帶斗門座起重機(jī)用除塵料斗的設(shè)計(jì)及選型

申小強(qiáng)

大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司 大連 116013

0 引言

當(dāng)今各港口碼頭均倡導(dǎo)裝卸設(shè)備低碳環(huán)保理念，綠色港口、綠色裝卸等口號(hào)相繼提出。對(duì)于散料裝卸碼頭而言，帶斗門座起重機(jī)、抓斗卸船機(jī)是主要的卸船設(shè)備。這些卸船設(shè)備的環(huán)保性能直接影響到整個(gè)碼頭的環(huán)保指標(biāo)。料斗作為帶斗門座起重機(jī)、抓斗卸船機(jī)等設(shè)備的物料轉(zhuǎn)接部件，主要用于轉(zhuǎn)接由抓斗抓取的物料接卸工作。本文詳細(xì)介紹了一種用于帶斗門座起重機(jī)的除塵料斗，為除塵料斗的設(shè)計(jì)、選型計(jì)算提供詳實(shí)、有效的依據(jù)。

1 帶斗門座起重機(jī)介紹

帶斗門座起重機(jī)的主要構(gòu)成如圖1所示，通過連接在門座起重機(jī)臂架頭部的抓斗抓取物料，通過臂架變幅、回轉(zhuǎn)動(dòng)作，將抓斗中的物料轉(zhuǎn)接至料斗，并由料斗將物料轉(zhuǎn)載至碼頭帶式輸送機(jī)。帶斗門座起重機(jī)種類繁多，布置形式各異，其中料斗的布置形式主要可分為牽引式料斗（見圖2）和機(jī)內(nèi)式料斗，而機(jī)內(nèi)料斗又可分為固定式料斗（見圖3a）、縱向移動(dòng)式料斗（見圖3b）和橫向移動(dòng)式料斗（見圖3c）。

圖1 帶斗門座起重機(jī)的主要構(gòu)成

圖2 牽引式料斗

圖3 機(jī)內(nèi)料斗

無論何種組合形式的帶斗門座起重機(jī)，料斗除塵系統(tǒng)是必不可少的。根據(jù)不同的物料，除塵系統(tǒng)又可分為干式除塵和濕式除塵2大類，其中濕式除塵根據(jù)用水量的多少又可分為灑水除塵、水霧除塵、干霧除塵等。本文以國外某銅礦800 t/h帶斗門座起重機(jī)為例，從設(shè)計(jì)、選型、計(jì)算等方面介紹分析一種用于銅粉礦的干式除塵料斗。

2 除塵料斗

2.1 除塵料斗的組成及功能

示例800 t/h帶斗門座起重機(jī)主要用于銅粉礦的接卸作業(yè)，銅粉密度2.0 t/m3，粒度200μm，動(dòng)堆積角39°，濕度10%，粘度大，易起拱。按照銅粉礦的物料特性，其除塵系統(tǒng)宜采用干式除塵，同時(shí)需要兼顧破拱、防堵料等技術(shù)特點(diǎn)。

除塵料斗主要分為上、下兩部分結(jié)構(gòu)，上部結(jié)構(gòu)主要包括上部料斗體、擋風(fēng)墻、接料板、振動(dòng)格柵、布袋除塵器、除塵器控制系統(tǒng)、空壓機(jī)組、吹灰管等；下部結(jié)構(gòu)主要包括下部料斗體、破拱器、空氣炮、出料閘門、振動(dòng)給料器或帶式給料機(jī)等。干式除塵料斗如圖4所示。

圖4 干式除塵料斗

除塵料斗斗體上、下兩部分通過法蘭連接，是料斗的主體構(gòu)件。其中上部斗體支撐于門座起重機(jī)門架上，其余各部件均輔助安裝與料斗斗體上。

1)擋風(fēng)墻 擋風(fēng)墻的主要功能是當(dāng)抓斗在料斗上方打開時(shí)，防止粉塵在風(fēng)載荷作用下擴(kuò)散，擋風(fēng)墻通常在料斗上方的三面布置，空出料斗前沿，便于抓斗順利通過。

2）布袋除塵器[1]布袋除塵器是除塵系統(tǒng)的主體，由風(fēng)機(jī)、箱體、布袋等組件構(gòu)成，應(yīng)用負(fù)壓除塵原理，將粉塵吸附至布袋上，布袋清灰原理如圖5所示，布袋架內(nèi)置應(yīng)用文丘里效應(yīng)導(dǎo)流槽、隨布袋膨脹的鋼網(wǎng)活連接結(jié)構(gòu)，清灰效果好，使用壽命得到有效保障。

圖5 布袋清灰原理

3）吹灰管 吹灰管配合布袋除塵器使用，吹灰管在控制系統(tǒng)的控制下，有規(guī)律地吹打除塵濾網(wǎng)，可將布袋吸附的粉塵有效地反吹入料斗內(nèi)。

