張瑋 唐金玲 高曉國(guó)
摘要:太平礦業(yè)公司采用普通平板閘門液壓放料裝置時(shí)頻繁出現(xiàn)故障,尤其在冬季發(fā)生故障后倉(cāng)門難以開啟,導(dǎo)致物料不能及時(shí)放出,凍結(jié)在料倉(cāng)中。在參考DEZ-80型平板閘門的基礎(chǔ)上,通過(guò)加大功率、增加自主設(shè)計(jì)的小型液壓站、提高裝置動(dòng)作速度、改變倉(cāng)門結(jié)構(gòu)等,進(jìn)行了多次試驗(yàn),設(shè)計(jì)并實(shí)踐了一種新型的弧形對(duì)開閘門液壓放料裝置?,F(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用表明:該裝置能在惡劣環(huán)境下穩(wěn)定可靠運(yùn)行800?h以上,冬季設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率由89?%提高至98.6?%,車輛滿載率由75?%提高至100?%,減少了運(yùn)輸車輛,可快速更換配件,且僅需每月檢查維護(hù)一次,大大節(jié)省了檢修時(shí)間,值得推廣。
關(guān)鍵詞:破碎系統(tǒng);放料裝置;液壓系統(tǒng);閘門;設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率
中圖分類號(hào):TD45文獻(xiàn)標(biāo)志碼:A開放科學(xué)(資源服務(wù))標(biāo)識(shí)碼(OSID):
文章編號(hào):1001-1277(2021)02-0055-04doi:10.11792/hj20210211
引?言
原礦破碎后的成品料,一般情況下會(huì)被輸送至緩沖礦倉(cāng)或成品料倉(cāng),然后通過(guò)倉(cāng)口的放料裝置,由工程車輛或輸送帶輸送至下一工序或堆浸場(chǎng)。放料裝置閘門開閉頻繁、運(yùn)行環(huán)境惡劣、單位時(shí)間內(nèi)流量大。成品料倉(cāng)的放料是破碎系統(tǒng)最末端的一個(gè)環(huán)節(jié),也是極為重要的一個(gè)環(huán)節(jié),放料裝置是否高效、可靠,對(duì)生產(chǎn)影響極大,一旦發(fā)生故障不能在短時(shí)間內(nèi)解決,特別是在露天堆浸礦山,成品料倉(cāng)就會(huì)滿倉(cāng),導(dǎo)致停產(chǎn)。內(nèi)蒙古太平礦業(yè)有限公司(下稱“太平礦業(yè)公司”)采購(gòu)的普通平板閘門液壓放料裝置時(shí)常發(fā)生故障,尤其在冬季發(fā)生故障后倉(cāng)門難以開啟,導(dǎo)致物料不能及時(shí)放出,凍結(jié)在料倉(cāng)中。因此,亟需對(duì)現(xiàn)有普通平板閘門液壓放料裝置進(jìn)行技術(shù)改造,以達(dá)到安全高效生產(chǎn)的目的。
放料裝置多種多樣,在驅(qū)動(dòng)形式上有液壓式、氣動(dòng)式、絲杠式和電磁式等,在結(jié)構(gòu)上有單開門式、雙開門式和插板式等,需要根據(jù)生產(chǎn)工況的具體要求合理選用、改進(jìn)或重新設(shè)計(jì)。目前各企業(yè)采用的放料倉(cāng)門驅(qū)動(dòng)方式多為氣動(dòng)式和液壓式[1],在同等體積下,液壓裝置能比電氣裝置產(chǎn)生更大的動(dòng)力;在同等功率下,液壓裝置的體積小、質(zhì)量輕,即其功率密度大,結(jié)構(gòu)緊湊且易于實(shí)現(xiàn)過(guò)載保護(hù)。堆浸礦山企業(yè)由于生產(chǎn)量大,作業(yè)環(huán)境惡劣,放料裝置尺寸大,倉(cāng)內(nèi)物料對(duì)倉(cāng)門壓力大,需要較大的驅(qū)動(dòng)力,基本都采用液壓驅(qū)動(dòng)式的放料裝置[2]。這種液壓放料裝置的應(yīng)用是實(shí)現(xiàn)生產(chǎn)過(guò)程自動(dòng)化,提高勞動(dòng)生產(chǎn)率等的重要手段之一,且其正向著小型化、微型化、高度組合化、集成化和模塊化、智能化、工作介質(zhì)多元化發(fā)展。
