搖床驅動系統的改進研究與應用*

賽德輝

（云南錫業股份有限公司，云南 個舊 661000）

1 搖床及其工作原理

搖床可用于粗選、精選、掃選等不同作業，選別粗砂 （2～0.5） mm、細砂 （0.5～0.074） mm、礦泥（-0.074 mm） 等不同粒級。也可用于選別鐵、錳礦石和煤。當處理鎢、錫等礦石時，搖床的有效回收粒度范圍為（2～0.037） mm。

搖床的電動機通過皮帶傳動使皮帶輪帶動搖床設備的曲軸旋轉搖桿隨之作上、下運動，搖桿向下運動時，在有來復條的傾斜臺面上礦物料通過礦槽進來，搖床水槽提供橫向沖擊水。這樣一邊振動，一邊沖洗，比重和顆粒大小，密度不同的礦物沿著不同的方向從搖床的床面的精礦口和尾礦口流出，直接形成精礦。

2 搖床的結構及選礦原理

搖床是一種歷史悠久的重選設備[1-2]，主要由床面、機架和床頭三部份組成。大約在1898年由A.威爾弗利（Wilfley）制成，采用偏心肘板機構；1918年普拉特-奧（Plat-O）制成了另一種凸輪杠桿傳動機構搖床。這兩種搖床結構經過多年改進，現發展為云錫搖床、6-S搖床、彈簧搖床、多層搖床等。

搖床能有效地選別（2～0.037） mm的金屬礦石，除廣泛用于分選錫、鎢礦石外，也應用于鐵、猛、砷和含金礦石等選礦中。搖床的特點是富集比高，可以達（100～300） 倍，而且一次選別就可獲得粗精礦和尾礦，不消耗藥劑，能耗低[3-4]。

云錫搖床是在普拉特-奧（Plat-O） 凸輪杠桿傳動機構基礎上改進而成，采用凸輪杠桿式結構，如圖1所示，移動滑動頭的位置可以調節沖程，更換電機皮帶輪可以調節沖次[5-7]。

圖1 凸輪杠桿式搖床頭示意圖Fig.1 Schematic diagram of head of cam lever table concentrator

云錫搖床示意圖如圖2所示，主要適用于2mm以下錫、鎢等礦石的粗選和精選。

圖2 云錫搖床示意圖Fig.2 Schematic diagram of table concentrator of YunTin

礦粒在搖床床面上受到礦粒在介質中的重力、橫向水流和礦漿流的流體動力和床面往復差動的動力三個相互垂直的力的作用。礦粒群根據不同礦物的密度、粒度產生松散、分層、分帶而達到選別的目的。床面往復差動的動力產生剪切作用。根據Bagnold剪切松散理論，顆粒在液體介質中受到剪切作用時，垂直于剪切方向將產生一種分散壓，從而起到顆粒松散和分層的作用。礦粒按密度分層示意圖如圖3所示。

圖3 溝槽間礦粒分層示意圖Fig.3 Schematic diagram of ore particle stratification between grooves

3 影響搖床分選效率的主要因素分析

3.1 影響搖床分選效率的因素

影響搖床分選效率的因素主要有：沖程、沖次、床面坡度、給礦濃度、給礦量、給礦粒度、沖洗水量、接礦點的調整等，最主要的影響因素是沖程、沖次[8-9]。表1列出了幾種傳統搖床的技術參數。

表1 搖床主要技術參數Tab.1 Main technical parameters of table concentrator

沖程和沖次影響著床面的速度和加速度，因而影響礦粒群的松散度和移動速度。對于粗粒級礦石分選，因床層厚，需要較大的沖程和較小沖次；對于細粒級礦石的分選，需要較小的沖程和較大的沖次。增大床面的橫向坡度和沖洗水量均可加大礦粒的橫向運動速度。給礦量影響礦漿在床面上的流速，給礦量較大，會使精礦回收率下降。給礦濃度增大，分層速度降低，使精礦回收率降低，較多礦石進入中礦；適當地控制給礦量，增大給礦濃度，可以提高處理量。不同床型有不同的給礦粒度要求，粗砂床適宜選別粒度（2～0.5）mm；細砂床適宜選別粒度（0.5～0.074） mm；刻槽床適宜選別粒度（0.074～0.037） mm；微細泥床適宜選別粒度（0.037～0.019） mm。接礦點接礦槽的調整則影響精礦的品位。

