底卸式箕斗固定卸载曲轨卸载参数的分析与设计.pdf

2 0 0 3年 2月 第 3 2 卷第 1 期 有色矿山 No n f e r r o u s M i n e s Fe b． ． 2 0 0 3 V0 1 ． 3 2 No ． 1 底卸式箕斗固定卸载 曲轨卸载参数的分析与设计 肖艳 丽，张 志敏 中国有色工程设计研究总院， 北京 1 0 0 0 3 8 【 关键词】底卸式箕斗； 卸载曲轨；侧横向力 【 摘要】 介绍了底卸式箕斗活动卸载直轨和固定卸载曲轨的优缺点， 分析了老式固定卸载曲轨在使用中存在 的阿题， 通过理论分析和数学推导， 提出了在保证箕斗罐道所受侧横向力 不超出允许范围内的条件下， 确定箕 斗爬行速度 和计算曲线半径Rl 、 R2 的方法。 【 中圈分类号】 T D 5 3 1 ． 2 【 文献标识码】A【 文章编号】1 0 0 2 ． 8 9 5 1 2 0 0 3 0 1 ． 0 0 3 8 ． 0 4 Ana l y s i s a n d d e s i g n f o r t h e s o l i d d u mp t r a c k o f b o t t o m d u mpi n g s ki p xI AO Ya n - l i ，Z HANG Z h i mi n C h i n a No n f e r r o u s E n g i n e e r i n g a n d R e s e a r c h I n s t i t u t e ，B e i j i n g 1 0 0 0 3 8 ，Ch i na Ke y wo r ds b o t t om du mp i n g s k i p；d u mp t r a c k；s i d e - c r o s s f o r c e Ab s t r a c t Th i s p a p e r i n t r o d u c e d t h e a d v a n t a g e s a n d d i s a d v a n t a g es o f mo v e a b l e and s o l i d d u mp t r a c k s ，and t h e d e f ect o f o l d t r a c k a r e a n a l y s e d ．By an a l y s i s a n d ma t h e ma t i c s d e d u c i ng ，t h e me t h o d to d e c i d e c r e e p i ng s p e e d an d r a d i u s Rt a n d R2 i s s u g g est e d ，i n t h e mean t i me ，t h e s i d e - c r o s s f o r c e must b e e n s u r ed n o t s u r p a s s i ng t h e p e r mi s s i b i l i t y ． 1 概述 底卸式箕斗 以下简称箕斗 的优 点是 结构简 单， 重量轻， 装、 卸载时间短而可靠， 对粘性物料也能 顺利卸载。而且， 在箕斗开始提升和卸载阶段。 提升 钢丝绳所受载荷变化不大。不会因箕斗卸载造成钢 丝绳在卷筒上打滑。因此。 底卸式箕斗广泛用于矿 山竖井摩擦式提升。 目前。 国内金属矿 山竖井箕斗 提升系统大部分都采用底卸式箕斗。 底卸式箕斗的卸载装置。 其结构形式主要有两 种 活动卸载直轨和固定卸载曲轨。 