1?工程背景
太平礦業(yè)公司破碎廠地處高寒偏僻地區(qū),采用三段一閉路破碎工藝,日均破碎礦量5.8萬(wàn)t(濕量),成品料粒度-9?mm占81?%,成品料密度為1.6?t/m3。成品料倉(cāng)進(jìn)礦量2?420?t/h左右,料倉(cāng)高度14??m,容積400?m3,料倉(cāng)放料口位于室外,無(wú)任何保溫設(shè)施,冬季室外溫度低于-22?℃。料倉(cāng)內(nèi)的成品礦通過(guò)倉(cāng)口的放料裝置放至工程運(yùn)輸車運(yùn)走。原有放料裝置為DEZ-80型平板閘門,開閉速度慢,時(shí)??收项l發(fā),尤其在冬季寒冷的環(huán)境下,更不能連續(xù)可靠運(yùn)行,經(jīng)常導(dǎo)致料倉(cāng)滿倉(cāng),緊急停車,嚴(yán)重制約生產(chǎn)。為解決該問(wèn)題,太平礦業(yè)公司重新設(shè)計(jì)制作了一種新型的弧形對(duì)開閘門液壓放料裝置,取得了良好的應(yīng)用效果。
2?液壓放料裝置設(shè)計(jì)及應(yīng)用
弧形對(duì)開閘門液壓放料裝置主要由帶有方形法蘭的倉(cāng)門本體、弧形對(duì)開閘門、液壓推拉桿、液壓站、電氣系統(tǒng)等組成(見圖1)。其中,液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)極為關(guān)鍵,電氣系統(tǒng)較為簡(jiǎn)單。啟動(dòng)后,通過(guò)手柄遠(yuǎn)程控制電液換向閥改變液壓油流向,實(shí)現(xiàn)液壓推拉桿的伸縮,由液壓推拉桿驅(qū)動(dòng)弧形閘門開啟或關(guān)閉,使料倉(cāng)中的物料按要求間歇性放出。
2.1?機(jī)械部分
1)為滿足成品料逐車運(yùn)輸?shù)男?,弧形?duì)開閘門液壓放料裝置采用雙扇弧形對(duì)開閘門,每扇閘門均安裝1根雙作用單活塞桿的液壓油缸作為推拉桿,兩扇閘門同時(shí)開閉,保證較快的開啟速度,最大開度時(shí),橫截面積1?m2,確保物料快速通過(guò)。這種形式的對(duì)開閘門,通過(guò)液壓系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)同步,不同于單液壓缸驅(qū)動(dòng)一扇閘門,另一扇閘門作為從動(dòng)部件,通過(guò)齒輪與主動(dòng)閘門相連接的方式強(qiáng)制同步。
2)放料裝置內(nèi)部靠近弧形閘門處焊接有緩沖板,以改變物料的沖擊角度和速度,減緩對(duì)裝置本體的磨損,內(nèi)部其他部位貼有聚氨酯耐磨板。
2021年第2期/第42卷??機(jī)電與自動(dòng)控制機(jī)電與自動(dòng)控制??黃?金
3)弧形閘門在液壓推拉桿的推拉下,圍繞2個(gè)固定軸運(yùn)動(dòng),實(shí)現(xiàn)開閉,單扇閘門開啟速度150?mm/s,關(guān)閉速度110?mm/s,具備任意位置停止的功能。液壓推拉桿與基座和閘門通過(guò)可靈活轉(zhuǎn)動(dòng)的銷軸連接,該銷軸可以快速拆卸和安裝,在液壓推拉桿發(fā)生故障時(shí),可以在短時(shí)間內(nèi)更換整套備用推拉桿(見圖2)。在極限情況下,液壓推拉桿的最大推力可達(dá)到125?600?N,最大拉力可達(dá)49?600?N。之所以設(shè)計(jì)較大的閘門開閉壓力,是為了滿足料倉(cāng)滿料時(shí)閘門大負(fù)荷的要求,并解決冬季礦料凍結(jié)時(shí)導(dǎo)致的閘門卡滯問(wèn)題。正常使用中,液壓推拉桿的實(shí)際推拉力遠(yuǎn)低于極限值。
4)為保證機(jī)械部分牢固可靠,倉(cāng)門本體、閘門、轉(zhuǎn)軸、方形法蘭、液壓推拉桿基座等部位均進(jìn)行了加強(qiáng)設(shè)計(jì)[3]。方形法蘭上均勻分布32個(gè)直徑30?mm的螺栓孔,通過(guò)螺栓與混凝土料倉(cāng)原有的預(yù)埋件牢固連接。
2.2?液壓部分
