一種基于礦石碼頭的履帶式防堵料裝置

王海瀾

（交機(jī)電工程局有限公司，北京 100088）

在礦石碼頭卸船過(guò)程中，半塊狀和粉狀礦石變成礦料時(shí)，容易在轉(zhuǎn)接機(jī)房的漏斗溜槽底部的收口處發(fā)生堆積，礦石流量過(guò)大就會(huì)發(fā)生堵料，嚴(yán)重影響卸船效率。通常采用人工捅料和開(kāi)啟振打器，但疏導(dǎo)礦料效率低下、收效甚微。針對(duì)以上狀況研制的履帶式防堵料裝置可有效地解決堵料問(wèn)題。提高了卸船效率，節(jié)省了總成本。

1 防堵料裝置的工作原理及特點(diǎn)

1.1 裝置的結(jié)構(gòu)組成

如圖1 所示，1 和5 分別為上、下清掃器，用來(lái)清除履帶上粘滯的礦料。2 為彈簧懸掛裝置，使下清掃器保證緊貼著履帶工作。3 為防堵料裝置機(jī)架，是整個(gè)裝置所有部件連接的結(jié)構(gòu)框架。4 為電機(jī)驅(qū)動(dòng)單元，由交流電機(jī)、行星減速器和蝸輪蝸桿減速器組成。6 為支撐鏈輪，共3 組，起到支撐并驅(qū)動(dòng)履帶運(yùn)行的作用。7 為履帶，履帶板表面有凹槽可以實(shí)現(xiàn)料打料，增加耐磨性；8 為罩殼，由鋼板焊接組成，起到回收余料到皮帶機(jī)的作用。

圖1 裝置結(jié)構(gòu)的組成

1.2 裝置的工作原理

當(dāng)碼頭卸載礦料時(shí)，設(shè)置在漏斗溜槽底部收口斜板處的裝置開(kāi)始工作：電機(jī)驅(qū)動(dòng)鏈輪，使履帶緩慢運(yùn)轉(zhuǎn)，攪動(dòng)其附近致密的積料使之松動(dòng)，且履帶上的礦料不斷地被下清掃器刮掉，循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，達(dá)到防止礦料堆積堵料的效果。余下漏料由罩殼收集并回收線上，避免了二次污染、浪費(fèi)。如圖2 防堵料裝置安裝及料流示意。

1.3 裝置的技術(shù)特點(diǎn)

因?yàn)榇搜b置工作環(huán)境惡劣復(fù)雜，為了提高其可靠性，整套裝置不增設(shè)任何傳感器，由4 顆螺栓固定在漏斗溜槽底部的斜板上。當(dāng)需要清理礦料時(shí)，開(kāi)啟裝置后履帶便持續(xù)勻速運(yùn)轉(zhuǎn)。裝置各部件應(yīng)具有耐磨損、耐腐蝕、可靠性高等，所以履帶板、銷軸、驅(qū)動(dòng)鏈輪和各支撐鏈輪采用錳合金鋼，銷軸直徑d=16mm。履帶防護(hù)采用料打料保護(hù)策略。

考慮到上下清掃器工作壽命和經(jīng)濟(jì)因素，采用鑄鐵材質(zhì)并可更換設(shè)計(jì)。為防止履帶與下清掃器因夾料導(dǎo)致裝置崩壞，下清掃器設(shè)置彈簧懸掛器，有效避免上述問(wèn)題發(fā)生。采用行星齒輪和蝸輪蝸桿混合的減速器驅(qū)動(dòng)履帶，使裝置結(jié)構(gòu)緊湊，且保證履帶的基礎(chǔ)推力，輕松帶走履帶與下清掃器之間的夾雜礦石。

圖2 防堵料裝置安裝及礦料運(yùn)動(dòng)狀況示意圖

2 防堵料裝置的危險(xiǎn)部件強(qiáng)度校核

卸料過(guò)程中，礦料對(duì)漏斗溜槽內(nèi)有傾斜角度襯板的沖擊較大，裝置代替了原有部位陶瓷襯板，須承受沖擊而不發(fā)生損壞。根據(jù)漏斗溜槽結(jié)構(gòu)結(jié)構(gòu)分析，履帶的部分是校核的重點(diǎn)，履帶上的銷軸（直徑最細(xì)）屬于危險(xiǎn)部件。

