一種礦石分選機給料系統擋料緩衝裝置的製作方法

2024-04-14 05:19:05

1.本實用新型涉及一種礦石分選機給料系統擋料緩衝裝置。


背景技術：

2.礦石分選機的工作原理為：待分選的礦石顆粒在經過振動給料後通過溜板下落到檢測皮帶上，經過一段距離的穩定時間顆粒與檢測皮帶保持相對靜止並在檢測點位置進行x射線成像，外部電腦在識別成像數據後控制氣排槍對尾礦進行吹氣，使精礦和尾礦分別落於不同的收集倉內。
3.礦石分選機的給料系統是礦石分選機的基礎結構和關鍵組成部分，其主要作用是持續輸送礦石，並讓礦石間隔、穩定地單層通過照射和檢測、分離區域，以保證檢測精度和分離準確率。現有的給料系統包括輸送皮帶、設置在檢測倉內的檢測皮帶和振動篩。輸送皮帶將礦石輸送到振動篩上，振動篩是為了篩去粒徑過小不利於檢測的顆粒，振動篩上符合檢測的標準顆粒通過振動篩的出口進入檢測皮帶，但是由于振動篩一直維持振動，礦石顆粒從振動篩出口落入檢測皮帶時具有較大的動能，礦石顆粒會因速度過大而飛濺到檢測倉各處，從而妨礙檢測效果，因此一般會在振動篩出口處安裝擋料膠皮作為擋料緩衝裝置，擋料膠皮能有效防止顆粒飛濺現象並對通過溜板後的顆粒進行阻擋緩衝減速，有利於顆粒的快速穩定和檢測倉的正常工作，
4.現有的擋料膠皮雖然有效阻擋緩衝了顆粒，但是存在兩個問題：
5.1、現有擋料膠皮通過連接件與振動篩連接，因此振動篩的機械振動會傳導到至擋料膠皮上，擋料膠皮的振動會不斷拍擊膠皮口出的顆粒，產生顆粒回彈，並加劇擋料膠皮的磨損，同時擋料膠皮對礦石的顆粒運動狀態有不利影響；
6.2、擋料膠皮存在顆粒溜縫現象，即部分顆粒的撞擊使得擋料膠皮開口變大，同時顆粒達到減速效果，此時存在粒徑較小的顆粒從膠皮擴大的縫隙中溜出，導致顆粒在檢測皮帶上存在減速顆粒和未受減速的顆粒，礦石速度波動較大降低了給料性能。


技術實現要素：

7.本實用新型解決現有技術的不足而提供一種提高擋料膠皮使用壽命、提高對礦石顆粒的減速效果、保證礦石顆粒平穩進入輸送皮帶的礦石分選機給料系統擋料緩衝裝置。
8.為實現上述目的，本實用新型首先提出了一種礦石分選機給料系統擋料緩衝裝置，包括振動篩、擋料膠皮和檢測皮帶，所述檢測皮帶設置在檢測倉內，所述檢測皮帶的進口處固定有溜板，所述溜板的端部傾斜延伸到振動篩的出口，所述擋料膠皮布設在溜板的正上方，所述擋料膠皮的頂部通過連接件固定在檢測倉的上倉板上、底部自然下垂，所述擋料膠皮的底部與溜板之間設有供礦石顆粒通過的間隙。
9.本實施方式中，所述擋料膠皮沿溜板的進口到出口布設有多層。優選的，所述擋料膠皮設有兩層，包括第一擋料膠皮和第二擋料膠皮，所述第一擋料膠皮設置在溜板的中部，所述第二擋料膠皮設置在溜板的出口端。
10.本實施方式中，所述第一擋料膠皮和第二擋料膠皮的寬度與溜板的寬度大小相匹配。
11.本實施方式中，所述第二擋料膠皮沿寬度方向分為多段獨立的窄膠皮。
12.本實施方式中，所述第二擋料膠皮由2～10段窄膠皮構成。優選的，所述第二擋料膠皮由5段窄膠皮構成。
13.由於採用上述結構，本裝置具有如下優點：
14.1)本裝置取消擋料膠皮與振動篩的連接，將擋料膠皮通過連接件連接在檢測倉的上倉板上，從而使得擋料膠皮與振動篩不接觸，防止了擋料膠皮振動造成的磨損，提高了擋料膠皮的使用壽命。