如果搖床的沖程、沖次、床面坡度、給礦濃度、給礦量、給礦粒度、沖洗水量、接礦點的調整等控制好，能有效選別（2～0.037）mm的錫金屬礦石，但（0.037～0.019） mm的礦石回收率很低，0.019 mm以下的礦石基本不能回收，主要原因是刻槽床、微細泥搖床的沖程、沖次達不到理想值，0.019 mm以下的礦石粒級較細，需要加大沖次，調小沖程，以使礦石獲得較大的縱向移動速度，使其朝精礦端移動。如果搖床沖程、沖次達不到相應要求，礦粒容易在沖洗水橫向水流的作用下進入尾礦。由此可見，沖程、沖次是搖床的關鍵技術參數，也是影響搖床分選效率的最主要因素。

3.2 沖程、沖次理論計算

沖程S、沖次n與礦粒最大直徑dmax的關系可由式 （1）、（2） 表示。

式中，S：搖床沖程，mm；

n：搖床沖次，/min；

dmax：礦粒直徑，mm。

不同礦粒直徑下沖程S、沖次n的理論計算結果如表2所示。

表2 不同礦粒直徑下的沖程與沖次Tab.2 Stroke and stroke times under different particle diameters

如表2所示，以云錫搖床為例，粗砂床沖程應在 （15～21） mm、沖次在 （218～287） 次/min 范圍；細砂床沖程應在 （9.4～15） mm、沖次在（287～421） 次/min范圍；刻槽床沖程應在 （7.9～9.4） mm、沖次在 （421～483） 次/min范圍；微細泥搖床沖程應在（6.7～7.9） mm、沖次在（483～552） 次/min范圍。如果選（0.019～0.01） mm以下礦石，則必須使超微細泥搖床沖程在（5.7～6.7）mm、沖次在 （552～628） 次/min范圍。

4 搖床選礦存在的問題

根據計算結果分析，傳統的粗砂床、細砂床沖程、沖次在計算合適范圍；只要調整好床面的坡度、調整好接礦點，控制好給礦的濃度、給礦粒度、沖洗水量等，能獲得很理想的金屬礦石回收率。但傳統的刻槽床、微細泥搖床和超微細泥搖床則存在以下問題：

1） 傳統的刻槽床沖程為 （8.2～11） mm，可調整在理想范圍，但沖次僅能達到360次/min，無法達到理論計算值（421～483） 次/min，沖次過低，不利于回收細粒級金屬礦石；

2）微細泥搖床由于需要更小的沖程，更高的沖次，沖程在 （6.7～7.9） mm，沖次在 （483～552）次/min是最利于回收（0.037～0.019） mm微細粒級礦石，但傳統搖床由于機械傳動設計的局限，當沖次達500次/min，搖床頭出現發熱，難以達到理想沖程沖次，細粒級礦石難以回收；

3） 超微細泥搖床沖程在 （5.7～6.7） mm；沖次在（552～628） 次/min才能有效回收0.019 mm以下的礦石，傳統搖床無法達到這一沖程、沖次，所以0.019 mm以下礦石基本不能回收，這部分礦石隨尾礦排出進入尾礦庫。

5 云錫式搖床的改進

5.1 搖床的改進方向分析

1）根據沖程、沖次計算結果，調整各型號搖床沖程、沖次，使各型號搖床沖程、沖次達理想值，才能有效提高各型號搖床回收率。特別對于提高（0.037～0.019） mm細粒級礦石回收率以及 （0.019～0.010） mm、0.010 mm以下微細粒級礦石回收率，實現較高沖次，較短沖程是關鍵；

