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往北的北边是什么?

瑞典的丹尼尔·伯格曼展示了机器人如何帮助北极圈以北的现代采矿作业。

采矿活动始于北极圈以北100公里处。 1888年,连接挪威和瑞典海岸的500公里铁路竣工,马尔姆贝里特镇附近也随之兴起。如今,马尔姆贝里特和基律纳矿是世界上最大的两座地下铁矿。由于丰富的矿藏和由此产生的采矿活动,繁荣的社区应运而生,世世代代的当地居民得以在此工作谋生。

目前,全球独一无二的城市转型正在发生,马尔姆贝里特和基律纳都因地下采矿作业的扩张而不得不搬迁,尽管这种扩张缓慢但肯定。

以马尔姆贝里特为例,当维托福斯矿扩建时,当地居民将不得不搬迁5公里至邻近的耶利瓦勒镇。维托福斯矿主要生产钢铁行业所需的球团矿,其最大的客户是位于瑞典吕勒奥的SSAB公司。LKAB公司的产品出口到欧洲、中东和北非,并大量出口到亚洲。

LKAB拥有业内最节能的工业流程之一,从矿山到成品铁矿石,其对气候的影响都极低,但目标远不止于此。其长远愿景是打造一座数字化、自动化且零二氧化碳排放的矿山。

该公司旨在为深层可持续采矿树立新的全球标准,并大幅降低对环境的影响。为实现这一目标,该公司正努力转型为无化石燃料产业。
LKAB的地下矿山采用分段崩落法开采矿石。这种采矿方法是通过钻孔和爆破在矿体中形成空洞。矿石被移除后,废石会落下并自动填充空洞。

矿石从这里被运送到大型破碎机。在马尔姆贝里特,多个矿体同时开采,矿石由巨型卡车运送到破碎机。之后,矿石被倒入大型料仓,以便继续送入破碎机。矿石在破碎机中被破碎成约10厘米的颗粒,然后通过长长的传送带输送到矿斗,矿斗一次最多可提升40吨矿石,提升速度为17米/秒。

从高空俯瞰马尔姆贝里小镇,维托福斯矿位于小镇中心。

 

工作臂系统

几年前,公司启动了一个内部项目,旨在提高位于地下 1250 米的破碎机的工作效率。

该公司一直在寻找一种新的解决方案来处理那些体积过大、破碎机无法处理的巨石,而不是像以往那样钻孔爆破。为了解决这一难题,他们需要一套能够向下延伸足够远的工作臂系统,以及一台能够破碎巨石的强力机器。

2016年,政府启动了破碎机两台设备的采购程序。同年8月,瑞典遥控破拆设备制造商Brokk公司中标。最终解决方案是两台Brokk公司最大的标准型电动800机器人。这些机器人通常重11吨,但此次交付的两台机器人经过特殊改装,重量仅为7.5吨。

Brokk 800 能够高效完成最繁重、最苛刻的工作。它兼具尺寸和臂展优势,其锤头的冲击力比市面上任何其他遥控破拆机器人都要大。

该机械臂可伸入破碎机5米,因此能够触及被困在里面的岩石。在改进解决方案中,取消了传统的履带,并将机器人用螺栓固定在独立的基座上,以确保其保持静止并具有最大的稳定性。

该公司提供了一套完整的解决方案,包括将设备运送到矿井、组装以及在其学院提供的为期三天的培训课程。经过培训,LKAB 现在能够在现场自行完成大部分服务工作,因为其服务人员已经能够胜任。

 改装后的 Brokk 800 在 Vitåfors 矿井中作业。

该解决方案的优势

现在,该公司处理巨石的速度比以前快得多,无需再像以前那样钻孔爆破那些体积过大的石块。此外,破碎机的磨损也大大减少。虽然偶尔仍需要钻孔爆破,但频率远低于以往。

对机器人的要求非常高——地下矿井是使用锤子最恶劣的环境之一,因此机器必须动力强劲,配备防震电气系统,并且能够承受物理力。

在马尔姆贝里特,LKAB公司每年开采和加工1780万吨铁矿石,其中900万吨来自机器人所在的矿区。这些机器人彼此相对,紧邻各自的破碎机,这意味着它们之间无需排队等待。这种布局在维护时也十分便捷,因为LKAB公司可以在两台机器人之间进行切换。

安全是该公司关注的另一个重要因素,机器人的引入为操作手创造了更安全的工作环境,使他们能够得到保护。由于采用了遥控,机器人操作手可以站在防爆玻璃后的平台上,这不仅显著提高了安全性,也提供了更舒适的工作环境,因为他们不再需要坐在振动的机器上。

