大型磨機換襯板機械手研究現(xiàn)狀
發(fā)布時間： 2017/6/2 15:20:55
大型磨機換襯板機械手研究現(xiàn)狀
作為礦石選煉加工的關(guān)鍵設(shè)備，承擔各類礦石粉碎處理的磨機裝備直接影響整個生產(chǎn)循環(huán)的作業(yè)效率和經(jīng)濟運行水平。在國外，從20世紀 60 年代就已著手開發(fā)大型磨機，我國自 20 世紀 80 年代以來在大型銅礦山選廠的設(shè)計中也普遍采用大型磨機。為了不斷提高其工作效率和運營質(zhì)量，除了傳統(tǒng)的磨機設(shè)備自身性能不斷提升以外，越來越多的企業(yè)更加關(guān)注磨機作業(yè)系統(tǒng)在全部生產(chǎn)周期的綜合效能，其中一項重要措施是縮短必要的維修保養(yǎng)時間。因此，延長磨機襯板的使用壽命，襯板大型化成為一種趨勢。但是更換磨機襯板卻耗費了大部分的停機時間。特別是大型磨機，襯板多且重量大，以人工、葫蘆加卷揚的方式已無法適應(yīng)換襯板的需要，要花費很多時間和大量的人力，而且還極不安全。伴隨而來的磨機襯板機械手也應(yīng)運而生，并成為磨機襯板更換維修保養(yǎng)工作中的重要必備設(shè)備。所以，換襯板機械手就成為大型磨機必須配備的輔助設(shè)備。
1 國內(nèi)外換襯板機械手的發(fā)展和應(yīng)用
自 20 世紀 60 年代末美國明尼蘇達州的 PaR 公司開始從事大型磨機換襯板機械手的研究至今，世界上許多國家的有色和黑色金屬礦山選礦廠已經(jīng)實現(xiàn)了磨機換襯板的機械化作業(yè)。美國、前蘇聯(lián)、芬蘭、澳大利亞等國的研究人員在此過程中取得了大量的成果，申報了多項專利，并己開發(fā)生產(chǎn)出了系列產(chǎn)品，以適應(yīng)各種不同類型和規(guī)格的磨機。無論是球磨機、棒磨機，還是自磨機或半自磨機，大多都有相適應(yīng)的不同類型的換襯板機械手為其服務(wù)。而這些設(shè)備也是依磨機類型、筒體直徑和長度、入口直徑的大小、最大的襯板質(zhì)量以及磨機周圍的環(huán)境而專門設(shè)計的。在國外，2001 年換襯板機械手可以滿足磨機的最大筒體直徑達 11.6 m，磨機最大長度 12.2 m，抓吊襯板最大質(zhì)量達 3 636 kg。澳大利亞 RME 公司近期已生產(chǎn)出了抓吊襯板質(zhì)量達4 545 kg 的磨機換襯板機械手 (見圖 1)。目前，美國 PaR 公司和澳大利亞 RME 公司是世界上比較出名的換襯機械手生產(chǎn)公司，生產(chǎn)的換襯板機械手均已形成系列，從抓吊襯板質(zhì)量 1 000～5 000 kg 各種型號均可生產(chǎn)。隨著換襯板機械化的發(fā)展，適應(yīng)中小型磨機的換襯板設(shè)備也日趨完善并得到推廣。美國 PaR 公司在 20 世紀 80 年代研制出的 MLH-130 型換襯板機械手可適用于最小筒體直徑 2.75 m、入口直徑 0.61 m 的磨機，而且，這類機械手的換襯板效率更高。
圖1 應(yīng)用于美國礦山的七軸磨機換襯板機械手
通過換襯板機械化來減少非運轉(zhuǎn)工時取得了明顯效果。早在 1979 年的明尼蘇達礦業(yè)設(shè)備年會上即顯示出，換襯板機械手的使用可使磨機的非運轉(zhuǎn)工時減少 46％，而美國漢納礦業(yè)公司的使用記錄證實這種減少可達 45％ ~ 50％，并減少了勞動力。
