新型散貨移動(dòng)式堆高機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用*

孫遠(yuǎn)韜 　吳　丹 　沈　卓　仝瑞國 　張　氫

(1　同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院　2　無錫松邦科技有限公司)

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新型散貨移動(dòng)式堆高機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用*

孫遠(yuǎn)韜1吳丹2沈卓2仝瑞國2張氫1

(1同濟(jì)大學(xué)機(jī)械與能源工程學(xué)院2無錫松邦科技有限公司)

摘要：為了改進(jìn)目前堆料方法的不足之處，設(shè)計(jì)制造了一種輪胎式移動(dòng)堆高機(jī)械，通過卡車上坡平臺(tái)系統(tǒng)及皮帶機(jī)-臂架系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，可以自由地在碼頭緊湊的空間內(nèi)進(jìn)行堆高布料。實(shí)踐證明，該設(shè)備可以大大提高碼頭的堆放效率及堆高高度，同時(shí)解放人力，降低碼頭堆放成本及建設(shè)資金。

關(guān)鍵詞：移動(dòng); 堆高機(jī); 散貨

1前言

堆料機(jī)是使用在散貨料場上的主力設(shè)備，尤其在煤炭、礦石、糧食、化肥等大宗散貨的儲(chǔ)運(yùn)基地及中轉(zhuǎn)碼頭得到越來越廣泛的應(yīng)用。目前，常見的堆料機(jī)都屬于軌道式堆料機(jī)，需要行走在堆場固定的軌道上面，并且只能走直線，如果要滿足整個(gè)堆場的布料，一般需要多臺(tái)堆料/取料機(jī)同時(shí)作業(yè)。除設(shè)備本身外，軌道基礎(chǔ)的建設(shè)也是一筆不小的投資[1]。而中小型的堆場，或者散雜兼顧的堆場，一般不會(huì)鋪設(shè)軌道基礎(chǔ)，沒有固定的皮帶機(jī)系統(tǒng)，此類堆場往往采用卡車作為水平運(yùn)輸，直接倒料后通過多臺(tái)裝載機(jī)或者挖掘機(jī)進(jìn)行二次堆高，甚至三次堆高[2]。這種作業(yè)方式雖然初期投入成本低，作業(yè)也靈活，但是畢竟比較原始、作業(yè)效率低、也相對粗獷。對柴油的損耗、對粉塵的控制、對物料的多次碾壓導(dǎo)致的貨損等缺點(diǎn)也非常明顯，并且料堆的高度也受到限制，一般經(jīng)過挖掘機(jī)堆高的料堆高度普遍在6～8 m，與堆料機(jī)動(dòng)輒12 m以上的料堆高度，堆場的利用面積也大打折扣。

為了增強(qiáng)這種中小及散雜堆場的競爭力，克服軌道基礎(chǔ)及皮帶機(jī)系統(tǒng)的大投入，設(shè)計(jì)制造了一種輪胎移動(dòng)式的堆高機(jī)，可以自由地在堆場進(jìn)行布料，并接受卡車的直接倒料，極大地提高了堆場的堆放效率，同時(shí)降低能耗，解放人力，為碼頭降低堆放成本。

2移動(dòng)式堆高機(jī)的子系統(tǒng)組成

移動(dòng)式堆高機(jī)設(shè)計(jì)能力為3 000 t/h，堆高12 m，能夠滿足2輛卡車的同時(shí)卸車作業(yè)。其工作機(jī)構(gòu)主要由臂架系統(tǒng)、皮帶機(jī)系統(tǒng)、卡車上坡平臺(tái)系統(tǒng)以及大車行走系統(tǒng)組成，如圖1所示。

圖1　移動(dòng)堆高機(jī)系統(tǒng)圖

2.1臂架系統(tǒng)

臂架系統(tǒng)主要由臂架俯仰機(jī)構(gòu)和臂架金屬結(jié)構(gòu)組成。臂架結(jié)構(gòu)長30 m，通過俯仰機(jī)構(gòu)的作用，可以俯仰0～20°，從而將其上的皮帶機(jī)所載物料揚(yáng)高12 m，實(shí)現(xiàn)物料堆高的功能。為了減輕臂架重量，臂架采用桁架結(jié)構(gòu)形式(如圖2所示)，并通過單出繩的鋼絲繩卷揚(yáng)系統(tǒng)進(jìn)行俯仰動(dòng)作，保證了門架在固定的狀態(tài)下實(shí)現(xiàn)臂架的相對回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。受到地面承載能力的限制，回轉(zhuǎn)角度的范圍為-15°～+15°。

圖2　臂架結(jié)構(gòu)有限元應(yīng)力云圖

2.2皮帶機(jī)系統(tǒng)

皮帶機(jī)系統(tǒng)包括臂架皮帶機(jī)和上料皮帶機(jī)，均采用變頻驅(qū)動(dòng)。

臂架皮帶機(jī)采用內(nèi)藏式設(shè)計(jì)，上托輥的支架與臂架桁架的水平撐桿采用一體化設(shè)計(jì)，整條皮帶機(jī)處于桁架內(nèi)部運(yùn)行，充分利用桁架高度，以減少迎風(fēng)面積，并優(yōu)化了整機(jī)的布置高度。

上料皮帶機(jī)分為爬坡段和受料段，采用變槽角設(shè)計(jì)。爬坡段采用標(biāo)準(zhǔn)的35°槽角，以保證最大傾角。受料段采用10°槽角，為能承受卡車的直接倒料，采用加密布置，并在上方設(shè)置緩沖格柵。