結(jié)合黃驊港礦石碼頭卸船給出分析，建模選參數(shù)：選取T4 轉(zhuǎn)接機(jī)房的漏斗進(jìn)行分析，漏斗最大高度為11m，鐵礦石密度為4800kg/m3，礦料垂直初始速度v0=0m/s，皮帶機(jī)運(yùn)力設(shè)為超載值7500t/h，假設(shè)不考慮內(nèi)摩擦，漏斗內(nèi)傾斜襯板的平均角度為60 度，礦料在漏斗溜槽內(nèi)運(yùn)行軌跡如圖2-1，礦料滑行到傾斜溜槽結(jié)束時(shí)的垂直速度為v1，運(yùn)動(dòng)到最后傾斜襯板前一刻垂直速度為v2，礦料出口（經(jīng)測(cè)量）垂直速度約為v3=5m/s。

如圖2 礦料運(yùn)動(dòng)狀況所示，斜溜槽為漏斗總高度的2/5，傾角為60°。根據(jù)上述條件，求解礦料下落到底部沖擊防堵料裝置前一刻的垂直速度v2。

根據(jù)（1）、（2）式帶入數(shù)據(jù)得v2=13.3m/s。

根據(jù)皮帶機(jī)最大運(yùn)力和鐵礦石密度，求得每秒沖擊在防堵料裝置的質(zhì)量為m=2083kg，根據(jù)沖量守恒mv2?mv3=F1t，假設(shè)每秒鐘的礦料沖擊在單塊履帶板上，單履帶板承受的沖力為F1=17289N。

履帶銷軸采用直徑d=16mm 的40Cr（調(diào)質(zhì)處理）材質(zhì)，查銷軸常用材料力學(xué)性能表得；此直徑的40Cr 銷軸許用剪切應(yīng)力為σ=210MPa，根據(jù)此裝置履帶的鉸接特點(diǎn)，每塊履帶板相當(dāng)由4 處銷軸鏈接。如果履帶被撕裂則需要沖力F2。

代入數(shù)據(jù)得：F2=168806NF2/F1≈9.8，即礦料的沖擊力是履帶承受最大沖力的1/9.8 倍，又因建模數(shù)據(jù)取極限值，故履帶性能滿足重載礦料持續(xù)沖擊。

3 防堵料裝置在碼頭現(xiàn)場(chǎng)的應(yīng)用

此裝置結(jié)構(gòu)堅(jiān)固、緊湊，適用于運(yùn)力較大的礦料運(yùn)輸環(huán)境以及碼頭現(xiàn)有的普通漏斗改造安裝。不需要更換現(xiàn)有底部漏斗和專業(yè)廠家的協(xié)助。只需拆卸普通漏斗斜面上的陶瓷襯板并切割出與防堵料裝置匹配的方孔，開(kāi)4 個(gè)尺寸合適的裝配孔并墊上橡膠密封圈，然后，用吊車、手拉葫蘆等起重工具把裝置固定裝配，即可完成防堵料漏斗的改造。

為了適應(yīng)其惡劣的工作環(huán)境，緊固裝置的4 顆螺栓加強(qiáng)了防銹處理，漏斗內(nèi)部設(shè)有沉槽孔，裝配好螺栓后在沉槽孔內(nèi)塞入陶瓷塞，防止礦料對(duì)螺栓帽的沖擊破壞。為了防堵料裝置自身漏料，專門設(shè)置了余料收集罩殼，罩殼的材料采用不銹鋼材料制作，收集零散泄漏料流向皮帶機(jī)的工作面，目的是為了不造成二次污染和浪費(fèi)。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)實(shí)踐分析碼頭運(yùn)輸中潮濕粉狀礦料在漏斗內(nèi)發(fā)生堵料的原理，研制出一種履帶式防堵料裝置，并通過(guò)3D 建模分析其機(jī)械結(jié)構(gòu)布局的合理性、關(guān)鍵部件的可靠性和整體裝置的經(jīng)濟(jì)性，分析其處理堵料核心部件的機(jī)械強(qiáng)度，此裝置的普遍適應(yīng)性和對(duì)現(xiàn)有機(jī)房漏斗改造成防堵料漏斗的成本低的特點(diǎn)，得出此裝置有較高的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。