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    破碎作業(yè)在選礦、化工、建材等工業(yè)部門占有重要地位。在選礦廠中，破碎與磨碎作業(yè)的生產(chǎn)費(fèi)用和設(shè)備投資占的比例都比較大。但破碎作業(yè)普遍存在能耗高、破碎效率低等問題。因此，提高破碎效率，降低功耗是多年來破碎技術(shù)研究與產(chǎn)品開發(fā)所要解決的兩個(gè)問題。
1、工程實(shí)例分析
1.1工程背景
    唐山三友礦山公司是以開采堿石和水泥石為主的大型礦山企業(yè)，年開采量300萬噸，其中堿石品位要求CaC0含量在89%以上。而實(shí)際開采過程中將有100萬噸礦體達(dá)不到要求，而被作為廢石排放。針對(duì)此種情況，生產(chǎn)技術(shù)部人員通過對(duì)煉鋼用熔劑灰石市場(chǎng)的調(diào)研，建議上一條750×1060熔劑灰石破碎篩分生產(chǎn)線，對(duì)100萬噸礦石進(jìn)行進(jìn)一步加工。此方案得到上級(jí)部門的認(rèn)可并獲得大力支持。
1.2檢測(cè)與分析
    煤礦是破碎機(jī)采用最廣泛的行業(yè)，露天煤礦的原煤破碎和選煤廠人料的預(yù)處理都離不開破碎設(shè)備。煤炭屬中硬巖石，并具脆性，所采用的破碎設(shè)備包括錘式破碎機(jī)、發(fā)擊式破碎機(jī)、齒輥式破碎機(jī)和選擇性破碎機(jī)。在這些破碎設(shè)備中，齒輥式破碎機(jī)具有制造簡(jiǎn)單，維修方便，成本低，破碎能力高等明顯優(yōu)點(diǎn)，因此使用相當(dāng)廣泛。但是傳統(tǒng)的齒輥式破碎機(jī)技術(shù)水平仍停留在50年代，普遍存在設(shè)備老化，功率消耗大，破碎效率低等缺點(diǎn)，既不能保證產(chǎn)品粒度，又存在粉煤量大的問題。對(duì)傳統(tǒng)的齒輥式破碎機(jī)進(jìn)行技術(shù)改造或研制開發(fā)新型的齒輥式破碎機(jī)，已勢(shì)在必行。
    普通的篩分過程分為分層和透篩兩個(gè)階段，物料分層是完成篩分過程的條件，物料透篩是篩分的目的。物料在篩面上受篩面外力的作用，處于一定的松散狀態(tài)，使每個(gè)物料顆粒都能夠獲得相互位移所必需的能量和空間，以保證細(xì)粒順利透篩。
    在入料水分較大的情況，粒度不同，粗細(xì)混雜的散狀物料進(jìn)入篩面，其中只有一部分顆粒與篩面接觸。而接觸篩面的這部分物料中，又不全是小于篩孔的細(xì)粒，大部分小于篩孔的細(xì)粒分布在料層的各個(gè)部位。但由于物料與篩面做相對(duì)運(yùn)動(dòng)，篩面上的料層被松散，大顆粒本來就存在的粒間孔隙被進(jìn)一步擴(kuò)大，小顆粒就穿過孔隙進(jìn)入到下層。由于小顆粒間隙小，大顆粒不能穿過，因此大顆粒在運(yùn)動(dòng)中位置不斷升高，于是，原來雜亂排列的粒群經(jīng)過一段較長(zhǎng)時(shí)間的析離，即按粒度分層，形成小粒在下，大粒在上的微觀排列。這樣，小于篩孔的細(xì)粒得到透篩，實(shí)現(xiàn)了粗細(xì)粒級(jí)的分離；大于篩孔尺寸的顆粒由于受到篩網(wǎng)的限制，只能留在篩網(wǎng)上面，并隨篩面的振動(dòng)向前運(yùn)動(dòng)。小于篩孔尺寸的細(xì)粒物料則松散透篩成為篩下產(chǎn)品。
2、改革方案
2.1生產(chǎn)工藝的改革與創(chuàng)新
    本系統(tǒng)在工藝和設(shè)備選型上進(jìn)行了大膽的嘗試，采用了德國(guó)OK型板式給料機(jī)，解決了以往給料不均問題；采用塊式篩板式振動(dòng)篩來解決更換篩底頻繁問題；采用PE750×1060鄂式破碎機(jī)配合懸臂吊來解決破碎機(jī)卡礦問題；而且比600×900陲式破碎機(jī)破碎能力強(qiáng)，并且這幾種設(shè)備具有運(yùn)轉(zhuǎn)效率高、故障率低、便于維修和更換、維修成本低等特點(diǎn)。生產(chǎn)過程中，采用了電腦監(jiān)控系統(tǒng)，這不僅改善了工人的工作條件，減少了人員的配置，而且提高了故障監(jiān)測(cè)率，大大提高了生產(chǎn)效率。
