地浸采鈾自動(dòng)盤管裝置的研制與應(yīng)用

季揚(yáng)威，張 渤，孫希龍，孫 祥，甘 泉

(中核通遼鈾業(yè)有限責(zé)任公司，內(nèi)蒙古 通遼 028000)

井場(chǎng)工藝是通過鉆孔和管道將浸出劑和浸出液注入或抽出礦層，從而實(shí)現(xiàn)液體的循環(huán)利用[1]。抽、注液管道包括抽液地表管、潛水泵提升管、注液孔內(nèi)管、注液地表管和動(dòng)水位觀測(cè)管；此外，為提高抽出井和注入井水量,在使用空壓機(jī)洗井時(shí)，需要使用風(fēng)管，以上管道在地浸礦山應(yīng)用較多的是聚乙烯管(PE管)。目前，在地浸采鈾井場(chǎng)工藝管線安裝過程中，主要通過人工操作或機(jī)械拖拽的方式對(duì)管線進(jìn)行收放。這種操作在工作中勞動(dòng)強(qiáng)度大，耗時(shí)費(fèi)力，打開卷捆時(shí)易造成管子折斷、打結(jié)；在回收管子時(shí)，盤管不緊密、碼堆不美觀；同時(shí)，在釋放管子徑向應(yīng)力時(shí)，管子彈跳，存在一定的安全隱患。

針對(duì)聚乙烯管在使用過程中的收、放盤的問題，本著“提質(zhì)、增效、降耗”的設(shè)計(jì)原則，探索研制可移動(dòng)式車載自動(dòng)盤管裝置。

1設(shè)計(jì)原則

結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，在設(shè)計(jì)中充分考慮結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、便于操作，并本著運(yùn)行穩(wěn)定、經(jīng)濟(jì)節(jié)能、效率高和自動(dòng)化控制等優(yōu)點(diǎn)，自動(dòng)盤管裝置應(yīng)滿足以下設(shè)計(jì)要求：1)卷管裝置的直徑可調(diào)，可根據(jù)不同規(guī)格PE管的長(zhǎng)度和繞曲度進(jìn)行調(diào)整，增大盤管長(zhǎng)度，盡量滿足最長(zhǎng)管子的盤管需求，最大盤管長(zhǎng)度達(dá)400 m；2)卷管支架寬度可橫向調(diào)節(jié)，盤管寬度可限位，目的是不同規(guī)格管子盤管成捆后利于碼放和美觀，并且具備可拆卸功能；3)主體盤管機(jī)構(gòu)盤管速度在5～40 r/min，做到勻速盤管，并根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)PE管規(guī)格不同實(shí)時(shí)進(jìn)行調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制；4)電氣系統(tǒng)控制部分應(yīng)考慮電動(dòng)機(jī)正、反方向的控制，做到“一鍵切換”；5)適用性強(qiáng)，對(duì)常用的可盤卷的材料具有通用性，例如對(duì)井下常用防水電纜(規(guī)格3×6 mm2+1×4 mm2)進(jìn)行盤繞；6)井場(chǎng)盤好的PE管可進(jìn)行拆卸。

2自動(dòng)盤管裝置整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

自動(dòng)盤管裝置由車座部分、動(dòng)力裝置、傳動(dòng)裝置和卷管裝置等組成。車座部分主要由承重架、分支立柱和移動(dòng)車輪組成，作用是承載動(dòng)力、傳動(dòng)和卷管裝置，同時(shí)便于移動(dòng)。動(dòng)力裝置提供卷管的動(dòng)力，是動(dòng)力輸出的主要來源。傳動(dòng)裝置是連接動(dòng)力裝置和卷管裝置的紐帶，通過傳動(dòng)裝置將力矩作用于卷管裝置上。卷管裝置用于固定PE管，應(yīng)具有足夠的直徑和寬度，滿足整根管纏繞所需的空間。在利于卸管的前提下，整個(gè)卷管裝置采用一端雙軸承支撐，防止卷管裝置偏心造成軸承和軸損壞。

