李向前 閆洪濤張瀚斗隋顯俊

(1. 鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司東鞍山燒結(jié)廠，遼寧 鞍山 114041；2.鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)有限公司工程設(shè)備保障部，遼寧 鞍山 114000)

0 引言

始建于1958年的某廠，是鞍鋼集團(tuán)礦業(yè)的國(guó)有大型現(xiàn)代化聯(lián)合企業(yè)，也是鞍鋼集團(tuán)公司的主要原料基地之一。其選礦產(chǎn)線現(xiàn)采用兩段連續(xù)磨礦、中礦再磨、重-磁-反浮選工藝流程(見(jiàn)圖1)。

圖1 選礦工藝流程圖

濃縮機(jī)是選礦工藝中常用設(shè)備，其具有工作可靠、經(jīng)營(yíng)費(fèi)用低等特點(diǎn)。某廠現(xiàn)所使用濃縮機(jī)，是1958年建成投入使用，共有53 m型6臺(tái)、30 m型7臺(tái)，為前蘇聯(lián)設(shè)計(jì)或國(guó)產(chǎn)化改型設(shè)計(jì)生產(chǎn)的設(shè)備，屬于NT類型(老型號(hào)為BCN型)濃縮機(jī)。該設(shè)備應(yīng)用于強(qiáng)磁前、浮選前、過(guò)濾前的礦漿濃縮。

某廠所使用的濃縮機(jī)采用主要裝置類型是周邊傳動(dòng)裝置、開(kāi)放式轉(zhuǎn)盤裝置，其具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)件厚重、傳動(dòng)裝置壽命長(zhǎng)等優(yōu)點(diǎn)。但開(kāi)放式裝盤裝置，在近些年高作業(yè)率條件下運(yùn)轉(zhuǎn)也暴露出故障率高、壽命相對(duì)較短的缺點(diǎn)。經(jīng)過(guò)不斷努力、不斷試驗(yàn)，對(duì)其進(jìn)行改型設(shè)計(jì)改造，成功地達(dá)到長(zhǎng)壽命使用需要。本文對(duì)該機(jī)構(gòu)改型設(shè)計(jì)及實(shí)踐應(yīng)用進(jìn)行論述，以供廣大機(jī)械同行應(yīng)用參考。

1 設(shè)備背景

BCN型濃縮機(jī)構(gòu)成見(jiàn)圖2，其中轉(zhuǎn)盤裝置就是需要改進(jìn)部分。

1-給礦部；2-中心筒；3-集電裝置；4-轉(zhuǎn)盤裝置；5-傳動(dòng)架(桁架)；6-排礦部；7-周邊傳動(dòng)裝置；8-溢流部

轉(zhuǎn)盤裝置構(gòu)成見(jiàn)圖3，轉(zhuǎn)盤座為零件，而軸承體為組裝部件。

1-轉(zhuǎn)盤；2-軸承(支承)體；3-轉(zhuǎn)盤座

濃縮機(jī)工作原理是，礦漿經(jīng)給礦部，下落至中心筒，再?gòu)霓D(zhuǎn)盤座底部分散到轉(zhuǎn)盤座四周卸礦口流進(jìn)濃縮機(jī)沉降池中。濃縮后的礦漿沉降池底，在桁架及下部耙齒攪動(dòng)作用下輸送到中心排礦部，并由底流泵輸出。多余清水由周邊池壁的溢流部排出。

轉(zhuǎn)盤裝置作用是，回轉(zhuǎn)、定位、支承桁架進(jìn)行周轉(zhuǎn)運(yùn)行；支承給礦部；連接及固定集電裝置；中心輸送礦漿。

2 存在問(wèn)題

1)結(jié)構(gòu)存在缺陷。軸承體內(nèi)部存在構(gòu)件間相對(duì)運(yùn)動(dòng)，是故障引發(fā)根源，也改進(jìn)轉(zhuǎn)盤裝置的主體。如圖4所示，軸承支承由內(nèi)圈、外圈、滾動(dòng)體組成。內(nèi)外圈由角鋼滾制而成，圓柱滾動(dòng)體裝在內(nèi)外圈之間，存在內(nèi)應(yīng)力，內(nèi)外圈易開(kāi)裂。

圖4 軸承支承實(shí)物

2)故障率高，轉(zhuǎn)盤內(nèi)壁(中心筒側(cè))發(fā)生磨漏后，因無(wú)密封，致使礦漿直接軸承支承體中，造成其損壞。

3)轉(zhuǎn)盤裝置的潤(rùn)滑設(shè)計(jì)不合理。開(kāi)放式潤(rùn)滑結(jié)構(gòu)，雖然給油脂較為方便，但潤(rùn)滑油脂消耗大，易進(jìn)礦漿等雜物，使軸承提前磨損失效。