15.2)本裝置採用多層擋料膠皮對顆粒進行分級減速，同時擋料膠皮在寬度方向分為多段窄膠皮，使得窄膠皮可以獨立移動，這樣相當於在寬度上設置了多個獨立的擋料膠皮，從而對落在不同位置的礦石顆粒進行獨立緩衝，有效減少顆粒對檢測皮帶的衝擊，相互窄膠皮在工作時互不影響，保證了阻擋減速的效果，提高給料系統的給料性能，提高檢測精度和分離精度，對不同位置窄膠皮，在寬度不同位置在每一段窄膠皮的作用中降低顆粒溜縫現象。擋料膠皮的層數和段數根據實際情況進行確定，層數越多對顆粒的減速平穩性能更好，但考慮到溜板上倉空間有限且膠皮更換的便利性，本文採用2層膠皮的設計方案，膠皮分段數通過仿真中的給料性能確定。
16.綜上所述，本實用新型採用多層擋料膠皮進行分級減速，並分段阻擋礦石，能有效減少顆粒對檢測皮帶的衝擊，提高給料系統的給料性能，提高檢測精度和分離精度。
附圖說明
17.圖1為本實用新型的結構示意圖。
18.圖2為本實用新型振動篩運動原理圖。
19.圖3本實用新型api程序耦合原理圖。
20.圖4本實用新型檢測皮帶終點通過的顆粒數量圖。
21.圖5本實用新型擋料膠皮分段數對重疊率影響圖。
22.圖6為本實用新型擋料膠皮分段數對速度均方差影響圖。
23.圖中，1、振動篩；2、檢測皮帶；3、檢測倉；4、溜板；5、第一擋料膠皮；6、第二擋料膠皮；61、窄膠皮。
具體實施方式
24.下面將結合本實用新型實施例中的附圖，對本實用新型實施例中的技術方案進行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本實用新型的一部分實施例，而不是全部的實施例。基於本實用新型中的實施例，本領域普通技術人員在沒有作出創造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬於本實用新型保護的範圍。
25.另外，本實用新型各個實施例之間的技術方案可以相互結合，但是必須是以本領域普通技術人員能夠實現為基礎，當技術方案的結合出現相互矛盾或無法實現時應當認為這種技術方案的結合不存在，也不在本實用新型要求的保護範圍之內。
26.如圖1所示，本實用新型提供一種礦石分選機給料系統擋料緩衝裝置，包括振動篩
1、擋料膠皮和檢測皮帶2，所述檢測皮帶2設置在檢測倉3內，所述檢測皮帶2的進口處固定有溜板4，所述溜板4的端部傾斜延伸到振動篩1的出口，所述擋料膠皮布設在溜板4的正上方，所述擋料膠皮的頂部通過連接件固定在檢測倉3的上倉板上、底部自然下垂，所述擋料膠皮的底部與溜板4之間設有供礦石顆粒通過的間隙，所述擋料膠皮設有兩層，包括第一擋料膠皮5和第二擋料膠皮6，所述第一擋料膠皮5設置在溜板4的中部，所述第二擋料膠皮6設置在溜板4的出口端，所述第一擋料膠皮5和第二擋料膠皮6的寬度與溜板4的寬度大小相匹配，所述第二擋料膠皮6沿寬度方向分為多段獨立的窄膠皮61，所述第二擋料膠皮6由5段窄膠皮61構成。
27.下面通過建模以及有限元分析進一步分析本裝置改進後的效果：
28.(1)給料系統機構建模：
29.使用三維建模軟體solidworks對本裝置建立三維實體簡化模型，並通過將本裝置三維模型的igs文件導入edem離散元軟體中，並在進料口位置設置顆粒工廠，用於仿真中的顆粒生成；
30.(2)顆粒模型建立：
31.edem軟體根據離散元計算原理提供了一種多球體創建不規則顆粒的方法，通過多個不同大小的球體複合來擬合複雜形狀。在礦石智能分選機實際工況中，待分選的礦石存在著合格的精礦和不合格的尾礦兩種不同顆粒，它們具有相似的形狀，但材料屬性不同。在模型建立中對精礦和尾礦採用相同的顆粒模型，在之後的材料參數設置中將兩種顆粒區分開。現場採集的待分選礦石其顆粒形狀多為四面體。在solidworks軟體創建礦石顆粒模型，導入edem軟體中，通過多球體填充進行擬合。填充球體擬合程度越高，仿真計算結果越精確。本例中，採用四球體進行填充，四球體其最大方向尺寸為60mm；