值得肯定的是,这些机器人采用电力驱动,因为该公司正努力尽可能地实现无化石燃料生产。虽然也可以使用柴油挖掘机,但该公司认为从环保角度来看,这不是一个理想的替代方案。总共有八名操作员轮班操作破碎机和机器人。库尔特·卡尔森在该矿工作了22年,其中10年担任破碎机操作员。他是马尔姆贝里特的居民,也是少数几位尚未被LKAB公司收回房产的业主之一。

马尔姆贝里特矿区还有一些矿场仍在运营,但他们搬迁只是时间问题,这是必然的结果。多年来,他目睹了矿场内部的一些变化,以及由于机械技术的进步,工作内容也随之改变。

不久前,他们还得用一辆顶部装有钻机的卡车来处理那些太大的岩石。钻探完成后,巨石会被装上炸药爆破。现在安全方面已经有所改善。

有了机器人,操作手基本上可以用锤子敲碎巨石,无需使用那么多炸药。避免爆破过程中产生的气体是一项关键优势。此外,处理炸药和撤离都很耗时。如果操作手坐在挖掘机里,就无法向下观察破碎机内部,因此能够登上平台至关重要。

 

机器人操作手可以站在防爆玻璃后面的平台上。

由于该机器人采用电力驱动,反应速度极快,只需按下按钮即可启动,即插即用。如果破碎机发生堵塞,输送机会在停止运转前继续输送更多岩石。在这种情况下,可以轻松地使用 Brokk 机器人提起、旋转和翻转岩石,从而清除堵塞破碎机的障碍物。这些巨石的重量可达 5 吨,直径可达 1.5 至 2 米。

LKAB 非常重视的一个方面是岩石室空间非常有限,以及技术部门承担的改造 Brokk 800 所涉及的挑战。
为了确保正确安装,团队与客户进行了多次沟通和反复核对。由于机器人上方有一个龙门架,存在碰撞的风险,幸亏与 LKAB 的合作才避免了这种情况。此外,团队还需要限制机器人的旋转角度,以防止机器人本体撞到岩壁上。由于他们能够及早解决许多问题,因此在现场安装机器人时没有出现任何意外情况。

这种紧密的合作对双方都有利,因为它意味着可以更快地找到可行的解决方案。对于像本案例中的固定式机器来说,这一点尤为重要,因为需要考虑的力非常巨大。

技术

技术部门有 15 位设计师,他们在产品开发和定制专业机器之间切换——从重达 600 公斤、能够在浴室中操作的机器人,到重达 11 吨、在世界各地矿山和隧道等大型基础设施项目中广泛使用的 800 型机器人,应有尽有。

为维塔福斯矿山设计的800型机器人除了平台之外,还配备了一项名为‘放松系统’的特殊功能。如果机器人发生故障,可以启动该系统使其关节放松。关闭任何液压装载机或机械都会导致机器人停止在该位置并完全僵硬。该公司设计了一个按钮,当‘放松系统’启动时,按下该按钮即可使机器人瘫软。这样,只需用龙门吊将机器人吊起,使其不妨碍作业,也便于维修。

破拆机器人

该公司的破拆机器人分为七个不同的业务领域:建筑、隧道、工艺流程、水泥、应急与救援、采矿和核能。当然,后三个领域对Brokk机器人的要求最高。

这些机器人配备了基础产品中最专业、最齐全的附加设备,包括一套可实现安全距离遥控的摄像头监控系统。该公司已成功将该摄像头监控系统应用于采矿作业中的撬毛工作。
该公司在切尔诺贝利拥有仍在运行的设备,在日本福岛也有几台设备。核灾难发生后,福岛当局迅速派遣了Brokk型设备前往灾区。这些设备用于破拆作业、处理爆破碎片并将其放入防辐射容器中。

该公司始终致力于技术创新,力求成为全球领先的破拆机器人供应商,服务范围遍及世界各地。其生产的90%型机器人从瑞典出口,其中美国是其最大的市场。这些成功得益于林肯隧道(连接新泽西州和曼哈顿)的持续改进,该公司早期的机器人曾参与哈德逊河下的开创性工作。

2019年,该公司收到亚洲一家应急与救援领域客户订购的60台机器人,创下当时单笔订单金额最高纪录。这些机器人专为灾害控制、重建和安保等领域而设计。例如,9·11事件后,Brokk机器人参与并协助了世贸中心遗址的破拆工作。在采矿领域,该公司对南非采矿业的出口额也相当可观。
客户参观矿场时,通常会有一个关于机器人的具体项目计划,但公司更愿意展示机器人的所有应用领域,以便客户能够最大限度地利用机器人。

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