在國內(nèi)，換襯板機械化自 20 世紀 80 年代開始起步，現(xiàn)在德興銅礦、永平銅礦等幾家大型露天礦山在引進大型磨機的同時引進了數(shù)臺換襯板機械手。南昌有色冶金設(shè)計研究院在換襯板機械手消化引進工作中取得了成功的經(jīng)驗。20 世紀 80 年代末，他們在消化從美國PaR公司引進的 “MLH-240 磨機換襯板機械手” 的基礎(chǔ)上，設(shè)計出了 XJJ-5 型磨機換襯板機械手。1989 年 4 月在柳州冶金機械廠完成試制，同年在德興銅礦泗洲選廠φ 5.03×4.6 m 磨機上進行了工業(yè)性試驗。 從1989 年4 月～1991 年 1 月共進行了三次換襯板作業(yè)，試驗證明使用換襯板機械手作業(yè)，每班工人可從 25 人減為 15 人，而且節(jié)省了換襯板時間，磨機每減少一天的停機，可增效益 16 萬元。
現(xiàn)代大型換襯板機械手絕大多數(shù)都采用全液壓驅(qū)動，采用液壓和電器控制，動作靈活，安全可靠。它至少能完成八個動作：即橫梁的伸縮、吊臂的同步或順序伸縮、吊臂的變幅 (上下俯仰)、動臂的回轉(zhuǎn)、頭部抓具抓爪機構(gòu)鉤取襯板、使被抓取的襯板回轉(zhuǎn) (轉(zhuǎn)角大小視襯板安裝位置而定)、抓具使襯板在垂直平面內(nèi)轉(zhuǎn)動 (傾斜)、抓具使襯板在橫向平面內(nèi)轉(zhuǎn)動 (傾斜)。
2 換襯板機械手設(shè)備的構(gòu)成及結(jié)構(gòu)特點
典型的換襯板機械手由抓具、吊臂、回轉(zhuǎn)支承臺、支承橫梁、襯板運輸滾道、機座、液壓系統(tǒng)和操縱及控制系統(tǒng)組成，如圖 2 所示。
圖2 換襯板機械手
2.1 抓具
換襯板機械手的抓具是直接抓取襯板的主要工作部件。通常由抓具橫向平面轉(zhuǎn)動機構(gòu)、垂直平面轉(zhuǎn)動機構(gòu)和襯板架三部分組成，它們之間兩兩鉸接，襯板架既能轉(zhuǎn)動又能使抓爪伸縮，且架上有襯板靠模和襯板最大轉(zhuǎn)角限位裝置。當前被認為比較先進的襯板架，是一種靠模環(huán)拉式襯板架，這種襯板架由一個液壓缸帶動它的兩個動作。它的不同之處在于吊鉤通過高強度的鏈環(huán)與液壓缸桿頭固定，液壓缸下端鉸接，環(huán)鏈繞過一個滑輪。當液壓缸活塞全部伸出時，鏈鉤呈自由懸掛狀態(tài)，可以使吊鉤方便地鉤入襯板上的吊環(huán)，而無需吊臂的準確定位，當活塞桿縮回時，襯板被吊起與襯板架相靠緊，液壓缸再進一步收縮時，使襯板向上翻轉(zhuǎn)直至理想的安放位置，架上的一個限位裝置控制襯板的最大翻轉(zhuǎn)角度。當襯板送達并靠緊到最終安裝位置后，吊鉤可慢慢放松并銷上螺栓。抓具上的襯板架可以很方便地更換，以適應(yīng)各種形狀的襯板。因為使用方便，被較多地應(yīng)用在中小型換襯板機械手上。
