòng)摩擦力。假設(shè)礦粒沿鋸齒斜面方向的加速度分量為ax,垂直于鋸齒斜面方向的加速度分量為ay。則有：

由于在垂直于鋸齒斜面方向礦粒與床面間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)，故ay=·sinθ代入式⑨得：

礦粒沿鋸齒斜面方向的加速度分量為ax與搖床床面沿鋸齒斜面方向加速度分量·cosθ差異的大小，可以近似地表征礦粒與搖床床面發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的加速度大小。

由式?可見(jiàn)，在搖床制造和操作參數(shù)已定的情況下，礦粒與搖床發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)的加速度大小與搖床床面加速度大小成正比。通過(guò)調(diào)整搖床的沖程和沖次，可以實(shí)現(xiàn)礦粒在搖床鋸齒斜面上的滑動(dòng)，并且可以控制滑動(dòng)的距離。當(dāng)相對(duì)滑動(dòng)距離超過(guò)一個(gè)鋸齒斜面的長(zhǎng)度時(shí)，便實(shí)現(xiàn)了礦物顆粒的向前搬運(yùn)。

當(dāng)?shù)V物顆粒大小與鋸齒紋理的尺寸接近時(shí)如圖2中礦物顆粒B，其受力情況與小顆粒礦物A的受力基本相同。而不同的是，由于顆粒B尺寸較大，其受到的壓力、重力、摩擦力和粘滯力等力相對(duì)于礦粒棱角處的力矩存在不平衡性。因此顆粒B易于發(fā)生旋轉(zhuǎn)，從而降低床面對(duì)其向前的搬運(yùn)作用。

當(dāng)?shù)V物顆粒非常大時(shí)，如圖2中礦物顆粒C。礦物顆粒與床面鋸齒紋理的多個(gè)齒尖接觸，礦粒與床面之間的滑動(dòng)摩擦系數(shù)在前進(jìn)和后退兩個(gè)方向上差別較小。搖床對(duì)大顆粒礦物的搬運(yùn)作用不明顯。

綜上所述，搖床床面上的鋸齒紋理對(duì)礦物顆粒在前進(jìn)方向和后退方向的作用力具有粒度選擇性，礦物顆粒越小兩個(gè)方向的作用力差別越大，礦物顆粒越大兩個(gè)方向的作用力差別越小。這樣的作用特性正與不同比重礦物顆粒在床面上的離析分層特點(diǎn)相吻合[4]?？娠@著增大大顆粒輕礦物與小顆粒重礦物之間的運(yùn)動(dòng)差異。利于搖床分選。

圖2 礦物顆粒在鋸齒紋理床面上的受力情況

3 礦物顆粒在鋸齒紋理床面上的參數(shù)要求

搖床床面上鋸齒紋理的加工尺寸，可根據(jù)搖床給礦中目的重礦物的平均粒度來(lái)確定。鋸齒斷面的高度應(yīng)為目的礦物平均粒度的0.6倍～0.7倍，鋸齒斷面越高，輕礦物被搬運(yùn)混進(jìn)重礦物精礦的數(shù)量就越多，鋸齒斷面高度越低，大顆粒重礦物越易發(fā)生滾動(dòng)，減弱搖床對(duì)其向前的搬運(yùn)作用。鋸齒斜面與水平面的夾角θ是影響臨界加速度a臨的一個(gè)關(guān)鍵因素，夾角越大，臨界加速度越大。經(jīng)理論推導(dǎo)分析，夾角θ在12°～16°之間比較合理。而搖床床面上鋸齒紋理的具體參數(shù)還需經(jīng)過(guò)試驗(yàn)和生產(chǎn)實(shí)踐進(jìn)行摸索和優(yōu)化。

在現(xiàn)有機(jī)械加工技術(shù)條件，通過(guò)銑削搖床床面上的鋸齒紋理來(lái)改變床面與礦粒間摩擦力的作用方式，進(jìn)而改善搖床的分選效果，是可行的。但是，如前所述，影響搖床分選效果的因素是多方面的，改善搖床分選效果不能依靠單單調(diào)節(jié)某一個(gè)因素來(lái)實(shí)現(xiàn)，需要多個(gè)條件的緊密配合。相信通過(guò)業(yè)界專家學(xué)者的潛心研究，定能大幅度改觀搖床的分選效果，彌補(bǔ)搖床自身的缺陷，擴(kuò)大搖床的應(yīng)用范圍。