自動(dòng)盤管裝置整體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1—電動(dòng)機(jī)；2—減速機(jī)；3—齒輪；4—鏈條；5—固定支架；6—橫向支架；7—縱向支架；8—車座。圖1 自動(dòng)盤管裝置整體結(jié)構(gòu)示意

2.1 卷管裝置的設(shè)計(jì)

2.1.1結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

井場(chǎng)常用PE管規(guī)格較多，因此，設(shè)計(jì)卷管裝置需考慮3個(gè)特殊要求：1)直徑可調(diào)；2)寬度可調(diào)；3)便于拆卸。因此，卷管裝置主要包括橫向支架、縱向支架、移動(dòng)插銷和頂絲。橫向支架固定在卷管輻條上，由頂絲固定；縱向支架固定在橫向支架上，由頂絲固定，卷管輻條中心通過主軸固定端軸承固定，主要由各部分支架焊接而成[2]。

2.1.2直徑和寬度可調(diào)范圍的確定

直徑和寬度可調(diào)范圍由4種PE管出廠盤管實(shí)際寬度、盤管后內(nèi)沿直徑和盤管后外沿直徑確定，并取1.2倍系數(shù)，保證盤管在松散度較低下不脫圈。井場(chǎng)常用PE管出廠規(guī)格和盤管參數(shù)見表1。

表1 井場(chǎng)常用PE管出廠規(guī)格和盤管參數(shù)[3]

由表1可知：所需寬度范圍為300～500 mm，取最大寬度范圍的1.2倍，即最終可調(diào)寬度為300～600 mm；外沿直徑范圍為1 000～2 300 mm，最終外沿最大直徑可調(diào)整為2 760 mm；內(nèi)沿直徑范圍為600～1 500 mm，可調(diào)寬度為600～1 800 mm。

2.1.3材質(zhì)的選擇

根據(jù)裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，在加工制作中，首先考慮機(jī)械材料的強(qiáng)度、韌性、剛度和工作環(huán)境，以便提高設(shè)備的工作效率，降低成本，減少能耗等[4]。在設(shè)計(jì)中選用以下主要材料，詳見表2。

表2 選用的材料規(guī)格、參數(shù)

2.2 動(dòng)力和傳動(dòng)裝置的選擇

2.2.1動(dòng)力裝置的選擇

根據(jù)設(shè)計(jì)原則和要求，選用電磁調(diào)速電機(jī)作為動(dòng)力輸出。電磁調(diào)速電機(jī)由減速機(jī)和電機(jī)組合而成，通過調(diào)節(jié)電磁調(diào)速電機(jī)的轉(zhuǎn)差率來改變輸出轉(zhuǎn)速，具有運(yùn)行可靠、振動(dòng)小和效率高等特點(diǎn)[5]。確定選用YCT-160型號(hào)電磁調(diào)速電機(jī)，具體參數(shù)見表3。

表3 YCT-160電磁調(diào)速電機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

2.2.2鏈?zhǔn)絺鲃?dòng)和齒輪的選擇

選用16A-1-60型傳動(dòng)式滾子鏈作為動(dòng)力輸出，滾子鏈由高合金45Mn金屬材質(zhì)加工制造，通過利用鏈與鏈輪輪齒的嚙合來傳遞動(dòng)力和機(jī)械傳動(dòng)。其基本部件包括鏈板、聯(lián)銷、軸套等，主要優(yōu)點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)平穩(wěn)、噪聲小、使用壽命長(zhǎng)、使用成本低、能耗低[6]。綜合以上幾方面因素考慮，在設(shè)計(jì)中選用的齒輪參數(shù)見表4。

表4 齒輪主要技術(shù)參數(shù)

注：加工精度等級(jí)滿足GB10095.1—2008。

2.3 調(diào)速和電氣控制裝置的設(shè)計(jì)

2.3.1電磁調(diào)速控制器的選型

根據(jù)設(shè)計(jì)原則，卷管裝置可調(diào)、運(yùn)行轉(zhuǎn)速5～40 r/min。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)需求，對(duì)控制器進(jìn)行選型，確定JD1A-40型號(hào)可實(shí)現(xiàn)電動(dòng)機(jī)調(diào)速控制，具體參數(shù)見表5。

表5 主要技術(shù)參數(shù)