中型和大型換襯板機械手的抓具至少應(yīng)能完成４個動作，即襯板抓取 (夾持法已很少使用，當前多采用可伸縮銷裝置使銷插入襯板的特制孔中)、襯板翻轉(zhuǎn)、襯板在橫向平面內(nèi) (傾斜) 及在垂直平面內(nèi)的轉(zhuǎn)動。完成上述動作主要有以下幾種驅(qū)動方式：① 襯板縱向和橫向轉(zhuǎn)動機構(gòu)分別用兩個液壓缸驅(qū)動，襯板抓取機構(gòu)用一個雙活塞桿雙向液壓缸驅(qū)動，襯板架翻轉(zhuǎn)用一個液壓缸驅(qū)動；② 襯板縱向和橫向轉(zhuǎn)動機構(gòu)分別用擺動液壓缸驅(qū)動，襯板抓取與翻轉(zhuǎn)驅(qū)動方式同前；③ 襯板縱向轉(zhuǎn)動機構(gòu)的轉(zhuǎn)動以擺動液壓缸驅(qū)動，橫向平面轉(zhuǎn)動機構(gòu)的轉(zhuǎn)動是用液壓馬達驅(qū)動小齒輪沿回轉(zhuǎn)軸承齒圈轉(zhuǎn)動完成，襯板的抓取與翻轉(zhuǎn)驅(qū)動方式同前；④ 襯板的縱向和橫向轉(zhuǎn)動機構(gòu)分別用兩個液壓缸或擺動液壓缸驅(qū)動，襯板抓取和翻轉(zhuǎn)用同一個液壓缸牽動環(huán)鏈的放、收來完成。
2.2 吊臂
吊臂是由一根基本臂，或由幾根相互套裝在一起并分別以液壓缸或液壓缸與鋼絲繩聯(lián)合驅(qū)動的箱形臂桿構(gòu)成。一般由兩節(jié)臂桿或三節(jié)臂桿構(gòu)成，基本臂根部用水平心軸鉸接在回轉(zhuǎn)臺上，在二節(jié)臂或三節(jié)臂的頭部裝有抓具，臂桿的俯仰 (變幅) 由兩個分別鉸支在回轉(zhuǎn)臺和基本臂上的液壓缸驅(qū)動。吊臂既可實現(xiàn)在筒體內(nèi)的俯仰、伸縮，又可在個筒體內(nèi)回轉(zhuǎn)，再配以抓具的轉(zhuǎn)動與翻轉(zhuǎn)動作，可以自如地將襯板抓到磨機內(nèi)的每一個部位進行換襯板工作。吊臂的俯仰角度一般為±30°，回轉(zhuǎn)角度為±360°。
2.3 支承橫梁
支承橫梁是換襯板機械手的重要連接部件，工作時一端與機座相連，另一端通過回轉(zhuǎn)裝置與吊臂相連。支承橫梁也是經(jīng)?？梢圆鹧b的部件，為方便放置和維護，支承橫梁與其上的回轉(zhuǎn)臺、吊臂等一起被吊離機座，需要換襯板或移位其它磨機時又可吊裝在機座上，被支承在機座滾輪上并卡牢后，可以采用隨機座行走、自行行走或人推等方式伸入筒體內(nèi)部。
支承橫梁通常為箱形懸臂式結(jié)構(gòu)，長度較長，其結(jié)構(gòu)尺寸主要受筒口直徑、長度、橫梁與回轉(zhuǎn)臺及吊臂組合在一起的截面尺寸的控制。一般支承橫梁的寬度比高度大得多，長度又比寬度大得多。支承橫梁通過滾輪等支承在機座上，工作時由驅(qū)動裝置 (液壓缸或通過液壓泵驅(qū)動減速箱帶動鏈輪上的鏈條) 驅(qū)動伸入磨機筒體內(nèi)。支承橫梁上放有運送襯板的小車或設(shè)有滾道。
支承橫梁有單根的和兩根相互套裝的２種，套裝橫梁的內(nèi)梁可作伸縮運動，吊臂回轉(zhuǎn)平臺裝在可伸縮支承橫梁上。
2.4 機座及機座類型
機座是整個換襯板機械手的骨架，機械手的各種機構(gòu)均由機座支承，在其上部兩側(cè)還設(shè)有操作走臺，在機座的框架內(nèi)設(shè)有液壓泵站、電器設(shè)備、減速器、電控裝置等。機座在工作時由于橫梁懸臂較長而受到很大的傾翻力矩作用，所以被設(shè)計成有一定的質(zhì)量和較大的外形，并設(shè)有防傾翻拉緊裝置。
機座主要有以下類型：
(1) 吊裝固定式 由吊車吊至工作位置，通過地腳螺栓牢牢固定于地基上。
