江西省矿冶机电工程技术研究中心,依托江西理工大学机电工程学院,于2005年经江西省科技厅批准成立。
中心下设有研发部、设计部、实验部和加工部,包括4个研究室,1个加工车间,2个合作生产基地。近两年来,中心完成了硬件设备投资690万元,现中心仪器设备总值达1320万元, 实验室面积达6000平方米。中心现有固定专兼职工作人员40人,其中矿冶机电领域的专家教授10人,副教授10多人,江西省学科带头人4人。
中心自组建以来着力于提高江西省冶金矿山行业机电系统及机电设备的设计及研制开发能力,紧密围绕矿冶机电工程产、学、研技术研发平台的建设、机电装备科技项目攻关和机电新技术新产品研发推广开展了卓有成效的工作。通过一大批工程项目的实施,解决一系列矿冶机电系统及设备在研制开发、生产使用中存在的关键性技术问题,成为江西省矿冶机电工程新产品、新技术、新设备研制开发与推广的载体和平台,在矿山冶金机电设备和系统研发、制造、创新等方面,取得了一批具有国内先进水平的工程化技术成果,已成为我省乃至国内矿冶机电系统和装备的研发中心及人才培养基地。
根据中心工作规划与研究目标,结合我国有色矿山冶金行业发展趋势与国内外矿冶机电工程技术应用与研究动态,在矿冶机电设备研发和工程化基础上,中心形成了矿冶特色,具有创新性和前沿性的研究方向:
(1) 现代机械设计理论及新型矿冶机电装备。本方向形成了三个特色研究领域,分别是以“柔性步进钻地式稀土在线连续浸取机器人系统”为代表的新一代离子型稀土资源绿色高效开发工艺与技术装备;以圆盘全自动阳极铜定量浇铸机组、电解铜剥片机组、钨矿机械活化高效碱分解实验设备为代表的铜/钨冶金高效节能技术与机械设备。
(2) 散体-机械系统设计理论及应用。本方向已在离子型稀土冶炼设备设计方法及关键技术、选矿机械的现代设计方法、层压破碎机理及模型,微细颗粒重选方法及高效的选矿设备研制等方面,逐步形成了研究特色。在稀土冶金方面,对稀土萃取设备的关键技术参数的优化和改进,特别对萃取槽的两相流研究方面取得了突破,通过计算机仿真等手段,对萃取的效率提高,输入能量的降低等关键技术取得了阶段性的研究成果,在多碎少磨研究方面,以破碎产能和破碎比为优化目标,以矿石的硬度、碎前与碎后块度、破碎腔的结构及有关参数为约束条件,开展多目标腔型结构优化设计。先后对颚式破碎机、旋回圆锥破碎机、液压圆锥破碎机、HP系列圆锥破碎机的破碎腔型进行优化设计和高效耐磨衬板开发。
(3) 矿山机械智能化与机器人技术。本方向面向机电融合设计理论及其应用,主要围绕基于多智能体系统理论与方法,以汽车同步器装配与检测机器人、阳极板捞取转运机器人、全自动钢带打捆机器人、齿套感应压淬自动转运装卸机器人、全柔顺并联高精密定位机器人、重物搬运堆垛机器人为代表的工业机器人应用。针对险难工况的机器人技术研究与开发,研究机器人的传感器系统、机器人传感器与环境感知理论、先进机器人机构与控制技术、高精度几何量测量技术等。
(4) 矿冶机械装备的失效控制与安全服役科学与技术。本方向从事系统可靠性、安全性与维修性方面的研究,建立了相对完整的复杂机械系统可靠性及其概率风险评价理论与方法,涵盖可靠性数据处理、可靠性评估、可靠性分配、风险分析、多状态系统可靠性分析以及产品质量先期策划和设计开发控制程序等,研究成果已在广西玉柴机器股份有限公司、杭州钢铁集团公司、晋铝股份有限公司等企业推广应用,取得了较好的应用价值。
附件:
典型案例:过流件修复技术
典型案例:振动低速剪切高效破碎设备
典型案例:萃取设备制造研发中心简介
典型案例
项目名称:过流件修复技术
一、过流件使用的情况
随着固体颗粒水力输送技术的不断发展,作为水力输送关键设备的渣浆泵应用越来越广泛,性能要求也越来越高。渣浆泵在工作时所输送的液体介质中含有大量颗粒介质,将造成泵的过流部件磨损腐蚀严重,使泵内流通面积加大,增大容积损失;同时加剧泵的噪音和振动,降低泵的工作性能和效率;由于磨损后的过流部件的表面出现蜂窝状坑洞,密封性差,导致矿浆外漏,污染环境。
二、技术方法
采用渣浆泵抗磨修补技术对使用过一个周期后更换下来的耐磨耐蚀件(如渣浆泵、化工流程泵的过流件,搅拌装置的轮毂、轴、桨叶,球磨机的进出料口,旋流器等)进行修复、固化和成型。
三、技术特点
1. 使修复后的耐磨、耐蚀件的使用寿命达到原来耐磨件的1.1至3倍,其修复价格是原来价格的50%至85%。