2.3.2電氣控制線路的設(shè)計(jì)

依據(jù)低壓電氣設(shè)計(jì)規(guī)范并結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況和運(yùn)行控制要求，采用380V交流電作為電源輸入端，在車身平臺(tái)位置安裝正、反方向電氣控制系統(tǒng)及戶外式防水式配電箱1個(gè)。主電路設(shè)計(jì)中主要安裝了刀開關(guān)、熔斷器、交流接觸器KM1、KM2；另外，為了防止電動(dòng)機(jī)在運(yùn)行中出現(xiàn)過載或過流情況造成電機(jī)損壞，在負(fù)載前端設(shè)置了一組熱過載繼電器。

考慮人員指揮與操作可視化簡(jiǎn)單明確，控制線路由按鈕SB1(啟動(dòng)-正轉(zhuǎn))、SB2(啟動(dòng)-反轉(zhuǎn))、SB3(停止)組成。為了防止發(fā)生人為誤操作和保證操作安全，在整體配電系統(tǒng)和設(shè)計(jì)中采用按鈕式雙重聯(lián)鎖正、反轉(zhuǎn)控制。雙重連鎖控制是利用啟動(dòng)按鈕改變電源相序，并將按鈕常閉端互相放置于控制回路中，實(shí)現(xiàn)連鎖的目的[7]。具體線路控制工作原理如圖2所示。

QS—隔離開關(guān)；FU—熔斷器；FR—熱過載式繼電器；SB1—正向啟動(dòng)鈕式；SB2—反向啟動(dòng)按鈕；SB3—停止按鈕；M—三相交流異步電動(dòng)機(jī)；KM—三相交流接觸器。圖2 電氣控制線路

3現(xiàn)場(chǎng)應(yīng)用情況

3.1 應(yīng)用情況

試驗(yàn)組人員于2017年研發(fā)出一臺(tái)地浸采鈾井場(chǎng)自動(dòng)盤管裝置，隨即開展調(diào)試和現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)工作，不同規(guī)格型號(hào)管路現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果見表6。

試驗(yàn)結(jié)果顯示，設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)正常，操作靈活、安全、穩(wěn)定，可通過調(diào)節(jié)橫向支架寬度和縱向支架直徑滿足地浸井場(chǎng)不同管道的盤管需求，達(dá)到了設(shè)計(jì)要求，現(xiàn)已投入井場(chǎng)生產(chǎn)之中。

表6 自動(dòng)盤管裝置現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)結(jié)果

3.2 應(yīng)用效果

使用該裝置可大幅度降低勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：1)每次人工盤管需要4～6人，同樣條件下采用自動(dòng)盤管裝置盤管僅需1人，大幅減少人工成本；2)人工盤管不緊密、直徑大小不一、易松散，采用自動(dòng)盤管規(guī)格直徑統(tǒng)一、盤管密實(shí)且不易松散，利于堆放；3)人工盤管時(shí)間長(zhǎng)，以φ63 mm×9.0 mm PE管為例，盤管時(shí)長(zhǎng)約1 h，機(jī)械自動(dòng)盤管僅需15 min；4)人工盤管存在一定的安全隱患，而采用自動(dòng)盤管裝置大幅降低接觸風(fēng)險(xiǎn)源概率，實(shí)現(xiàn)本質(zhì)安全。

4結(jié)論

1)自動(dòng)盤管裝置在地浸采鈾的應(yīng)用中滿足“提質(zhì)、增效、降耗”的設(shè)計(jì)原則，該裝置的研制能滿足現(xiàn)場(chǎng)井內(nèi)、地表和洗井等應(yīng)用的PE管的收、放，同時(shí)還可以拓展到對(duì)現(xiàn)場(chǎng)防水電纜的收放中。

2)該裝置操作簡(jiǎn)單、安全可靠，轉(zhuǎn)速、盤管直徑、轉(zhuǎn)向和卷管寬度等全部可調(diào)，具有廣泛的適用性。

3)該裝置的應(yīng)用大幅度降低了人工勞動(dòng)強(qiáng)度，提高了收放、盤管的工作效率，減少了材料消耗和維修工作量，從而降低了人工費(fèi)用，取得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。