32.開採的原礦石在經過破碎機破碎和初篩後，輸入給料系統的待分選礦石顆粒粒度約為15～65mm，通過礦石顆粒粒徑篩選實驗統計得到礦石顆粒的粒徑分布，並對比顆粒模型粒徑進行顆粒質量佔比換算，公式為
[0033][0034][0035]
式中：η為半徑比率；l
real
為實際顆粒長度取值；l
model
為模型顆粒長度；m為模型顆粒質量；ωn為數量佔比；ωm為質量佔比；mi為每個粒徑顆粒的質量；ηi為每個粒徑顆粒的半徑比率；ω
n，i
為每個粒徑顆粒的數量佔比。
[0036]
由式(4-1)和式(4-2)計算得到仿真顆粒分布表，如表4-1所示。
[0037]
表4-1仿真顆粒分布表
[0038][0039]
(3)接觸模型及物理參數設置
[0040]
對給料系統的機構材料進行歸類簡化，分為三種材料，其中給料皮帶和擋料膠皮為橡膠，檢測皮帶為pvc，其餘部件為結構鋼。顆粒分為兩種材料，精礦和尾礦。仿真中接觸關係較為複雜，主要為精礦和尾礦兩種顆粒相互及自身之間的碰撞接觸和兩種顆粒與三種機構材料之間的碰撞接觸。由於實際分選方式為幹選，給料系統機構與顆粒含水極少，顆粒在運動中不產生粘結作用，所以在edem中採用hertz-mindlin無滑動接觸模型。各機構的物理屬性和接觸屬性如表4-2和表4-3所示。
[0041]
表4-2材料物理屬性表
[0042][0043]
表4-3材料間接觸屬性表
[0044][0045]
(4)運動學參數設置
[0046]
給料過程中，機構主要有四種運動，分別為輸送皮帶的進給運動、檢測皮帶的進給運動、振動篩的頻率振動和擋料膠皮的受衝擊擺動。
[0047]
其中輸送皮帶、檢測皮帶和振動篩的運動在edem中直接設置。輸送皮帶和檢測皮帶運動方式均為傳送帶類型，速度初值分別為1m/s和3m/s。振動篩運動方式為振動類型，其基本參數如表4-4所示，振動篩的運動示意圖如圖2所示。
[0048]
表4-4振動篩基本參數表
[0049][0050]
擋料膠皮安裝在振動篩的出口處，對通過溜板後的顆粒進行阻擋緩衝，能有效減速溜板出口的顆粒並減少顆粒對檢測皮帶的衝擊。擋料膠皮的開口大小會隨顆粒流的衝擊強弱而改變。通過edem的api耦合接口進行編程完成擋料膠皮的運動設計，通過在edem軟體運行過程中導出擋料膠皮在每個時間步長受到的總力矩，在api程序中計算得到該時間步長擋料膠皮的位移並傳回edem軟體，循環計算實現擋料膠皮的受衝擊擺動，其api程序實現原理如圖3所示；
[0051]
(5)仿真過程參數設置
[0052]
edem軟體的仿真是根據離散元法進行計算的，為高效、準確的仿真需要選取合適的仿真過程參數。仿真過程參數主要包括仿真時間步長、網格尺寸、仿真時間等。
[0053]
仿真時間步長對仿真結果有著極其顯著的影響。在計算過程中所有描述顆粒和構件的物理量都是基於時間步長進行計算的，如速度、加速度、位移等。如果時間步長設置過大，會引起時間步長內的過度的顆粒重疊量導致不現實的高作用力，也會使顆粒受到幹擾波(瑞麗波)的影響，使仿真不準確。如果時間步長設置過小，會導致計算量的增大，仿真時間過長。時間步長一般由rayleigh時間步長決定，rayleigh時間步長是指瑞麗波傳播顆粒所需的時間，公式為
[0054][0055]
其中tr是rayleigh時間步長；r是最小顆粒的半徑；ρ是顆粒的密度；g是顆粒的剪切模量；v是顆粒的泊松比。