2.修复件可以在强酸、强碱、高温介质(温度≦120℃)工况下长期正常工作。
3. 修复件的修复次数没有限制,可循环修复。
4. 可在新件上进行涂刷。
四、产品性能分析
研制并生产的SM系列涂料,耐磨性能优于Cr27高铬铸铁,耐蚀性能优于904L。
从使用单位来看,在使用修复过流件以后,其过流件消耗量明显下降,节约费用达到30%。
对于介质中含有大量颗粒的化工流程泵,采用修复件后,节约费用达50%~15%。
五、典型应用
1.修复山东黄金公司焦家金矿渣浆泵过流件,其使用寿命是原来的3.5倍。其工况条件为:含渣量35~40%,氯离子浓度4000mg/l。
2.修复氧化铝行业的渣浆泵的过流件,修复件的寿命达到新件寿命的1.5倍。工况条件:矿浆温度120℃。
3.修复铜陵有色金属集团公司渣浆泵的过流件,修复件的寿命达到新件寿命的2倍。

图1 过流件修复前后对比图
项目名称:振动低速剪切高效破碎设备
针对目前破碎理论的适应性不强,难于对碎磨装备设计提供有效的技术指导,我中心研究团队利用中(低)速剪切细碎与离心研磨组合方式的原理开发了碎磨试验机,使物料能够以抗破碎能力最差的破碎方式得到破碎。
课题组采用多碎少磨理论与层压破碎理论,设计高效振动低速剪切设备。通过对破碎腔中矿物施加低频振动,使得物料在破碎腔中形成密实的利于层压破碎的物料层,同时利用多梯度复合衬板的相对低速运动将矿石以剪切破碎方式破碎。最后在振动作用下,物料顺利排出。
设备具有以下优点:破碎粒度可达到超细碎要求,即-12mm占排料80%,采用多梯度复合衬板技术,利用层压破碎原理设计破碎腔型,衬板使用寿命长,可达普通衬板使用寿命的1.5-2倍,设备结构可靠,调整、维修方便。
图1 慢速剪切超细碎机
图2 钨矿石破碎前后对照图
江西省矿冶机电工程技术研究中心
之萃取设备制造研发中心简介
萃取设备制造研发中心是江西省矿冶机电工程技术研究中心下设二级部门,该中心是萃取设备的专业设计和开发基地,依托矿冶机电工程技术研究中心的设备优势与人才资源优势,根据具体萃取工艺进行设备设计开发,也可根据工艺条件的变化对原有设备进行优化改进,区别于一般机械制造企业按图施工的传统做法。
多年来,中心技术人员对萃取设备的关键技术参数的优化和改进从未停止,特别对萃取槽的两相流研究方面取得了突破,通过计算机仿真等手段,对萃取的效率提高,输入能量的降低等关键技术取得了阶段性的研究成果,对有关参数通过专门的试验装置进行验证,并进行工艺试验。在该领域培养了多名硕士研究生,并完成创新性的论文多篇。以下是对搅拌器进行计算机仿真和优化部分图例。
搅拌槽整体网格 四直叶涡轮搅拌浆槽内流场分布
迭代残差图 两种桨型湍流动能变化曲线图
根据优化结果,我们对传动机构进行了优化设计,生产质量按机床加工的标准进行要求,并使产品标准化。
传动设备关键零部件轴承座 平皮带涨紧轮
轴承座铸造模数控加工 调质热处理后加工的传动轴
针对萃取传动设备的特点:1.机械加工不复杂;2.精度要求较高;3.安装调试技术性强。本中心从1993年开始服务于南方第一家中外合资企业(赣加稀土有限责任公司)以来,就专注于稀土萃取设备的设计研究,先后解决了设备“吃皮带”、“搅拌桨偏摆过大”、“机架震动”、“槽内吸力不平衡”、“能量输入过大”等技术难题,近二十年的专业生产实践,本中心技术人员沉淀并总结了大量萃取传动设备加工安装调试经验,同时练就了一支富有经验和战斗力的施工队伍,针对不同厂家的不同工艺特点,技术人员有着不同的现场解决方案,对关键技术问题能随时就地处理。因此,本中心服务的近十家稀土分离企业的传动设备都一次调试成功。
中心对萃取传动装置进行标准化开发,根据厂家提出的工艺参数,可按要求快速研发,交货时间短,并对萃取流水线实行交钥匙工程管理体制。
近年来先后为包括大型国有企业和国际著名企业的多家生产厂家提供了完善的设备设计开发及安装任务,并一次性通过验收,先后服务过和正在进行服务的部分企业:
1. 江钨集团南方稀土定南有限责任公司
2.江钨集团南方稀土寻乌有限责任公司
3.赣州有色冶金研究所
4. 四川江铜稀土有限责任公司
部分施工现场照片:
讨论方案
施工现场
高空作业
精益求精
四川江铜稀土有限责任公司
江钨集团南方稀土定南有限责任公司
江钨集团南方稀土寻乌有限责任公司
四川冕宁方兴稀土有限责任公司