矿山用圆筒仓放矿斗门开关异常原因分析

张 建，尹 力，林震源，陈 勇，陶雪宏

（1.安徽马钢矿业资源集团南山矿业有限公司高村铁矿，安徽马鞍山 243000；2.安徽马钢矿业资源集团矿山科技服务有限公司；安徽马鞍山 243000）

0 引言

矿山作业有很大一部分任务量体现在矿石原料、矿粉等运输作业上，传统的运输人力资源消耗严重而且效率低下，现在矿山往往采用的是自动化的运输线。矿石经过放炮初步炸碎后，再经一次粉碎得到粒径5 mm 左右的矿渣，这些矿渣由传送带运送投入到圆筒仓中，再由圆筒仓下方的放矿斗进行二次分配，放矿斗（图1）。

图1 放矿斗

放矿斗的作用是根据需求定量二次分配矿渣，矿渣的二次分配是由放矿斗的斗门开关所控制。对于放矿斗的研究有很多，王晓芳[1]等人研发一种振动放矿机U 形放矿斗，其优点在于能够清除底板粘结堆积，消除矿石组拱。段海城[2]等人改进一种振动放矿漏斗，极大提高了作业安全性，并且出矿效率提高11%～27%。杨文龙[3]等人利用深度相机提供一种矿斗载矿量的测量方法，这种非接触式的测量方法能规避许多接触式测量方法的弊端。胡双凤[4]就矿斗溜板磨损问题采用覆盖矿石法减小冲击，延长溜板使用寿命。以上关于放矿斗的改进都是针对安全性或者效率的提高，也有一些研究致力于解决放矿斗工作异常问题，例如张遂平[5]针对鹤林公司放矿闸门在地下矿仓有矿时，闸门开、关出现异常，必须通过人工手段才能控制其开、合的问题提出加大驱动装置驱动力和优化扇门结构的解决方案。马钢高村铁矿的圆筒仓出现斗门偶然性自动开门的故障，这给控制出料量和后续清理工作都带来很大难度。对于斗门的故障有不少研究，但是这种故障却鲜有报道，因此研究并解决这一种故障对指导生产作业、提高生产效率有显著的意义。

1 故障排查思路

开合式斗门广泛用于矿山和码头卸料装置上[6]，能够导致放矿斗斗门偶然性开门的原因有很多，主要包括斗门和气缸杆连接出现松动、气缸缸体发生塑性变形、气动控制阀故障[7]、气缸设计压力偏小和气缸窜气等。其中连接松动、气缸缸体变形因素和气动控制阀故障都已经通过检修排除。如果气缸设计压力偏小，可能会出现这种情况：在静态下能够保持不开门，但是在圆筒仓内持续加料的过程中因为矿渣下落带来的冲击会使斗门受力呈一定波动，在受力的波峰处超过气缸最大设计压力，导致斗门打开，该情况也可以解释斗门故障的偶然性。程控阀气缸窜气往往需要采用DCS 曲线判断法或者现场判断法[8]，而因车间不具备DCS 曲线法条件且不适用现场判断法的典型症状，因此判断是否是气缸窜气难度较大。目前可能性较高的只有气缸设计压力过小和气缸窜气两种因素，因此决定采用排除法，通过验证是否是气缸设计压力过小导致的故障。

2 有限元模拟及结果分析

采用SolidWorks 对圆筒仓和放矿斗建模，对实际形状作合理简化，并采用SolidWorks 自带的SimuLation 模块进行有限元模拟。加载和约束条件为：在圆筒仓内部填充密度为1580 kg/m3的矿渣，靠自身重力下压，圆筒仓底部和斗门开关控制杆固定约束。有限元分析得到的模拟结果如图2 所示。

图2 模拟结果

从结果可以看出来，在保证矿渣不泄漏的情况下，开、关门控制杆上最大压强3.4 MPa，杆直径33 mm，按照压强上限来折合，根据式（1）可得，受力为2907 N。气缸压室直径160 mm，设计压强0.8 MPa，同样根据式（1），受力为16 077 N。可见气缸提供的力远大于斗门关紧所需的力，即使考虑到进料时的冲击和振动因素，气缸提供的力也是足够的。因此可以排除气缸设计压力不足导致故障的可能。

其中，F 为力，单位为N；S 为受力面积，单位为mm2；P 为压强，单位为MPa。

3 结束语

经过一系列排查，最后认定是由于气缸窜气导致的偶然性故障，气缸窜气的原因有很多，例如控制阀开关频率高导致密封件磨损、活塞环质量不良[9]或者O 形密封圈老化等，O 形圈是一种硫化成型的圆形密封零件，其老化很难避免[10]。高村铁矿的该设备工作量极大，频繁的更换零件会带来许多效率上的损失。为了避免气缸窜气，减少维修频率，从而提升使用效率，高村铁矿决定将气缸更换为故障率较低的液压油缸。油缸相比于气缸而言没有传动空隙、运作平稳、安全性和可靠性高，而气缸虽然安装简单，但是其缸体往往都是铸造成形[11]，运作之中可能会发生变形导致损坏，并且容易操作不当产生故障，容错率没有油缸高。目前高村铁矿更换液压油缸之后已经运行数月，运行状态良好，完全解决原先的偶然性开门故障，从实践上证明该解决方案的可行性。