[0056]
時間步長一般取rayleigh時間步長的5％～40％，在edem中軟體自動計算rayleigh時間步長，根據仿真需要進行調整時間步長。為保證仿真精度並減少仿真所需時間，時間步長取為2
×
10-6
s，約為33％的rayleigh時間步長。
[0057]
網格尺寸是指整個計算空間被劃分的3d單元尺寸，對於edem中顆粒碰撞的檢索有著重要影響，影響著仿真的時間和誤差。網格大小一般根據粒度分布、動力學和其他因素進行選擇，一般取3-5倍的最小顆粒半徑能達到較快的顆粒碰撞檢索速度和計算速度的平衡，為確保顆粒重疊檢測的精度，網格尺寸取3倍的最小顆粒半徑。
[0058]
仿真時間是指仿真的總時長，仿真時間決定最終仿真的總數據量。仿真時間的選取應考慮整個給料系統的穩定時間和需要的總數據量。在檢測皮帶終點設置顆粒統計區域，統計在仿真中每0.25s通過的顆粒數量，如圖4所示；從上圖可以發現在0-6s內，統計區域沒有顆粒通過；在5-9s，統計區域顆粒數量逐漸增加並在約10s之後，顆粒數量在95左右上下波動，整個給料系統物料流保持基本穩定。故取在第10-20s內的數據作為仿真目標的數據量，仿真時間設置為20s；
[0059]
(6)計算域設置
[0060]
在檢測皮帶上設置11個計算域，相隔370mm，統計仿真通過計算域的顆粒信息，用於之後的計算；
[0061]
採用單因素試驗方法對比原擋料膠皮方案和改進方案的給料性能，在此基礎上研究擋料膠皮分段數對給料性能的影響，擋料膠皮的分段數分別為1，2，4，5，6，8，10段。
[0062]
研究目標為給料性能，採用給料重疊率和速度波動進行衡量，給料重疊率和速度波動影響檢測精度和分離準確性，給料重疊率和速度波動值越小給料性能越好。
[0063]
重疊率即指在系統穩定下發生重疊的顆粒數量佔總顆粒數的比例，通過仿真可得到的計算域中的重疊鍵數和顆粒總數，通過式(4-4)進行計算
[0064][0065]
式中ωi為第i個計算域的顆粒重疊率；k
it
為第i個計算域在t時刻的顆粒重疊鍵數；n
i，t
為第i個計算域在t時刻的顆粒數。
[0066]
速度波動指檢測皮帶上顆粒速度之間的離散程度，用速度均方差表示，通過仿真可得到在每個時間點計算域中顆粒的速度，通過式(4-5)和式(4-6)進行計算
[0067][0068][0069]
式中為第i個計算域的顆粒速度均值；v
i，t
為第i個計算域在t時刻的顆粒速度；n
i，t
為第i個計算域在t時刻的顆粒數；σi為第i個計算域的顆粒速度均方差。
[0070]
經過仿真計算可以得到以下給料重疊率與速度波動數據，如圖5、圖6所示，
[0071]
最後得出結論如下：
[0072]
1、對比原單膠皮方案，採用改進的兩層膠皮方案能明顯降低重疊率和速度波動，提升給料性能。
[0073]
2、膠皮分段數的提高能一定程度的下降重疊率和速度波動。這是因為膠皮分段數增加能減少小顆粒的溜縫行為，對顆粒更好地阻擋減速。其中可以看出，在膠皮分段數為5之後重疊率和速度波動地下降趨勢變得較小，可以考慮採用5段膠皮進行設計。因此本裝置能有效減少顆粒對檢測皮帶的衝擊，提高給料系統的給料性能，提高檢測精度和分離精度。
[0074]
以上僅為本實用新型的優選實施例，並非因此限制本實用新型的專利範圍，凡是在本實用新型的構思下，利用本實用新型說明書及附圖內容所作的等效結構變換，或直接/間接運用在其他相關的技術領域均包括在本實用新型的專利保護範圍內。