采用活动卸载直轨， 卸载高度低。 矿石流对溜槽 的冲击较小， 溜槽磨损慢。但 活动卸载直轨 的缺点 为 设备安装和施工不方便， 卸载过程的控制较为复 【 收稿日期】2 0 0 2 ． 1 1 1 5 【 作者筒介】肖艳丽 1 9 6 9一 。 女。 辽宁辽阳县人。 工程 师， 从事矿山机械设计工作 。 杂， 管理难度大。而且。 就 目前现场使用情况来看， 动力源无论采用压缩空气还是液压驱动， 都不太理 想 ； 采用气动需设专用压缩空气管路， 且其输送线路 又往往很长， 管路泄漏的情况时有发生， 压缩空气的 压力也不稳定 ； 如果采用液 压驱动， 需 自配液压站。 卸载过程的控制同样较为繁琐 。 固定卸载 曲轨的卸载方式为 箕斗在进入卸载 曲轨前， 先减速到预先设定的爬行速度 V v 值 同卸载直轨的速度 ， 并以此速度 V 爬行 ， 匀速进 入曲轨。箕 斗在 继续 上行 的同时。 曲轨 的弧形 段 A B C拉动斗箱底部使其倾斜， 斗底逐渐打开并开始 卸载 见图 1和图 2 。待斗箱达到最大倾斜位置 C 点后， 箕斗停止运行， 并保持其最大卸载状态直至卸 矿完毕。然后 空箕斗下放。 卸载轮沿 曲轨 C B A 运 动， 关闭斗底并使箕斗复 位， 从而 完成 一次卸载任 务。这种曲轨的优点是 ①不需动力源 ； ② 曲轨结构 简单， 制作方便 ； ③除进入 曲轨时须适当控制其爬行 速度外， 不需要采取其它控制措施。其缺点是 箕斗 维普资讯 第 1期 肖艳丽等 底卸式箕斗固定卸载曲轨卸载参数的分析与设计 3 9 的总卸载高度较活动卸载直轨高 高 1 ～1 ． 5 m ， 因 而矿石流对溜槽的冲击较大， 溜槽较易磨损。 在我国， 使用 最早 的 固定卸 载 曲轨是 由瑞 典 A B B公司引进的， 现用于凤凰 山铜矿。为了叙述方 便， 本文称其为 A型固定曲轨， 具体形式见图 1 。 9 0年代 初， 金 川 二 矿 区西 主 井 引进 了 德 国 G HH公司的提升机以及箕斗、 卸载曲轨等全套提升 设施。其卸载曲轨的形式与 A型曲轨有很大差别， 曲轨的基本形式见图 2中的固定曲轨， 这种 曲轨短， 便于安装， 深受用户的欢迎。 ≈ 前 图 1 A型固定曲轨 图 2 新式 固定 曲轨 设计 A型固定曲轨的卸载参数， 经验公式为 R1 R2 0 ． 7 5 L， 0 ． 3 ～0 ． 5 m／ s 1 式中 L 斗箱基线长度。 经过理论分析发现， 公式 1 取值太保守。在经 济合理 、 技术可靠的前提 下， 应使 R】 、 R2 尽可能地 减小， 降低卸载高度 ．I l 减少溜槽磨损， 延长溜槽 的使用寿命。为此对箕斗卸载时的工况进行受力分 析， 提出了更为经济合理的 R1 、 R2 、 V 计算公式。 2 侧横 向冲击力 F 口与爬行速度 及曲轨卸载段半径 R1 、 R2 的关系 ’ 在 斗箱卸 载过程 中， 斗 箱所 受的横 向冲击 力 F 最终传到罐道上， 而罐道承受的冲击能力是受罐 道本身的强度以及井梁强度制 约的。所以， 在设计 过程 中必须采取措施确保罐道所受的侧横向冲击力 与斗框所受侧横向冲击力大小相等， 方向相反 在其允许的范围内。 箕斗进入曲轨卸载段， 由于其爬行速度很慢， 侧 横 向力 近似等 于罐道所 受的侧横向静力 F 抽和 侧横向冲击力 之和， 即 F 拓 。 提升时罐道所允许的侧横向力 与提升速度 v及钢丝绳最大终端载荷 G有关， 目前国内井建专 业关于罐道及井梁所受的侧横 向力 的设计规范 见表 1 。 