0 前言

贵溪冶炼厂选矿二期扩建工程一台ƒ18m中心传动浓密机在试车运行阶段, 出现了传动蜗轮箱崩裂、主轴变形扭曲的事故。经仔细分析, 发现造成浓密机事故的主要原因有以下几方面:设计机械强度不足, 传动电机功率过大; 过载保护装置动作不灵, 无自动升、降耙装置; 另外蜗轮箱有铸造缺陷, 从蜗轮箱的断面发现箱体厚薄不均, 零件图上要求箱体厚度为20mm, 实际厚度仅为10~15mm, 未达到设计厚度, 且从断面看有明显的夹渣现象。浓密机是脱水系统的主要设备, 其运行正常与否对生产影响很大, 根据历年来的生产经验, 浓密机主要故障有压耙、主轴扭断、变形及一些零部件破坏等。造成浓密机压耙的原因主要是工艺操作不当, 操作中应注意保持物料进出平衡, 保证浓密机排矿浓度及底部排浆泵的运行正常, 排矿斗堵塞时必须及时清理, 随时注意浓密机排矿浓度, 并保证过滤机的正常过滤。浓密机零部件出现破坏的主要原因是设计不当造成, 如设备的机械强度不足, 过载保护装置失灵等。该厂的这台ƒ18m中心传动浓密机经事后向厂家了解, 原设计圆周传动电机功率为3.6kW, 但厂家为了保险起见, 将电机功率放大到5.5kW, 甚至有的应用户要求放大到7.5kW, 造成浓密机的机械强度不足。该浓密机的过载保护装置无自动提、降耙功能且负荷指示不准, 这样当浓密机过负荷时未能及时提耙以致浓密机发生事故。为了解决这个问题, 对浓密机的机械强度进行了重新核算, 并设计了浓密机自动提、降耙装置。

1 机械强度校核

浓密机采用减速电动机、蜗轮传动, 其技术参数见表 1。

电动机到主轴扭矩^[1]为:

主轴与蜗轮采用对称平键传递扭矩, 如图 1所示。

其抗扭剖面模数^[1]为:

剖面上的扭转剪应力为:

考虑到主轴所受的主要是扭转剪应力, 安全系数为:

查手册, 轴的许用扭转剪应力为:

从以上计算可以看出, 主轴所受的扭转力矩大大超过其许用扭转剪应力, 因此浓密机过负荷时极有可能造成主轴扭曲变形甚至扭断主轴的事故, 为了解决这个问题, 通过重新验算, 最终确定将浓密机主轴电机功率改为4kW, 以防止浓密机过负荷时出现零件破坏的事故。

2 过载保护装置的设计

浓密机在生产过程中不可避免出现因操作不当或工艺流程不通畅, 以致物料进出不平衡造成浓密机过负荷, 如果浓密机有一套动作灵活、反应准确的过负荷保护装置, 当浓密机过负荷时能及时提耙卸载, 就能保护浓密机不损坏。针对这台浓密机的实际情况, 设计了浓密机过载保护装置。

2.1 过载保护装置的机械原理

如图 2所示, 浓密机圆周传动蜗杆支承在弹簧座5上, 当浓密机负荷上升, 蜗杆上所受的压力增大, 蜗杆沿轴向移动, 压缩弹簧, 弹簧座5向右移动, 推动扇形齿轮1转动, 带动齿轮2转动, 齿轮2上固定一塑料板, 上面装有3个不同倾角的水银开关, 浓密机负荷不同时, 蜗杆受力不同, 弹簧压缩长度相应变化, 使3个水银开关处于不同的状态, LS₁控制提升电动机降耙, LS₂控制提升电动机提耙, LS₃控制主传动电机跳闸。

2.2 过载保护装置的电气原理

如图 3所示, 浓密机通电运行时, 左边水银开关LS₃处于接通状态, 中间继电器TA₀₃线圈得电, 接触器MCR吸合, 浓密机降耙, 在浓密机提升架上固定了上限、下限行程开关, 当耙架下降到下限, 碰到下限行程开关LS₅, 中间继电器TA₀₅吸合, 停止降耙, 耙架在最下限正常运行。如果浓密机负荷上升, 蜗杆螺旋上所受轴向力增大压缩弹簧, 推动扇形齿轮转动, 使固定着3个水银开关的塑料板随之转动, 到一定角度TA₀₂水银开关LS₃断开, 中间水银开关LS₂接通, 中间继电器TA0₂吸合, 接触器MCF吸合, 开始提耙。如果耙架提升过程中负荷下降, 蜗杆在弹簧作用下复位, LS₂断开, LS₃接通, 耙架重新开始下降。如果耙架提到上限, 碰到上行程开关LS₄, 提升电机停转, 负荷继续上升, 水银开关LS₁接通, 浓密机停机。为了防止耙架下降速度过快, 致使耙架升降过于频繁, 加装了时间继电器TC₀₁, 每隔一定时间接通一次, 定时点动降耙。

3 结语

浓密机是选矿脱水的重要设备, 为了保证其正常运行, 必须注意以下几个方面的内容。

(1) 浓密机部件的设计应当合理, 必须保证有足够的机械强度, 这可通过选用能强化材料机械性能的工艺方法来提高材料的疲劳强度, 从结构设计上降低应力集中的影响, 改用高强度材料或加大轴的剖面尺寸, 对于空心轴还可加大壁厚^[2]。

(2) 由于浓密机主轴、蜗轮箱等部件造价高, 更换检修时间长, 因此过载保护的原则应当是宁可烧电机, 也不能损坏主轴、耙架等, 设计圆周传动电机时不可把电机功率盲目放大。

(3) 浓密机必须有一套动作准确可靠的过负荷保护装置, 当浓密机过负荷时能及时提耙卸载, 这是保证浓密机不被破坏的关键。

(4) 生产操作过程中必须保证进出物料的平衡, 注意观察浓密机电流变化情况, 防止因物料积压造成浓密机过负荷。