4）出料閘門 出料閘門通常由液壓推桿驅(qū)動(dòng)，控制出料口的大小，進(jìn)而控制料斗出料量。

5）振動(dòng)格柵 振動(dòng)格柵如圖6a所示，是除塵料斗的重要組成部分，格柵本身起緩沖物料、除大塊，避免料斗堵塞的作用。為使物料尤其是粘性物料順利通過格柵，格柵上部配置振動(dòng)電動(dòng)機(jī)，格柵下部采用彈簧支撐形式，使振動(dòng)格柵形成振動(dòng)篩。同時(shí)為防止粉塵的逸散，振動(dòng)格柵口配置鎖風(fēng)擋板，鎖風(fēng)板結(jié)構(gòu)原理如圖6b所示。這種振動(dòng)格柵即可滿足物料順利通過，又可有效防止粉塵逸散，可以將90%以上的揚(yáng)塵封閉在料斗內(nèi)部，環(huán)保效果比較理想。

圖6 振動(dòng)格柵與鎖風(fēng)板

6）接料板 接料板的作用是防止抓斗在運(yùn)行過程中灑落的物料掉落到水中或砸到下放設(shè)備，當(dāng)接料板中灑落的物料堆積滿時(shí)，可通過鋼絲繩卷揚(yáng)裝置或液壓推桿裝置將物料收集到料斗內(nèi)。

7）破拱器 破拱器安裝在下部斗體中，用于防止物料堆積起拱，使物料可以順利到達(dá)料斗底部振動(dòng)給料器處。

8）空氣炮 物料粘度較高時(shí)，容易粘附在斗壁上，造成堵料，配置空氣炮可有效緩解物料粘附，起到疏通物料的作用。

9）振動(dòng)給料器 振動(dòng)給料器作為料斗出料的執(zhí)行元件，其性能直接影響到整機(jī)的生產(chǎn)率，因此，選擇合適的振動(dòng)給料器非常重要。

10）除塵器控制系統(tǒng) 除塵系統(tǒng)配置獨(dú)立的控制系統(tǒng)，除塵系統(tǒng)的啟動(dòng)與抓斗在料斗上方打開動(dòng)作連鎖，在保證除塵效果的前提下，降低能耗。

11）空壓機(jī)組 空壓機(jī)組包含空壓機(jī)及儲(chǔ)氣罐等，為空氣炮等提供氣源。

12）帶式給料器 料斗出料口通常除配置振動(dòng)給料器外，也可配置帶式給料器，帶式給料器工作原理是通過輸送帶輸送將料斗內(nèi)物料拽出；在選擇帶式給料器時(shí)，需考慮壓在帶式輸送機(jī)上的物料量，如果物料易起拱，帶式給料器輸送帶與物料間易發(fā)生打滑現(xiàn)象。

上述除塵料斗各組件配合使用，可有效防止粉塵逸散，振動(dòng)格柵可避免格柵積料現(xiàn)象的發(fā)生，料斗內(nèi)破拱器與空氣炮的設(shè)置，可有效防止料斗內(nèi)部堵料。

2.2 除塵料斗工作原理

除塵料斗的關(guān)鍵技術(shù)包括上部格柵防堵料、粉塵防擴(kuò)散、料斗內(nèi)部物料防起拱、下部出料口防堵塞等，其工作原理圖見圖7。

圖7 除塵料斗工作原理圖

除塵系統(tǒng)與抓斗開閉機(jī)構(gòu)連鎖，當(dāng)抓斗打開卸料時(shí)，除塵系統(tǒng)隨即啟動(dòng)，物料經(jīng)過振動(dòng)格柵孔落入料斗內(nèi)部，粘附在格柵上的物料，在格柵振動(dòng)電動(dòng)機(jī)作用下也進(jìn)入物料，物料落入料斗內(nèi)時(shí)由于沖擊產(chǎn)生大量粉塵，粉塵在上揚(yáng)過程中90%被振動(dòng)格柵鎖風(fēng)板阻擋，不會(huì)擴(kuò)散至料斗外，含塵氣體由除塵器底部進(jìn)入收集，被過濾下料的粉塵經(jīng)電控系統(tǒng)控制有吹灰管自動(dòng)噴吹清灰，噴吹下料的粉塵落入料斗內(nèi)部；經(jīng)過濾后的無塵其他排入大氣中。

料斗內(nèi)物料在重力作用下落入料斗下部，物料在下降的過程中經(jīng)過位于料斗內(nèi)部的破拱器，可有效防止物料起拱。當(dāng)物料粘度大，粘附于斗壁時(shí)，可通過空氣炮對(duì)粘附于斗壁上的物料進(jìn)行吹打振動(dòng)，使物料順利下落，并經(jīng)振動(dòng)給料器輸出。物料在料斗內(nèi)的輸送過程如圖8所示。