表 1 簟道及井梁所受的侧横向力 的设计规范 一 般来说， 箕斗进入曲轨卸载段时， 罐道所受的 侧横 向力 需满足表 1的要求， 但是， 如果设计 出 的固定曲轨卸载段太长， 势必增加井架或者井塔 的 高度， 同时造成箕斗 爬行时 间长， 导致提升时 间延 长， 很 不经济。因此， 应适 当减 小曲轨卸载段半径 R1 、 R2 ， 以缩短曲轨卸载高度。 在斗箱卸载过程中， 是随着斗箱载重和斗箱 导轮在曲轨中位置的变化， 曲轨卸载段的半径 R】 、 R2 的大小， 及斗箱 在固定 曲轨卸载段 的爬行速 度 的变化而变化， 即 f Q， L， R1 ， R2 ， v p o 为了使问题简化， 先分析 A B弧段斗箱所受 的侧横 向冲击力 t ， t 与斗箱 的水平方 向的分速 度 的关系式为 广t l t Ld tJ 2 J 0 式中 J 斗箱的转动惯量； L 斗箱基线长度； ∞斗箱转动角速度。 斗箱导轮进入曲轨后的圆周速度 v 分解为水 平方向 和竖直方向 近似等于爬行速度 ， 其在 A B和B C弧段的速度分解图见图 3 。 一R2 a 斗箱导轮进入 曲轨 AB b 斗箱导轮进入曲轨 BC 弧段的圆周 速度分解 图 弧段的圆周速度分解 图 图 3 斗箱在卸载段的速度分解图 维普资讯 有色矿 山 2 0 0 3年 第 3 2卷 经过推导发现。 导轮在 A B和 B C 弧段所受的 冲击力 t 的表达式是一样的。 由公式 2 可知 3 式中 平均冲击力； f 水平速度由 0变化到 所需的时间。 而 由图 3可知 f f R S i n 口 ／ f t g a 则由此推导出 r y 2 F c ‘ r p 4 斗箱在刚开始卸矿时， 放矿 口尚未打开， 此时斗 箱载重可视 为满载。 由公式 4 可知， 随着 a的增 大， 冲击力 逐渐增大 ； 同时， 随着 a的增大， 箕斗 斗箱逐渐打开， 斗箱内的矿石逐渐减少， 斗箱的转动 惯量 J逐渐减小。综合考虑 a和J两个 因素， 如果 在爬行速度 v 不变 的情况下， 罐道 在箕斗刚开始 卸载位置所受的冲击力 最大。而影响此卸载位 置的冲击力 的主要 因素是 和 R。从 减小卸 载高度 h k p 方面考虑， 无疑 R越 小越好 ； 但从公 式 4 可知 R 越小， 斗箱所 受的冲击力 却越大。 所以， 必须综合考虑卸载高度 b和斗箱所受的冲 击力 这两个因素， 使 V ； ／ R的比值限制在一定 范围内 即限制冲击力 ， 使其在允许的范围内 ， 从而保证罐道所受的侧横向力 和卸载高度 b都 保持在常规工程设计所允许的范 围内。 如果按照表 1的设计规范设计罐道和井梁。 则 固定曲轨的设计， 传统上是按照公式 1 取值。这个 规定是多年的实践经验 总结 出来的， 同样是为 了将 侧横向力 ， 即 V ／ R的比值限制在一定范围内。 即 V ／ R 0 ． 3 ～0 ． 5 ／ [ 0 ． 7 5 ～1 L] 0 ． 0 9 ～0 ． 3 3 ／ L 5 然而在设计中发现， 公式 1 对于小箕斗而言尚 可， 而 目前底 卸式箕斗的容 积最大 已达 1 7 m3 。 因 此， 对大容积箕斗而言， 公式 1 有待完善、 修改和提 高， 以充分发挥固定卸载曲轨优势。 例如 某 1 1 ． 5 m 底卸式箕斗， L6 2 8 2 mm， L I 8 6 8 mm 如果按公式 1 设计， 则 R1 R2 0 ． 7 5 ～1 L4 7 1 2 ～6 2 8 2 mm 口 1 a r c c o s [ 1 一LI ／ R1 R2 ] 2 4 ． 7 8 。 ～2 1 ． 4 2 。 