4)壽命短(為2.5年左右)，且故障維修更換裝置時(shí)，檢修作業(yè)量大。

檢修標(biāo)準(zhǔn)工序如下：

工步01：濃縮機(jī)清礦，倒空，工期48小時(shí)(每工作日24小時(shí)，以下為每工作日12小時(shí))。

工步02：溜槽切割部分拆除并固定、桁架支承拆除并墊起固定、下礦中心筒等給礦部拆除、集電裝置及雨搭拆除。工期12小時(shí)。

工步03：上盤(轉(zhuǎn)盤)、軸承支承、中心花筐拆除、攏礦裙子拆除。工期12小時(shí)。

工步04：檢查更換下盤(轉(zhuǎn)盤座)、中心盤基礎(chǔ)螺栓。工期12小時(shí)。

工步05：安裝中心盤(包括定心、找正、調(diào)整、定位等工步)、下礦中心筒安裝。工期12小時(shí)。

工步06：中心花筐安裝、攏礦裙子安裝。工期12小時(shí)。

工步07：中心支承座安裝、集電裝置安裝。工期12小時(shí)。

工步08：拆除溜槽固定支承、恢復(fù)溜槽、恢復(fù)轉(zhuǎn)盤罩子、雨搭等。工期12小時(shí)。

工步09：試車、調(diào)試。放礦，帶負(fù)荷運(yùn)行。工期12小時(shí)。

轉(zhuǎn)盤裝置的軸承支承更換需要拆除安裝部分給礦溜槽、中心筒、集電裝置、防雨罩、轉(zhuǎn)盤等，整個(gè)過(guò)程需要使用160T氣車吊，又因中心部分作業(yè)面積小，所以作業(yè)危險(xiǎn)性較大，檢修技工勞動(dòng)強(qiáng)度大。工期長(zhǎng)(總工期至少10天)，嚴(yán)重影響生產(chǎn)正常進(jìn)行。

此種裝置已不能滿足現(xiàn)今高效、高作業(yè)率使用要求，故需要采用新技術(shù)提升老設(shè)備技術(shù)性能。

3 改造方案

為解決上述問(wèn)題，對(duì)轉(zhuǎn)盤裝置改造，通過(guò)多次試驗(yàn)，最終定型為本文所述新型轉(zhuǎn)盤裝置。

新型裝盤裝置構(gòu)成見(jiàn)圖5。其中，回轉(zhuǎn)支承4為單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承(軸承)，為標(biāo)準(zhǔn)件。原轉(zhuǎn)盤1和轉(zhuǎn)盤座5在原軸承支承位置，根據(jù)回轉(zhuǎn)支承4各部結(jié)構(gòu)尺寸，加工出與之配合的內(nèi)腔尺寸，并在回轉(zhuǎn)支承4內(nèi)外側(cè)加工出回型密封結(jié)構(gòu)，最后加工出聯(lián)接螺栓孔，以便聯(lián)結(jié)固定本裝置。

1-轉(zhuǎn)盤；2-內(nèi)(定)圈固定螺栓；3-外(動(dòng))圈固定螺栓；4-回轉(zhuǎn)支承；5-轉(zhuǎn)盤座

新型轉(zhuǎn)盤裝置的注油裝置設(shè)計(jì)。因軸承注油口被封閉在轉(zhuǎn)盤裝置內(nèi)，需重新設(shè)計(jì)。新型注油裝置構(gòu)成見(jiàn)圖6。其中，注油器是在外(動(dòng))圈固定螺栓上加工出軸向、徑向油道、螺栓頭部與90°連接彎頭3相聯(lián)結(jié)的螺紋而形成的核心零件。其作用是將油路中潤(rùn)滑油輸送到回轉(zhuǎn)支承配合間隙中，最終實(shí)現(xiàn)潤(rùn)滑。達(dá)到在不拆解轉(zhuǎn)盤裝置的情況下，實(shí)現(xiàn)隨時(shí)隨地對(duì)轉(zhuǎn)盤裝置的回裝支承注油潤(rùn)滑，且全過(guò)程保證回轉(zhuǎn)支承在轉(zhuǎn)盤中的密閉性。

1-連接接頭；2-鋼編油管；3-連接彎頭；4-注油器；5-回轉(zhuǎn)支承外(動(dòng))圈

3.1 軸承參數(shù)確定(以30 m濃縮機(jī)為例)

本著利舊的原則，根據(jù)原裝置尺寸，查回轉(zhuǎn)支承產(chǎn)品說(shuō)明書選010.60.2240型。

3.2 校核強(qiáng)度

3.2.1 確定中心支承所受軸向力Fa、傾覆力矩M

查JB/T 6991-1993 周邊傳動(dòng)式濃縮機(jī)標(biāo)準(zhǔn)及濃縮機(jī)設(shè)計(jì)說(shuō)明書得相關(guān)參數(shù)，見(jiàn)表1。

