24 m濃密機的受力分析與改進

　　在大、中型礦山選礦作業中，24 m濃密機因其結構簡單，維修方便，生產效率高而被廣泛應用。

　　1、存在問題

　　由于該機的使用環境十分惡劣，其工作部分長期浸泡在礦漿中，易被腐蝕，每到大修時，其部分機架和工作刮板都要重新制作更換，而由于設計結構的不對稱，要恢復其設計的動力學平衡卻絕非易事。常見現象是整個機架翻轉，其中心支撐彈子盤一邊受力，導致彈子盤中的滾珠脫落，無法運轉，同時滾珠脫落后隨著礦砂進入砂泵又造成砂泵損壞，產生連鎖反應。恢復調整需要大量的時間、人力和物力，且調整又未必一次能夠成功，嚴重影響生產，造成巨大損失。要解決這個問題，要掌握其動力學平衡原理。

　　(1)結構及工作原理24m濃密機結構如圖1所示。濃密池通常是混凝土建成的鍋狀，邊緣深度約1.5m，中心深度3m左右。池中心是直徑約1m的鋼筋混凝土空心基柱。底部有礦砂導孔，與下面的礦砂泵房相通。池緣設有環狀支承軌道和齒條環。

　　濃密機機架是析架結構，在濃密池中整個濃密機機架靠濃密池中心的鋼筋混凝土基柱和池緣的環形軌道支承。基柱頂端是一彈子轉盤，上盤與機架相連，下盤固定在基柱上，滾子直徑為050mm。當電機驅動齒輪在齒條環上旋轉時，整個機架圍繞混凝土基柱旋轉(圖1中Y軸)。機架底部是一排弧形刮板，機架旋轉時刮板將沉淀下來的礦砂推向池中心，并由安裝在池底的砂泵送出。礦漿不斷向池中補充，不斷沉淀，清水則通過池邊溢出。

　　(2)受力分析經受力分析可以看出，造成中心彈子盤滾子脫落的根源是工作元件刮板所受到來自礦漿的阻力Fi和Fi,相對X軸產生的力矩的差值，ΣFiri+ΣFi,ri,。

　　ri和ri,在機架設計制作安裝到位后就已確定，不能更改。而Fi和Fi,則受到4個方面的影響:①礦漿的濃度和沉淀速度以及處理量或產生能力的大小。在實際生產中，這些因素是不確定的;②刮板的面積，顯然，面積越大所受到的阻力也越大，反之越小;③刮板安裝時相對X軸的偏角的大小。可以看出，偏角越大刮板所受阻力越小，反之越大二④刮板的弧度或彎曲度，其曲率半徑越大則刮板所受阻力越小，反之則越大。

　　刮板的面積、偏角和彎曲度，這3個參數的確定，在濃密機的設計中，計算十分復雜，且還有諸如礦漿性質、生產能力等不確定因素的影響，在此只能作定性分析。在濃密機大修時，由于現場加工制作、焊接等條件限制，要準確確定這些參數更是困難，甚至不太現實。因此，更多的是憑經驗，再參照設計圖紙來進行掌控，這就必然導致上述現象的產生。

　　24 m濃密機的機架采用了非對稱形式，如果不采取調整措施，相對X軸的力矩顯然無法達到平衡。調整措施有二個方面，第一，就是對分布在Y軸兩邊的刮板面積、偏角和彎曲度采用不同的參數。由于分布于Y軸兩邊的兩組力對X軸所形成的力矩方向相反，因而可以通過改變ΣFi和ΣFi,的大小來使這二組力矩趨于平衡，但這種方法控制難度較大，設計計算過于復雜，也不夠精確。第二，就是對濃密機機架在濃密池邊緣環形支承軌道上的支承點N2對X軸的位置進行偏移，這樣凡就相對X軸產生一個反向力矩，從而平衡掉Y軸兩邊刮板對X軸產生的力矩差。但這種方法的局限是，支承點N2相對X軸偏移的距離不可能太大，調整幅度受到限制。因此其平衡力矩的能力也是有限的。

　　由于24 m濃密機機架較長，其總長度達18 m以上，寬度也達2m，高度近3m，而其受力點又都分布在其尺寸的邊緣。受力點離中心轉盤的距離較大，那么機架受力變形是在所難免的。這就要求機架有較強的抗彎、抗扭曲剛度，尤其是機架尾部，基本上是懸臂式的。尾部產生的力矩直接對中心轉盤產生損害，盡管力矩可以達到平衡，但由于機架的扭曲變形，仍然會對中心彈子轉盤造成一定的影響，其結果是造成中心彈子轉盤的磨損不均，縮短中心彈子盤的使用壽命，縮短大修周期。

　　2、改進建議

　　根據以上對24 m濃密機運轉中的受力分析，結合筆者多年使用和檢修經驗，認為通過局部改進是可以改善受力狀況，并延長其使用壽命和大修周期的，從使用的角度看也很有必要。現從2個方面提出如下改進建議:

　　(1)結構改進從以上的分析中我們知道，造成機架翻轉導致滾珠脫落的根源是力矩不平衡，而力矩的不平衡的原因主要是機架的不對稱。因此，如果我們采用對稱結構的機架，其動力學平衡就能得到改善。第一，在垂直面上，機架的自重，由兩點支承變成三點支承，中心轉盤受力必是趨于平衡。第二，改懸臂結構為對稱橋式結構，刮板均衡對稱布置，就可消除其相對X軸產生的力矩差，同時不再受礦漿濃度、沉淀速度等的影響，刮板面積、安裝偏角及彎曲度，只要保持基本一致，就不存在機架翻轉的情況，刮板的制作也趨于簡化。這將大大有利于濃密機的檢修工作，并減少返修率。第三，對稱結構增加刮板數量，這對提高工作效率和生產能力有很大幫助。如果相應增大濃密池的容積，增大礦漿輸送能力，加快礦漿沉淀速度，將會使該機生產能力提高10%一 20%，甚至更高。

　　(2)動力改進24 m濃密機的動力配置實際上非常簡單，一臺小型電動機，一臺減速機，加一個驅動齒輪就組成了該機的驅動系統，投資很少。動力改進主要是滿足兩方面的需要，①配合結構改造。基架作對稱改進以后，刮板數量相應增加，基架所受的阻力也相應增大，水平層面上的阻力矩相應增大，采用原動力系統作單邊驅動，動力可能不足。對稱性地增加一套驅動系統是有必要的，也有利于動力的平衡。②使用中的需要。由于礦山濃密機工作環境十分惡劣，在任何氣候條件下都要24小時不間斷工作，一旦動力出現故障不能運轉，只要幾十分鐘的時間，沉淀的礦砂就會將整個機架壓死，無法轉動，需要將池中全部礦漿排出，并用高壓水沖散沉積的礦砂。這可能要耗費幾天的時間，才能恢復生產，尤其在冬季，員工的勞動強度很大，更重要的是影響整個選礦流程的生產。對稱地增加一套驅動系統就能避免以上情況的發生，確保生產不間斷進行，其效益是巨大的。