若取 R1 R2 ， 则 h k p R1 R2 s i n a3 9 5 0 ～4 5 8 9 mm 显然， 按公式 1 设计 出的曲轨 b太长。 因此， 对于大箕斗， 应综合考虑 V 和R这两个 因素， 即 先确定箕斗卸载时的爬行速度 ， 然后按 公式 5 计算曲轨卸载段的圆弧半径 Rl 和 R2 。 仍 以 1 1 ． 5 m3底 卸 式 箕 斗 为 例 已 知 L 6 ． 2 8 2 m。 钢绳最大终端载荷 G4 9 ． 6 t ， 提升速度 V 1 0 ． 0 4 8 m／ s ， 取曲轨的爬行速度 0 ． 3 3 m／ s ， 由 公式 5 得 R V ／ o ． 0 9 ～0 ． 5 0 ． 3 3 6 ． 2 8 2 ／ O ． 0 9 ～0 ． 3 3 7． 6 01～ 2． 0 73 m 由图 2可知 f R1 R 2 s i n a 幼一h ，、 I R 1 R 2 1 一 c 。 s 口 L I 【 6 ， 其 中 L I L s i n a is i n o △ 6 ． 2 8 2 s i n l 3 ． 9 3 6 。 一s i n 5 ． 9 3 9 。 0 ． 0 0 5 0 ． 8 6 8 m 式中 △曲轨导向槽宽 b与斗箱卸载导轮直径 d之差的一半， △ bd ／ 2 0 ． 1 8 00 ． 1 7 0 ／ 2 0． 00 5 m ； 1 在卸载最终位置 时， 箕斗基线 卸载滚 轮中心与斗箱回转轴 中心的连线 与斗框中心线的 夹角， 9 1 1 3 ． 9 3 6 。 ； o 在未卸载时， 箕斗基线与斗框中心线 的 夹角， 9 o 5 ． 9 3 9 。 ； 卸载导向段长度， h 0 ． 8 m。 取 a 1 4 0 。 ， 将其代入公式 6 得 f R1 R2 L , ／ 1 一c 0 s 口 3 7 1 0 mm I bL I s i n a ／ 1 一o 0 8 口 h 3 1 8 5 mm R1除 了 要 求 满 足 上 式 外， 还 须 满 足 前 面 2 ． 0 7 3 mR1 7 ． 6 0 1 m 的要求， 考虑到箕斗刚开始 卸载段， 罐道受冲击力最大， 取 R1 值稍大一些， R1 2 1 00 mm 。 R2 1 6 1 0 mm 。 经计算， 箕斗满载时转动惯量 J6 4 8 9 6 3 。 箕斗在开始卸载点时， 取 V p0 ． 3 3 m／ s ， 斗框 对罐道的侧横 向力 1 1 1 1 ． 2 X 5 o l 8 5 7 0 3 l ‘ g 箕斗刚达到最终卸载点时， V p - 0 m／ s ， 经计算。 此时斗箱内尚有少量矿石， 斗框对罐道 的侧横向力 2 2 2 1 3 0 5 01 3 0 5 l 【 g 。 维普资讯 第 1期 肖艳丽等 底卸式箕斗固定卸载曲轨卸载参数的分析与设计 4 1 其中 l 为箕斗在开始卸载位置且满载的情况 下斗框对罐道的静横 向力， F 2 为箕斗在最终 卸载 位置斗框对罐道 的静横 向力。 k为附加工况因素系 数。 可见， 在 开始卸 载点， 罐道 所受 的冲击 最 大。 静横 向力很 小； 在最终卸载位置。 罐道 所受 的冲 击 为零， 静横 向力很大 ； 由前 面计算可 见 1 3 0 5 k g 在最终卸载位置 ， 相 当于钢丝绳最大终 端载荷 G 的 1 ／ 3 8 。 可见， 罐道所受的最大侧横 向力 的位置或 在开始卸载点。 或在最终卸载位置。 1 如果爬行速度 V 很大， 则罐道在开始卸载 点所受的冲击 对罐道受力影响会很大 ； 同时， 由 于爬行速度快。 待斗箱到达最终卸载位置。 