2）實現在一臺床頭上調整不同床型所需的沖程、沖次，便于互換；

3）設計實用于回收不同粒級的礦石的床面，如圖4所示，配合沖程、沖次，實現最佳回收率；

圖4 搖床床條斷面形狀Fig.4 Cross-section shape of strips of table concentrator

4） 設計粗床、細床、刻槽床、微細泥搖床、超微細泥搖床智能驅動系統，當礦石性質變化，需要調整沖程沖次時不須停床調整，可實現適時調整。

5.2 搖床驅動系統的改進

根據前文的分析及生產實踐經驗，云錫設計出沖程可調整到6 mm左右，沖次最高可達600/min左右的新型搖床驅動系統并進行了錫礦石的分選試驗。

搖床驅動系統打破傳統的凸輪杠桿式結構，由驅動器和嵌入式PC模塊組成，不需要人工調節搖床頭移動滑動頭的位置，可以自動調節沖程、沖次，不用更換電機皮帶輪，調整沖程沖次時不須停床，實現了適時調整。

6 新型搖床驅動系統的應用效果

在只改變搖床驅動系統結構、其他條件一致的情況下，采用新設計的驅動系統調節沖程沖次與傳統搖床選別的效果進行了對比試驗研究。以選錫為例，其結果如表3、表4。

表3 新型搖床粒級回收率統計表Tab.3 Statistical table for particle size recovery rate of new type table concentrator

表4 傳統搖床粒級回收率統計表Tab.4 Statistical table for particle size recovery rate of traditional table concentrator

刻槽床沖程調整在 （7.9～9.4） mm、沖次在（421～483） 次/min 范圍； （-0.074～0.0440） mm 粗錫精礦回收率從23.1%提高到25.11%、次精礦的回收率從17.24%提高到35.38%；（0.044～0.037） mm粗錫精礦回收率從61.85%提高到66.15%、次精礦的回收率從6.28%提高到17.22%；微細泥搖床沖程調整在 （6.7～7.9） mm、沖次在 （483～552） 次/min范圍，（0.037～0.019） mm粗錫精礦回收率從45.9%提高到50.49%、次精礦的回收率從10.94%提高到14.34%，（0.019～0.010） mm粗錫精礦回收率從7.94%提高到11.99%、次精礦的回收率從5.76%提高到10.26%；超微細泥搖床沖程調整在（5.7～6.7）mm、沖次在 （552～628） 次/min范圍，0.010 mm以下粒級粗錫精礦回收率從0.9%提高到2.03%、次精礦的回收率從1.81%提高到3.35%；從試驗結果看，各細粒級錫粗精礦、次精礦回收率明顯提高，進入尾礦中的錫金屬明顯減少。

由表5和圖5可知：①從粒級來看，新型搖床通過改變沖程和沖次的匹配均能提高不同粒級的回收率，且對（0.019～0.010） mm和0.010 mm以下這兩個粒級的回收提高幅度較大，均提高了51%以上，提高幅度較大的原因新型搖床的沖程和沖次更有利于這兩個粒級礦石在床面的松散分層及分選；②從產品結構來看，新型搖床通過改變沖程和沖次的匹配均能提高不同產品的回收率，且對次精礦的回收率提高的幅度最大，針對不同粒級均提高了31%以上，提高幅度較大的原因可能是整體選別效率的提高，為次精礦的選別創造了較好的分選條件。

表5 新型搖床比傳統搖床對不同產品粒級回收率提高幅度Tab.5 Recovery rate increasing range of particle size of different products by new type table concentrator and traditional table concentrator

圖5 新型搖床比傳統搖床對不同產品粒級回收率提高幅度Fig.5 Recovery rate increasing range of particle size of different products by new type table concentrator and traditional table concentrator

結合表3、表4、表5和圖5的結果，新型搖床通過改變沖程和沖次的匹配對微細粒級（0.019～0.010）mm和0.010 mm以下錫礦石的整體回收率仍較低，特別是在粗精礦中這兩個粒級的回收率遠遠低于其他三個粒級，說明新型搖床在提高微細粒錫石礦的回收率方面仍有較大提升空間。

6 結語

1）影響搖床分選效率的兩個主要因素是沖程和沖次；

2）傳統搖床不能有效選0.019 mm以下粒徑礦石；

3）改進后的云錫搖床最大沖程為6 mm，最大沖次為600次/min；

4） 改進驅動系統后的云錫搖床可將（0.019～0.010） mm粒徑的粗錫精礦回收率從7.94%提高到11.99%；0.010 mm以下粒徑的從0.9%提高到2.03%。