1)液壓部分除滿足工況要求外,還應(yīng)具備可靠、易維護(hù)、易排除故障、經(jīng)久耐用等條件。該放料裝置摒棄了通過(guò)驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)正反轉(zhuǎn)來(lái)改變油泵轉(zhuǎn)向,從而改變液壓推拉桿動(dòng)作方向的方案,自主設(shè)計(jì)了一套小型液壓站,通過(guò)電液換向閥改變油液流動(dòng)方向,實(shí)現(xiàn)液壓推拉桿的伸縮,避免了驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)頻繁啟動(dòng)和正反轉(zhuǎn)。液壓站與閘門推拉桿之間通過(guò)高壓軟油管連接,油管兩端均為快速接頭形式,拆裝方便。主要閥組、電動(dòng)機(jī)等部件均安裝在自制油箱的上蓋,便于維護(hù)和檢修,最大額定運(yùn)行壓力16?MPa。主要部件及部分型號(hào)見表1。
2)各主要參數(shù)的核算。液壓推拉桿運(yùn)動(dòng)過(guò)程中受力分析示意圖見圖3。依據(jù)工況可知,液壓推拉桿伸出速度v1=110?mm/s,收回速度v2=150?mm/s,液壓泵選取CBF-E440-ALP齒輪泵,排量40?mL/s,壓力等級(jí)16?MPa。油缸運(yùn)行時(shí)的背壓(p2)約為0.1?MPa,在計(jì)算中可忽略[4]。計(jì)算公式如下:
3)以開啟閘門為例,該液壓放料裝置的液壓系統(tǒng)動(dòng)作(見圖4)如下:
油泵啟動(dòng)時(shí),電液換向閥10處于中位,油泵處于空載狀態(tài)(油泵卸荷),當(dāng)按下控制手柄的開門按鈕時(shí),電磁鐵YA1通電,液壓油經(jīng)過(guò)雙向分流集流閥12,雙向液壓鎖13、14進(jìn)入液壓缸15、16的右腔,使液壓推拉桿退回,拉動(dòng)閘門,此時(shí)閘門開啟,油缸左腔的油液經(jīng)雙向液壓鎖13、14,雙向分流集流閥11后回油箱。在達(dá)到限位或控制手柄按鈕松開時(shí),電液換向閥10回歸中位,系統(tǒng)卸荷,油缸左右2個(gè)腔室內(nèi)的油液由于雙向液壓鎖的作用不流動(dòng),液壓缸在該位置鎖定。該液壓系統(tǒng)可使閘門具備任意大小的開度,以滿足裝車時(shí)的放料工況。系統(tǒng)維修時(shí),可通過(guò)手動(dòng)換向閥4將先導(dǎo)式溢流閥7的外控制口K與油箱接通,實(shí)現(xiàn)卸荷。實(shí)踐中,即使兩扇閘門有不同步的情況發(fā)生,在一個(gè)啟閉周期后,也會(huì)自動(dòng)實(shí)現(xiàn)同步。
2.3?電氣部分
電氣部分除具備換向操作和急停操作的功能外,還具備對(duì)液壓系統(tǒng)的安全保護(hù)功能,在放料裝置油路上安裝有壓力傳感器,當(dāng)超過(guò)指定壓力時(shí)報(bào)警并停機(jī)\[5\]。在弧形閘門關(guān)閉極限位置和開啟極限位置設(shè)置有位置傳感器,檢測(cè)到相應(yīng)信號(hào)后,電液換向閥電磁鐵斷電,電液換向閥回至中位,使油泵處于空載狀態(tài)。自動(dòng)檢測(cè)油箱溫度,適時(shí)開啟油箱加熱器,使液壓油在冬季保持合理的運(yùn)行溫度。電氣部分盡可能做到設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單,沒有復(fù)雜的控制線路,故障率極低。在操作上也極為簡(jiǎn)單,僅有一個(gè)操作手柄,其上布置有啟動(dòng)按鈕、緊急停止按鈕、開門按鈕、關(guān)門按鈕和給工程運(yùn)輸車輛發(fā)信號(hào)的警鈴按鈕5個(gè)按鈕,正常運(yùn)行時(shí),僅需操作開關(guān)門按鈕和警鈴按鈕。操作人員在室內(nèi),通過(guò)監(jiān)控和現(xiàn)場(chǎng)玻璃視窗進(jìn)行操作,作業(yè)環(huán)境較為舒適。
3?應(yīng)用效果及故障處理
弧形對(duì)開閘門液壓放料裝置投入運(yùn)行后,較以往效率大為提高,在工程運(yùn)輸車輛連續(xù)時(shí),成品料倉(cāng)中的料位一直保持在1?m左右的低位。在冬季-22?℃的外部環(huán)境下運(yùn)行依然可靠,故障率低,在連續(xù)800?h的生產(chǎn)作業(yè)中未出現(xiàn)任何故障,更沒有出現(xiàn)閘門凍結(jié)打不開的情況。