圖8 物料在料斗內(nèi)的輸送過程

上述流程中，除塵器是整個(gè)除塵系統(tǒng)的核心元件，振動(dòng)格柵、空氣炮、破拱器等均是為實(shí)現(xiàn)物料順利輸送的輔助元件，在物料輸送過程中起到關(guān)鍵的作用。

2.3 除塵料斗主要組件選型

1）除塵系統(tǒng)選型計(jì)算[2]

振動(dòng)格柵上的鎖風(fēng)板將料斗內(nèi)部形成了一個(gè)有效的密封罩，為了保證料斗內(nèi)有一定的負(fù)壓，必須滿足料斗內(nèi)進(jìn)氣和排氣量的總平衡。其排氣量Q3等于被吸入料斗內(nèi)的空氣量Q1和污染源氣體量Q2，即Q3=Q1+Q2，但理論上計(jì)算Q1和Q2是困難的，通常情況下是按經(jīng)驗(yàn)公式來計(jì)算料斗內(nèi)的排風(fēng)量。按截面風(fēng)速計(jì)算排風(fēng)量，此法常用于大容積密閉罩。一般吸氣口設(shè)在密封罩的上口部，其計(jì)算式為

Q3=3 600Av

式中：Q為排氣量，A為密閉罩截面積，v為垂直于密閉罩面的平均風(fēng)速，一般取0.25～0.5 m/s。

按照計(jì)算的除塵風(fēng)量，合理選配除塵器的型號(hào)及數(shù)量，同時(shí)合理布置除塵器位置，可滿足除塵料斗使用要求。

示例800 t/h帶斗門座起重機(jī)除塵料斗除塵器選型計(jì)算為：料斗截面積A=49 m2，排氣量Q=3 600×49×(0.25～0.5)=44 100～88 200 m3/h。

除塵系統(tǒng)共配置9臺(tái)風(fēng)量為5 000 m3/h的插入式扁布袋除塵器，除塵器型號(hào)為DLMV30/10-F，采用自動(dòng)脈沖反向噴吹清灰形式，過濾面積30 m2，驅(qū)動(dòng)功率7.5 kW。為配合9臺(tái)除塵器工作，配備一臺(tái)雙螺桿式空壓機(jī)，供氣量2.15 m3/min。

2）振動(dòng)給料器選型[3]

下游接收帶式輸送機(jī)的寬度確定了料斗下口的寬度，即確定了振動(dòng)給料器的寬度，則振動(dòng)給料器的出料量主要取決于振動(dòng)給料器的出料速度。振動(dòng)給料器的給料量為

Q=3 600BhVρ

式中：Q為振動(dòng)給料器給料量，B為振動(dòng)給料器寬度，h為料層高度，與料斗門開啟高度有關(guān)，V為給料器出料速度，ρ為物料堆積密度。

給料器出料速度計(jì)算公式為

式中：V1為給料器理論出料速度，γ為傾角系數(shù)，Ch為料層系數(shù)，Cm為物料系數(shù)，Cw為滑行系數(shù)，fD為與拋擲指示有關(guān)的系數(shù)，fα為與傾斜角度有關(guān)的系數(shù)，ω為振動(dòng)電動(dòng)機(jī)角速度，λ為振幅，δ為振動(dòng)方向角。

振動(dòng)給料器有專業(yè)的生產(chǎn)廠家提供，一般只需給定出料量要求及料斗出料口尺寸，給料器廠家就能匹配出相應(yīng)的振動(dòng)給料器，料斗設(shè)計(jì)單位只需設(shè)計(jì)振動(dòng)給料器安裝支架即可。示例800 t/h帶斗門座起重機(jī)振動(dòng)給料器寬度1 700 mm，雙振幅5～7 mm，配備2臺(tái)5.5 kW振動(dòng)電動(dòng)機(jī)，最大激振力2×75 000 N。

3）振動(dòng)格柵選型

振動(dòng)格柵的選型主要是下部支撐彈簧的選型，和上部振動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選型，首先根據(jù)所設(shè)計(jì)振動(dòng)格柵的質(zhì)量，選擇合理的支撐彈簧數(shù)量、尺寸及壓縮量，在計(jì)算彈簧的有效壓縮量時(shí)，需考慮格柵自重及格柵上可能堆積的物料質(zhì)量。

示例800 t/h帶斗門座起重機(jī)振動(dòng)格柵支撐彈簧選型計(jì)算，格柵自重為15 t，物料質(zhì)量為抓斗物料量16 t，支撐彈簧數(shù)量為16只，選擇支撐彈簧能力為3 t，彈簧型號(hào)為YB 25×110×310 - GB/T 2089。