    組成方面與普通振動(dòng)篩基本相同，是由篩箱、篩框、篩面、激振器、支承裝置等組成。為有效的消除細(xì)粒煤堵篩孔的現(xiàn)象，故采用較大的振幅。因?yàn)楹Y分工藝參數(shù)的選擇，首先應(yīng)考慮物料篩分規(guī)律的需要。物料在篩分過程中，采用多大的振幅要由試驗(yàn)決定，而不是人為地制定一個(gè)振幅。激振強(qiáng)度，振幅和頻率是相互聯(lián)系的，應(yīng)根據(jù)物料篩分運(yùn)行的規(guī)律選擇一個(gè)振幅的調(diào)節(jié)范圍，在試驗(yàn)中逐步逼近最佳振幅值，而獲得好的篩分效果。
    欲使篩分效率高，處理量大，對(duì)潮濕物料，要強(qiáng)制松散，應(yīng)當(dāng)采用較大振幅和較低的頻率，因?yàn)槲锪系耐负Y需要足夠的時(shí)間和空間，頻率過高，分層不能正常進(jìn)行影響篩分效果。振動(dòng)強(qiáng)度是一個(gè)重要的指標(biāo)。振動(dòng)強(qiáng)度是篩箱運(yùn)動(dòng)的加速度與重力加速度的比值，通常我國(guó)振動(dòng)篩的振動(dòng)強(qiáng)度在3～4.2之間，但對(duì)于潮濕物料來說，這個(gè)振動(dòng)強(qiáng)度就小多了。潮濕物料的篩分需要時(shí)間和空間，物料拋起來產(chǎn)生的慣性力應(yīng)能夠克服潮濕物料與篩面絲的粘結(jié)力。振動(dòng)強(qiáng)度大，使物料回落時(shí)與篩面之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度加快。生產(chǎn)工藝過程見圖1。
2.2建筑結(jié)構(gòu)的改革與創(chuàng)新
    在主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，主要包括三部分：鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，毛石砌體結(jié)構(gòu)和鋼結(jié)構(gòu)。為保證工程質(zhì)量，配合生產(chǎn)工藝及設(shè)備的要求，主體結(jié)構(gòu)我們采取了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)；輔助部分采用毛石砌筑，以降低成本；在皮帶廊部分采用鋼結(jié)構(gòu)并在結(jié)構(gòu)受力允許的情況下，利用了大量廢舊鋼材。這樣，不僅加快了施工進(jìn)度，而且在滿足使用功能和結(jié)構(gòu)安全的條件下，降低了成本。
    在破碎機(jī)地上部分基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，充分考慮到設(shè)備的動(dòng)荷載和靜荷載及懸臂吊的扭轉(zhuǎn)力矩，采用了鋼筋混凝土有梁板式平臺(tái)，結(jié)合墻壁式基礎(chǔ)，這樣既能最大程度地承受破碎機(jī)振動(dòng)荷載和懸臂吊扭轉(zhuǎn)力矩，又增強(qiáng)了結(jié)構(gòu)的整體剛度，使操作人員在平臺(tái)上感到安全和舒適。破碎機(jī)自重29.8噸，每小時(shí)破碎能力120—250噸，動(dòng)載變化相當(dāng)大，變化幅度在2倍以上，因此，平臺(tái)必須有足夠剛度和強(qiáng)度，才能滿足要求，為此我們進(jìn)行了結(jié)構(gòu)力學(xué)的嚴(yán)格計(jì)算，對(duì)荷載進(jìn)行了最不利的組合，對(duì)彎矩進(jìn)行了二次分配，以既滿足結(jié)構(gòu)安全，又降低成本。
