一種全自動采鹽機的機械結(jié)構(gòu)設計

劉　旦，吳　波，金紹江

(長春工程學院工程訓練中心，長春 130012)

0　前言

目前，國內(nèi)產(chǎn)鹽業(yè)是一種勞動密集型產(chǎn)業(yè)，特別是對一些靠海水晾曬的中小型鹽池來說，絕大多數(shù)企業(yè)主要靠人力完成海水晾曬后的鹽業(yè)收集運送工作，產(chǎn)業(yè)自動化程度低，人員作業(yè)條件艱苦、勞動強度大，行業(yè)競爭力弱。為了減輕產(chǎn)業(yè)員工的勞動強度，提高勞動生產(chǎn)效率，同時，隨著海鹽生產(chǎn)人工成本的不斷提高，從事海鹽生產(chǎn)的企業(yè)迫切需要一種能集采、送于一體的自動化機械設備來替代現(xiàn)有的比較陳舊的斷續(xù)采收設備。目前，世界上采鹽業(yè)除企業(yè)大型化，設備自動化、多功能化與一體化外，正向著資源綜合利用、生產(chǎn)方式節(jié)能環(huán)保方向發(fā)展。

鹽場主要采用海水晾曬方式產(chǎn)鹽，平均年產(chǎn)海鹽80萬t以上，開發(fā)設備針對施工區(qū)鹽池多為長80 m、寬40 m的長方形，最大水深約0.5 m。鹽池底部不十分平整，要求采鹽機采鹽后不留死角，不能對鹽池底部產(chǎn)生破壞。

1　采鹽機總體方案設計

1.1　采鹽機主要參數(shù)確定的基本依據(jù)

主要參數(shù)的選擇及確定是采鹽機總體方案設計中的重要環(huán)節(jié)，也是行走系統(tǒng)、采收機構(gòu)和排送系統(tǒng)等環(huán)節(jié)的設計基礎。它對機體總體布置、控制方案設計、外購件選型等都有著十分重要的影響。因此，主要參數(shù)與結(jié)構(gòu)方案的確定往往是交叉反復進行并通過反復比較后才能最終確定的。主要參數(shù)選擇的主要依據(jù)如下：1)設計任務書所規(guī)定的生產(chǎn)率、排送距離、排送高度等作業(yè)要求和工作條件等；2)使用單位的其他具體要求，如造價、主要外購件廠家等要求；3)協(xié)作制造廠的生產(chǎn)制造條件，類似產(chǎn)品的相關(guān)經(jīng)驗等；4)國內(nèi)外同類產(chǎn)品的技術(shù)資料、參考文獻以及相關(guān)標準等。

在確定主要參數(shù)時，必須正確處理好實用性、先進性、可靠性和經(jīng)濟性之間的正確關(guān)系；正確處理相互制約的有關(guān)參數(shù)間的關(guān)系，主次分明，局部服從整體。經(jīng)反復論證，本產(chǎn)品主要設計參數(shù)如下：1)內(nèi)燃機功率38 kW(2 200 rad/min)；2)砂礫泵電機功率55 kW；3)砂礫泵設計流量 200 m3/h，；4)液壓系統(tǒng)壓力20 MPa；5)砂礫泵型號6/4D-G；6)射流泵功率7.5 kW；7)軌距1 600 mm；8)履帶寬度450 mm；9)切削寬度2 360 mm；10)機體高度2 700 mm；11)作業(yè)水深<500 mm；12)最大采鹽厚度260 mm；13)理論生產(chǎn)率40～60 m3/h。

1.2　采鹽機基本組成

采鹽機動力有兩部分：一部分為38 kW柴油機，該柴油機通過高彈性聯(lián)軸器驅(qū)動液壓泵為行走馬達、絞龍馬達以及液壓升降油缸提供動力；另一部分為三相交流動力電，驅(qū)動55 kW電機為砂礫泵及射流泵提供動力。

采鹽機按照功能劃分為以下幾部分：

1)發(fā)動機部分：4100柴油機，燃油箱，散熱水箱及機油散熱器。

2)底盤行走系統(tǒng)：驅(qū)動輪、支重輪、導向輪、拖輪、張緊彈簧以及橡膠履帶等。

3)液壓系統(tǒng)：液壓泵、電液比例閥組、絞龍馬達、行走馬達、升降油缸、平衡閥、液壓油散熱器、高速行走控制閥、行走合流閥塊、油缸分流閥快、液壓油箱等。

4)電氣自控系統(tǒng)：包括開關(guān)量輸入輸出模塊(基礎模塊)，模擬量輸入輸出模塊；模擬量輸入信號發(fā)生器，模擬量輸出放大器；電機起?？刂齐姎?；24 DC電氣控制電源。

5)兩相流泵送系統(tǒng)：砂礫泵、射流泵、淡水循環(huán)泵以及相對應的驅(qū)動電機。

6)集料器：包括集料斗、集料絞龍及采收自動測厚裝置。

7)金屬結(jié)構(gòu)：底盤機架以及上車安裝平臺。

1.3　采鹽機采收機構(gòu)的設計

現(xiàn)場實地屬于單個鹽池，面積較小(大多約為3 000～5 000 m2)，作業(yè)水深較淺，鹽池底部不十分平整，晶體間結(jié)晶板結(jié)的硬度不大，類似工程施工中的Ⅲ類土壤，并非死碴鹽，經(jīng)破碎后可以實現(xiàn)管路輸送，根據(jù)這些特性，選擇具有集破碎、收集于一體的螺旋滾筒作為該機采收機構(gòu)的總體方案。