投入使用一年后,其中一根液壓推拉桿出現(xiàn)一次動(dòng)作緩慢、時(shí)而不動(dòng)作的故障,經(jīng)檢查為雙向分流集流閥內(nèi)部一端彈簧疲勞斷裂所致。由于該液壓放料裝置在給工程運(yùn)輸車放料時(shí),每輛車至少要?jiǎng)幼?次,液壓閥組長(zhǎng)期頻繁動(dòng)作會(huì)導(dǎo)致內(nèi)部彈簧疲勞斷裂,因此該故障是這個(gè)裝置的易發(fā)故障,在日后的維護(hù)中,務(wù)必要使用質(zhì)量可靠的液壓閥和其他配件。
弧形對(duì)開閘門液壓放料裝置完全滿足了太平礦業(yè)公司破碎生產(chǎn)線每月連續(xù)生產(chǎn)28?d,檢修1~2?d的生產(chǎn)要求,冬季設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率由89?%提升至98.6?%。由于該裝置的雙扇弧形閘門可以開啟任意大小,在實(shí)際操作向工程運(yùn)輸車上放料時(shí),開始時(shí)倉(cāng)門開至最大,快速下料;放料快要結(jié)束時(shí),倉(cāng)門只開較小角度,物料少量、均勻流下;待車廂料滿后關(guān)閉。在不灑料的情況下,保證了工程運(yùn)輸車輛的滿載,車輛滿載率由75?%提高至100?%,成品料工程運(yùn)輸車輛由24輛減少為18輛即可滿足運(yùn)輸要求(相同運(yùn)距下,隨著堆浸場(chǎng)的推移,運(yùn)距改變,車輛數(shù)略有不同)。
弧形對(duì)開閘門液壓放料裝置具備快速更換的要求,時(shí)間緊迫時(shí),可將液壓站與液壓推拉桿間油管的快速接頭斷開,迅速更換備用液壓站或備用液壓推拉桿,全過(guò)程耗時(shí)約15?min,整個(gè)破碎系統(tǒng)不必停車。
4?結(jié)?語(yǔ)
弧形對(duì)開閘門液壓放料裝置主要針對(duì)偏遠(yuǎn)高寒地區(qū)礦山開采大負(fù)荷工況及惡劣使用環(huán)境而設(shè)計(jì),著重考慮了放料閘門開啟和關(guān)閉的推拉力及裝置的可靠性。該裝置提高了設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率和車輛滿載率,能夠滿足礦山的生產(chǎn)要求。這種液壓放料裝置在液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)上,也可以采用1臺(tái)電動(dòng)機(jī)驅(qū)動(dòng)1臺(tái)兩進(jìn)兩出的液壓油泵供給液壓油缸的形式。液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)多種多樣,對(duì)大規(guī)模開采的礦山企業(yè)來(lái)說(shuō),高效率、低故障率、易維護(hù)、穩(wěn)定可靠是主要的設(shè)計(jì)要求。
[參?考?文?獻(xiàn)]
[1]?王積偉,田宏甲,黃誼.液壓與氣壓傳動(dòng)[M].2版.北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2005.
[2]?成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè):?jiǎn)涡斜荆阂簤簜鲃?dòng)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.
[3]?方乘遠(yuǎn).工廠電氣控制技術(shù)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1999.
[4]?李芝.液壓傳動(dòng)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,1998.
[5]?國(guó)家黃金管理局黃金經(jīng)濟(jì)發(fā)展研究中心.黃金礦山實(shí)用技術(shù)薈萃[M].沈陽(yáng):東北工學(xué)院出版社,1993.