表1 BCN-30型技術(shù)參數(shù)

3.2.2 確定安全系數(shù)Fs

查回轉(zhuǎn)支承產(chǎn)品說(shuō)明書中“各種應(yīng)用場(chǎng)合懸著回轉(zhuǎn)支承的安全系數(shù)”附表1，根據(jù)濃縮機(jī)實(shí)際工作情況，按工作平臺(tái)(連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn))取Fs=1.10。

因徑向力Fr≤10%Fa，我們采取加大安全系數(shù)，忽略Fr的方法進(jìn)行簡(jiǎn)化計(jì)算。

且結(jié)合某廠實(shí)際生產(chǎn)情況，常帶負(fù)荷停機(jī)，增加系數(shù)5%，即Fs=1.15。

3.2.3 計(jì)算回轉(zhuǎn)支承靜態(tài)參照載荷Fa′、M′

Fa′=Fa×Fs=1 370kN×1.15=1 575.5kN

M′=M×Fs=2 230×1.15=2 564.5kN·m

3.2.4 確定螺栓的計(jì)算載荷

Fa=Fa=1 370kN

ML=M=2 230kN·m

3.2.5 校核強(qiáng)度

按上述計(jì)算結(jié)果，在010.60.2240型回轉(zhuǎn)支承承載能力曲線確定載荷點(diǎn)位，如圖7所示。

圖7 010.60.2240型回轉(zhuǎn)支承承載能力

由圖7可以看出：

1)靜態(tài)載荷點(diǎn)在滾道靜態(tài)承載曲線 ① 下方，因此滿足要求 。

2)螺栓載荷點(diǎn)在8.8 級(jí)螺栓承載曲線下方，因此選擇8.8級(jí)螺栓可以滿足要求。

4 實(shí)施效果及效益

從2012年開(kāi)始陸續(xù)對(duì)13臺(tái)濃縮機(jī)進(jìn)行改造，壽命最長(zhǎng)達(dá)6年，最短的4年。改造實(shí)施了10個(gè)年頭了，完全達(dá)到預(yù)期目的。新型轉(zhuǎn)盤裝置體現(xiàn)以下特點(diǎn)：

1)壽命長(zhǎng)，故障率低，減少檢修次數(shù)。單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承(軸承)具有結(jié)構(gòu)緊湊、重量輕、鋼球與圓弧滾道四點(diǎn)接觸，能同時(shí)承受軸向力、徑向力和傾翻力矩等優(yōu)點(diǎn)。此種軸承密封好，泄露礦漿不易進(jìn)入軸承內(nèi)部。壽命長(zhǎng)達(dá)五年，是原支承使用壽命兩倍多。

2)節(jié)省潤(rùn)滑油脂，減少操作工人維護(hù)工作量。因封閉潤(rùn)滑，配合間隙小，給油脂量小，油脂不易流失。補(bǔ)加油量少(正常情況使用2.5年左右才需要補(bǔ)加油脂)，補(bǔ)加油周期長(zhǎng)。原裝置需要每天補(bǔ)油3 kg左右，新裝置只是在壽命中后期每周補(bǔ)油1次。

實(shí)現(xiàn)效益如下：

改進(jìn)前軸承支承計(jì)劃價(jià)是5.5萬(wàn)元。

改進(jìn)后軸承支承計(jì)劃價(jià)為7.6萬(wàn)元。

轉(zhuǎn)盤、轉(zhuǎn)盤座改動(dòng)不大，前后成本未變，仍各為6萬(wàn)元。

注：備件、材料價(jià)格取于2012年該廠物資系統(tǒng)報(bào)價(jià)。

改進(jìn)后，

年平均節(jié)約備件費(fèi)=((5.5+6+6)萬(wàn)元/2.5年-(7.6+6+6)萬(wàn)元/5年)×13臺(tái)=39.52萬(wàn)元；

年平均節(jié)約油脂=每天給油脂3kg×(7-1)×365天/7天×13臺(tái)×13.6元/kg =16.60萬(wàn)元。

施工費(fèi)走大修費(fèi)(略)。

年直接創(chuàng)效至少56萬(wàn)元以上，改造至今直接創(chuàng)效560萬(wàn)元。

5 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，無(wú)論從改造帶來(lái)直接效益和降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度角度衡量，還是從生產(chǎn)產(chǎn)品的產(chǎn)量、質(zhì)量對(duì)設(shè)備要求來(lái)看，改造都是必要的、可行的。從實(shí)際應(yīng)用效果來(lái)看，也完全實(shí)現(xiàn)改造目的，即長(zhǎng)壽化，降低故障率，減少檢修次數(shù)，節(jié)省潤(rùn)滑油脂等，為提高選礦系統(tǒng)效率，保證全流程生產(chǎn)順行，提供良好地設(shè)備保證。