    對(duì)料倉(cāng)上部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中，考慮到運(yùn)礦汽車的特點(diǎn)（斗高1.8米到2.8米，容量3722運(yùn)礦車為22噸和374運(yùn)礦車為40噸）和料倉(cāng)容量（6米×6米×6米），由于近8～9米的落差，在卸車時(shí)的動(dòng)荷將非常大，再加400噸石料自重，比破碎機(jī)基礎(chǔ)承受的動(dòng)荷要大的多，約達(dá)到172噸到320噸，受力情況還要復(fù)雜。為此，將料倉(cāng)設(shè)計(jì)為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)，有梁底板，并與破碎機(jī)基礎(chǔ)分離，以減少對(duì)破碎機(jī)基礎(chǔ)的影響。
    結(jié)構(gòu)地下基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，采用無梁片筏基礎(chǔ)，這種基礎(chǔ)更能適應(yīng)這種基底面積小承受荷載較大的結(jié)構(gòu)形式，同時(shí)，能夠較好的提高地基土的承載力，增強(qiáng)基礎(chǔ)的整體剛度，調(diào)整不均勻沉降。而且設(shè)計(jì)中，為防止破碎機(jī)基礎(chǔ)與料倉(cāng)基礎(chǔ)間的相互影響和不均勻沉降，基礎(chǔ)采用了分離式結(jié)構(gòu)，并利用自然地勢(shì)的高差，將基礎(chǔ)分為兩部分，即破碎機(jī)基礎(chǔ)和料倉(cāng)基礎(chǔ)，高差4.5米，這樣既保證了結(jié)構(gòu)的安全，又減少了鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)和土方的開挖，降低了工程造價(jià)。
    重型板式給料機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，考慮到動(dòng)載不是很大，靜載為給料機(jī)自重22噸和約8噸重的石料，采用了小截面墻式鋼筋混凝土基礎(chǔ)，以保證結(jié)構(gòu)穩(wěn)定。
    振動(dòng)篩基礎(chǔ)設(shè)計(jì)中，考慮到篩的彈性振動(dòng)特點(diǎn)及篩的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)——四腳集中荷載，采用了鋼柱支撐四腳的方案。鋼結(jié)構(gòu)的延性更能很好的適用于振動(dòng)篩的工作特性。而且使施工既方便又快捷。加快施工進(jìn)度。
    在四條皮帶架及平臺(tái)設(shè)計(jì)中，全部采用鋼結(jié)構(gòu)，小角鋼支撐，巧妙地利用了桁架結(jié)構(gòu)原理，使結(jié)構(gòu)受力更為合理，同時(shí)節(jié)約了鋼材。
3、結(jié)論
    通過對(duì)現(xiàn)有生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝的改造，以及相應(yīng)建筑結(jié)構(gòu)的配套改造和建設(shè)，本套設(shè)計(jì)方案中比以往破碎篩分系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，無論是設(shè)備選型，還是主體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，都大膽地進(jìn)行了技術(shù)改造與革新，而且，經(jīng)過兩年多的運(yùn)轉(zhuǎn)，情況良好，非常適合煤炭破碎作業(yè)。此項(xiàng)目成為礦山的又一經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)點(diǎn)，贏得年利潤(rùn)200萬元，為礦山的發(fā)展做出了貢獻(xiàn)。本文針對(duì)礦山企業(yè)的實(shí)際問題，對(duì)生產(chǎn)工藝創(chuàng)新與建筑結(jié)構(gòu)改革的有機(jī)結(jié)合進(jìn)行了探索，對(duì)解決企業(yè)浪費(fèi)問題，節(jié)約國(guó)家資源提出了具體建議，對(duì)類似的工程實(shí)際問題具有一定的參考價(jià)值。