很可能还 有很大一部分矿石没有卸完。 造成罐道 所受的侧横 向力 F 显著增大。 2 如果爬行速度 V 较 小， 则罐道在开始卸载 点所受的冲击 对罐道受力 影响会很 小， 罐道所 受的最大侧横 向力 的位置， 主要 取决于静负 荷， 此位置在最终卸载位置。但是 爬行速 度 v 太 慢， 对尽快完成提升任务是不利的。 由前面的计算可见， 1 1 ． 5 m3 箕斗的固定卸载曲 轨， 一 1 3 0 5 k g ≈G／ 3 8 G／ 2 4 ， 此 曲轨 的设计 是合理的。 然而， 与国外在这方面的设计规范相 比。 表 1的 规范也很保守。德国相应的标准为 G／ I O ， 可 见他们的设计规范相对较为宽松。 为此。 做了一个 比较。 将前面提到的 1 1 ． 5 m3箕 斗的爬行速度提高到 0 ． 5 m／ s 如果按照公式 5 ， 这 是不合理 的 。即箕 斗在开 始卸 载点 时， 取 V 0 ． 5 m／ s 。 斗框对罐道的侧横向力 l k 1 F 1 1 ． 2 X 5 0 1 1 9 5 8 3 5 k g 箕斗在最终卸载点时， v p 0 m／ s ， 斗框对罐道 的侧横 向力 F x 2 F i x 2 F c z 2 1 9 2 3 0 1 9 2 3 k g ， F 一 1 9 0 5 k g G／ 2 6 G／ 2 4 ， 此曲轨的设计。 仍在国内允许的设计规范内。 在实际使用时， 箕斗爬行速度 也是 0 ． 5 m ／ s ， 并没有发生任何问题 。 3 结论 我国的设计规范有待与国际上先进的设计方法 接轨， 公式 1 的参数很保守， 应按公式 5 综合考虑 卸载段的曲轨半径 RI 、 R2 值和 这三个因素， 按 公式 7 计算 V j ／ R 0 ． 2 1 --0 ． 7 6 ／ L 7 用公式 7 设计的固定曲轨。 在满足罐道受力的 前提下， 卸载高度低， 缩短了爬行时间， 既增加了 日 提升量。 又延长了溜槽的使用寿命。 [ 参考文献】 【 1 】 金属矿山采矿设备设计【 M】 ． 北京 冶金工业出版社， 1 97 7． 谦比西铜矿建设进展顺利 中色建设集团有限公司所属赞 比亚谦 比西铜矿的建设和生产进展顺利。谦比西铜矿是赞比亚一刚果铜 矿带上的一个典型的沉积型铜矿床， 已经探明的铜储量达 5 0 1万 t ， 平均铜 品位为 2 ． 1 9 ％。该矿是中国在海 外开发建设的第一个有色金属矿。中色建设集团和赞比亚联合铜矿公司于 1 9 9 8年 6月签署协议， 合资组建 中色建设非洲矿业公司， 中方控股 8 5 9 6 。该公司于 1 9 9 8年 9月接管谦比西铜矿的全部资产， 并于 2 0 0 0年 7 月正式开工建设。 在近 2 0 0名中方管理、 技术人员和 1 0 0 0多名赞 比亚工人的努力下， 铜矿累计完成井巷掘进量 2 9万 m3 。 占设计掘进总量的 6 7 ％， 建成了 日处理能力为 6 5 0 0 t 的选矿厂， 并成功进行了从采矿到选矿的试 生产。至 2 0 0 3年 1月底， 谦比西铜矿共开采矿石 4 ． 9万 t ， 选矿厂处理矿石 3 ． 9万 t ， 产出铜精矿 1 6 8 3 t 。 精矿品位达到 43％ 。 该公司计划在 2 0 0 3年 7月 2 8日， 即铜矿建设开工 3周年之际， 完成井巷掘进任务， 全面建成提升、 排 水、 运输、 供电、 通风等各个系统， 形成井下日采矿 5 0 0 0 t 的能力， 选矿厂达到均衡稳产。在 2 至 3 年内实现 年产铜精矿 1 1 ． 4万 t 的 目标。 维普资讯