(2) 地面自行式 自行式機架分為輪胎式和履帶式兩種，如圖 3 所示。輪胎行走機架設(shè)有液壓缸支承的行走輪 (不充氣膠輪) 和液壓馬達驅(qū)動的驅(qū)動輪，由存放地走至工作位置后，液壓缸卸荷放至地面并被固定。
圖3 自行式換襯板機械手機架
(3) 地軌行走式 機構(gòu)與地面行走式相同，只是為了降低摩擦力，行走平穩(wěn)，不破壞地面而加設(shè)軌道，車輪也須用鋼輪。
(4) 梁吊行走式 整個機體懸于軌道梁上，工作時由存放位置取出，并被固定于磨機處。
(5) 外掛固定式 長期固定懸掛于磨機孔口外的上方，用時放下固定牢。
2.5 液壓系統(tǒng)
換襯板機械手液壓系統(tǒng)的組成和控制與汽車吊大體相當，并無特殊之處。
3 換襯板機械手的操作
磨機換襯板機械手的性能度量是基于 “磨機換襯板周期” 概念的基礎(chǔ)上。磨機換襯板周期如下：① 拆除磨損襯板，包括拆除螺母和螺栓；② 清理磨損襯板 (包括磨機內(nèi)外)；③ 裝修新襯板；④ 微調(diào)尺寸和鎖定過程。
此 “周期” 反復(fù)進行，直到磨機襯板完全更換。
使用換襯板機械手對磨機進行換襯板作業(yè)無需卸去筒內(nèi)鋼球，也不必排空礦石，只要礦石和鋼球面低于磨機孔口下沿 300 mm 左右即可作業(yè)。磨機停止運轉(zhuǎn)制動定位，移去給料或排料溜槽，使換襯板機械手吊裝或自行走近工作位置，將機座固牢于地面后，開動支承橫梁進入磨機筒體內(nèi)的工作位置，即可進行換襯板作業(yè)。拆下的舊襯板只需用掛在抓具頭部的鏈鉤吊上小車送出筒外，新襯板用小車推入筒內(nèi)，用抓具鉤牢后翻轉(zhuǎn)一個角度，送達安裝位置再經(jīng)過上下左右調(diào)整角度后將其就位，插入螺栓，在筒體外由工人操縱風動搬手固定。新襯板通常是沿筒體水平線一層層裝換，視襯板尺寸的大小，每換裝約 3～4 層，通過磨機微拖動裝置將筒體轉(zhuǎn)動相應(yīng)角度后制動，換襯板繼續(xù)進行。筒體轉(zhuǎn)動時橫梁不必退出，出于安全考慮，人員必須全部撤出筒體。
磨損襯板更換時，通常采用快速彈力無后坐力錘敲打，如圖 4 所示。實踐表明，無后坐力氣動錘性能可比原來提高 2 倍。
圖4 快速彈力無后坐力氣動錘的應(yīng)用
4 大型磨機雙臂換襯板系統(tǒng)
為進一步提高大型磨機換襯板機械手的作業(yè)效率，RME 研制了雙臂換襯板系統(tǒng)，如圖 5 所示。雙臂換襯板系統(tǒng)是指在同一橫梁上安裝兩個完全獨立操作且彼此臨近的換襯板機構(gòu)。工作中的一側(cè)換襯板機構(gòu)不影響另一機構(gòu)的作業(yè)。例如，當更換襯板時，一個機構(gòu)由于舉升磨損的襯板引起偏轉(zhuǎn)，而不影響以毫米精度置換新襯板的另一機構(gòu)。實踐證明，大型半自動磨機采用 RME 的雙磨機換襯板系統(tǒng)能使更換襯板速度提高一倍。
圖5 雙臂換襯板系統(tǒng)
5 結(jié)語
隨著磨機向大型化方向發(fā)展，機械化換襯板是選礦廠提高生產(chǎn)效率的有效途徑。換襯板機械手將不再是簡陋的選礦設(shè)備輔助作業(yè)機具，而將成為一種重要的高技術(shù)裝備。采用機電液一體化技術(shù)，通過創(chuàng)新設(shè)計開發(fā)的機器人化襯板更換裝備具有廣闊的市場前景。