螺旋滾筒(圖1)采用馬達、行星減速機驅(qū)動，轉(zhuǎn)速可無級調(diào)節(jié)。該裝置上設有破碎齒、集料螺旋和平整刮板。集料器支臂與行走車架鉸接相連，機架前端設兩只鉸接油缸驅(qū)動集料器的起落，如圖2所示。集料裝置中底部為鹽泵吸入口，與鹽泵入口之間由吸入膠管相連。

圖1　螺旋滾筒采收機構(gòu)

圖2　采收機構(gòu)總圖

該機構(gòu)具有以下優(yōu)點：

1)采用內(nèi)藏減速機式液壓馬達，驅(qū)動滾輪上焊有楔狀合金齒的螺旋滾筒，不但易于實現(xiàn)無極調(diào)速，使傳動機構(gòu)大為簡化，還有利于鹽層的破碎和鹽池邊角的采收作業(yè)，不留或少留死角；

2)改變滾筒左右兩側(cè)的螺旋旋向，不但可以對中間吸料口提供主動式喂料功能，還可以為輸送系統(tǒng)提供晶體與海水之間的造漿作用；

3)選擇合適的傳輸螺距，配合適當?shù)霓D(zhuǎn)速，可以實現(xiàn)比較均勻的采掘厚度；

4)通過自控傳感器采集鹽層表面狀態(tài)信號，自動控制采收機構(gòu)，提升油缸，易于實現(xiàn)鹽層的等厚度采集，避免采收機構(gòu)對鹽池底部的破壞；

5)該機構(gòu)結(jié)構(gòu)簡單，易于制造，在糧食輸送、河道清淤等系統(tǒng)都有成功應用。

1.4　采鹽機輸送系統(tǒng)的確定

目前通用的水采系統(tǒng)輸送方式有水運和旱運兩種。旱運主要是將水采機采集的鹽通過輸送帶等轉(zhuǎn)運設備轉(zhuǎn)移到陸用運輸機械設備上，再由運輸車輛通過陸路方式運至堆料場地，其工藝流程如圖3所示。

圖3　水采旱運工藝簡圖

由圖3可知，此種采運方式特別適合遠距離輸送，改變設備類型，可以適合不同的生產(chǎn)規(guī)模，其缺點是該種采收工藝需要較多的設備類型和較大的作業(yè)面，施工作業(yè)復雜，人員需求量大。本項目的輸送方案選擇水運方式，其構(gòu)成如圖4。

圖4　采鹽機水運方案構(gòu)成簡圖

鹽泵出口接排管至機尾回轉(zhuǎn)接頭，回轉(zhuǎn)接頭與輸送管路相連，水中及岸上的排管均采用高密度聚乙烯管，耐壓1.0 MPa，外徑180 mm，壁厚16 mm，長度8 m，兩端管口用熱脹法制成喇叭狀，通過金屬法蘭和內(nèi)密環(huán)連接，連接強度好，密封可靠，流道順暢。內(nèi)徑表面光滑，具有很高的耐磨性，在價格和使用壽命上都較鋼管有明顯優(yōu)勢。其曲率半徑為3 m，取代膠管，直接用作水上浮管。浮管與采鹽機和岸管連接處均由回轉(zhuǎn)接頭相連，以保證大角度變向。

泵的入口及出口附近均設壓力表法蘭，用于安裝真空表及壓力表，施工中用于監(jiān)控采收及輸送系統(tǒng)壓力。

1.5　采鹽機動力系統(tǒng)的選擇

工程機械的動力源主要有兩大類：內(nèi)燃機和電動機。

內(nèi)燃機是將燃料燃燒的化學能轉(zhuǎn)化為機械能的設備，其應用范圍非常廣泛，地面上的各種車輛，建筑、礦山、農(nóng)業(yè)、林業(yè)等領域應用的各種工程車輛都在大量使用內(nèi)燃機作為動力源。電動機則是將線路中的電能轉(zhuǎn)化為機械能為設備提供動力，與內(nèi)燃機的工作原理不同。

兩者相比，內(nèi)燃機傳動控制復雜，維護成本高，功率體積比較大，工作中會排出廢氣，污染環(huán)境，噪音也很大，但它在燃料易于攜帶，非常適合缺少電網(wǎng)的野外作業(yè)。而電動機功率體積比小，工作中不排出廢氣，噪音較低，且結(jié)構(gòu)簡單易于控制，易于維護，但它在工作中需要電能，而較大功率的電能不易攜帶(電池容量受到限制)，因此，應用環(huán)境受到限制，即在條件具備時采用電動機，相對來說比較合適。

根據(jù)項目場地的實際情況，本項目采用電機和柴油機混合動力系統(tǒng)：380 V三相交流電為離心式鹽泵作業(yè)提供動力，而與其配合的破碎收料器和橡膠履帶行走裝置等輔助設備以柴油機為動力?；旌蟿恿υ吹膬?yōu)點在于既解決現(xiàn)場移位時拖帶電纜造成的行走不便，又避免裝機容量過大帶來的動力浪費，同時降低了作業(yè)時的動力成本(柴油與電力的價格差別)。

2　結(jié)語

全自動采鹽機屬于機、電、液一體化設備，采取液力輸送方式集采收送等多功能于一體。施工中該機邊行進邊采收，作業(yè)行進速度采用液壓無極變速，并可根據(jù)鹽層厚度調(diào)節(jié)行進速度，實現(xiàn)恒功率控制。

該機具有省人、省力、高效、可水中作業(yè)等特點，是海鹽生產(chǎn)機械化作業(yè)的理想機型，將大幅度提高采鹽效率。

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