上料皮帶機(jī)還設(shè)置有料流檢測，當(dāng)檢測到料流時(shí)，皮帶機(jī)系統(tǒng)處于滿速運(yùn)行；當(dāng)沒有料流時(shí)，皮帶機(jī)系統(tǒng)處于低速運(yùn)行，以達(dá)到節(jié)能的效果。

2.3行走驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)

圖3　行走驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)

為了提高整機(jī)的工作范圍與靈活性，與以往的軌道式行走方式不同，本設(shè)計(jì)采用輪胎式行走方式并結(jié)合液壓轉(zhuǎn)向機(jī)構(gòu)，可以靈活地在作業(yè)區(qū)域轉(zhuǎn)任意轉(zhuǎn)向、直行、橫走，方便轉(zhuǎn)移至別的作業(yè)區(qū)域，大大擴(kuò)展了作業(yè)能力和工作區(qū)域，如圖3所示。左右兩側(cè)的車輪行走線速度可以通過差速機(jī)構(gòu)自動(dòng)調(diào)節(jié)，實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)彎的線速度差異,從而保證轉(zhuǎn)彎的平穩(wěn)性；同時(shí)行走機(jī)構(gòu)可以通過頂升油缸來調(diào)節(jié)地面的不平整，在受料工作階段還可以直接抬離地面，使得整個(gè)車架結(jié)構(gòu)支撐在地面上，既保護(hù)輪胎，又增加受料階段的工作穩(wěn)定性。

2.4卡車上坡平臺(tái)系統(tǒng)

為保證卡車能夠順利并直接卸料給上料皮帶機(jī)，本堆高機(jī)專門設(shè)置了卡車上坡平臺(tái)系統(tǒng)(如圖4所示)，隨著堆高機(jī)一起移動(dòng)，并且左右側(cè)各1套，滿足雙向均可卸料的要求。避免了需要鋪設(shè)臨時(shí)坡道的工作，增強(qiáng)了作業(yè)靈活性。

卡車上坡平臺(tái)系統(tǒng)，工作狀態(tài)落地時(shí)，充分考慮了卡車車廂揚(yáng)起后的最低位置，并優(yōu)化了卡車的上坡角度。非工作狀態(tài)收起時(shí)，為降低整機(jī)高度，采用液壓折疊式翻板設(shè)計(jì)。當(dāng)一側(cè)工作時(shí)，另一側(cè)始終處于收起非工作狀態(tài)，使得整個(gè)卡車卸料口永遠(yuǎn)處于三面的近乎密閉空間，配以噴淋抑塵系統(tǒng)，可以起到理想的抑塵效果。

圖4　卡車上坡平臺(tái)

3機(jī)械系統(tǒng)性能分析與應(yīng)用

3.1鋼結(jié)構(gòu)的安全性

為了保證機(jī)械系統(tǒng)的安全性，采用FEM規(guī)范進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并借助有限元分析校核了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，其結(jié)果均符合規(guī)范要求。

3.2運(yùn)行調(diào)試情況

現(xiàn)場的運(yùn)行情況證明，所設(shè)計(jì)的移動(dòng)式堆高機(jī)堆高能力達(dá)到3 000 t/h，堆高12 m，能夠滿足同時(shí)2輛卡車的卸車作業(yè)。可使用柴油發(fā)電機(jī)和岸電2種供電方式，而完成這些堆高工藝僅需要配備1名司機(jī)，極大縮減了碼頭司機(jī)配備，且提高了港口的生產(chǎn)效率，也方便了港口的堆高作業(yè)，節(jié)省了碼頭堆場空間。

4結(jié)語

為了改進(jìn)目前堆料機(jī)的不足之處，減少設(shè)備對碼頭建設(shè)再建設(shè)基礎(chǔ)和布設(shè)鋼軌要求，設(shè)計(jì)制造了一種帶有自驅(qū)動(dòng)且有回轉(zhuǎn)功能的移動(dòng)式堆高系統(tǒng)，因此可以自由地在碼頭緊湊的空間內(nèi)進(jìn)行布料。該

裝備的應(yīng)用實(shí)踐證明，可以大大提高碼頭的堆放效率，同時(shí)降低能耗，解放人力，為降低碼頭堆放成本發(fā)揮積極作用。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]朱明. DBK2000.43型堆料機(jī)門座架及行走機(jī)構(gòu)靜力學(xué)分析[J]. 機(jī)械工程師，2015(11)：131-132.

[2]張可能，趙玉鳳. 各種卸料機(jī)-堆料機(jī)組合方案的比較[J]. 世界采礦快報(bào)，2015(11)：16-18.

Design and Application of a New Type Mobile Stacker for Bulk Cargo

Sun Yuantao1Wu Dan2Shen Zhuo2Tong Ruiguo2Zhang Qin1

(1School of Mechanical Engineering Tongji University2 Wuxi Songbang Technology Ltd.)

Abstract:For improving the shortcomings of the existing stacking method, this paper designs and manufactures a mobile wheel stacker by using the truck uphill platform system and the belt conveyor jib system, which can operating freely in the compact space on the wharf. Proved by practice that this device can increase the stacking efficiency and height greatly, liberate the manpower and reduce the cost of stacking and construction of wharf.

Key words:mobile; stacker; bulk cargo

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.02.004

收稿日期：2016-03-10

基金項(xiàng)目：

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(51205292)

國家科技支撐項(xiàng)目(2014BAF08B05)

國家科技支撐項(xiàng)目(2015BAF06B00)

孫遠(yuǎn)韜: 201804, 上海市曹安公路4800號