振動(dòng)電動(dòng)機(jī)的選擇可按照振動(dòng)格柵設(shè)計(jì)的振幅、頻率計(jì)算所需的激振力，從而選擇相匹配的振動(dòng)電動(dòng)機(jī)型號(hào)。

振動(dòng)格柵孔的大小要根據(jù)物料最大粒度及物料的粘度、含水量、流動(dòng)性等條件綜合考慮，示例800 t/h帶斗門座起重機(jī)振動(dòng)格柵孔尺寸為500 mm×500 mm。

2.4 除塵料斗的設(shè)計(jì)實(shí)例

示例800 t/h帶斗門座起重機(jī)裝卸物料為銅粉礦，抓斗自重為8.3 t，抓斗打開尺寸為3.95 m×3.45 m，抓斗斗容為9.0 m3，物料類型為銅粉礦，物料密度為2 t/m3，物料粒度為200 μm，濕度為10%，堆積角為39°。

按照上述技術(shù)參數(shù)及物料粘度大的特點(diǎn)，料斗幾何尺寸設(shè)計(jì)：上口尺寸為7.15 m×7.15 m，下口尺寸為1.6 m×1.58 m，料斗高為6.8 m，斗壁傾角為70.5°。

除塵料斗分為上、下2部分，上部料斗由料斗體、擋風(fēng)墻、接料板，除塵器、振動(dòng)格柵等組成，下部料斗由料斗體、破拱器、料斗門、振動(dòng)給料器、料斗走行驅(qū)動(dòng)等組成。

上部料斗斗壁內(nèi)部配置12 mm厚HARDOX500耐磨襯板；料斗上方配置1 000 mm高擋風(fēng)墻，在擋風(fēng)墻側(cè)面設(shè)置有活動(dòng)門，便于維護(hù)人員進(jìn)出料斗；料斗海側(cè)上口處配置接料板，接料板尺寸6.4 m×4 m，接料板由2只液壓缸驅(qū)動(dòng)，液壓缸行程為1 000 mm，最大推力為60 kN，伸縮速度為0.5 m/min；除海側(cè)墻體外，其余各斗壁分別配置3組除塵器，3組除塵器共同配置1組獨(dú)立的控制系統(tǒng)和1套空壓機(jī)系統(tǒng)，配備1套1 m3儲(chǔ)氣罐；振動(dòng)格柵設(shè)計(jì)在料斗上口處，距離料斗上口400 mm處，振動(dòng)格柵由16只彈簧支撐，彈簧承載能力為3 t，格柵上部對(duì)角布置2臺(tái)振動(dòng)電動(dòng)機(jī)，振動(dòng)電動(dòng)機(jī)型號(hào)ZGY75-3.0/4A。

下部料斗斗體采用4只Φ500車輪支撐，料斗可沿門架梁左右各移動(dòng)4 300 m，料斗走行由鏈輪鏈條驅(qū)動(dòng)；斗體內(nèi)上方布置破拱斗，破拱斗斗口尺寸為主料斗的一半，破拱斗斗壁與主料斗平行，高度為1 200 mm；料斗中下部對(duì)稱配備2只空氣炮用于破拱及疏通物料，空氣炮型號(hào)為GF1001-150W；同時(shí)對(duì)稱配置型號(hào)為ZGY15-0.75/4A的振動(dòng)電動(dòng)機(jī)；在料斗出料口側(cè)配置寬度為1 600 mm的料斗門，料斗門采用滑動(dòng)式，由液壓缸驅(qū)動(dòng)，料斗門開閉行程為650 mm；料斗下部采用吊掛式振動(dòng)給料器出料，給料器寬度為1 720 mm，前傾角為14°；振動(dòng)給料器的生產(chǎn)率為1 000 t/h，振動(dòng)電機(jī)型號(hào)VB-75556-W，最大激振力2×75 000 N；振動(dòng)給料器下部與機(jī)內(nèi)帶式輸送機(jī)連接，將物料輸送至碼頭輸送帶。示例800 t/h帶斗門座起重機(jī)除塵料斗整體布置方案如圖9所示。

圖9 除塵料斗整體布置方案

另外，料斗支撐點(diǎn)配置載荷傳感器用于料斗稱重，其與抓斗開閉機(jī)構(gòu)連鎖，當(dāng)料斗中物料量超過抓斗容量的3倍時(shí)，不允許抓斗再往料斗中裝料。

料斗采用橫向移動(dòng)形式，該形式可減少門座起重機(jī)在作業(yè)過程中回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的動(dòng)作，料斗位置位于臂架系統(tǒng)平面內(nèi)，裝卸作業(yè)時(shí)，只需起升、開閉機(jī)構(gòu)與變幅機(jī)構(gòu)聯(lián)動(dòng)即可完成卸料作業(yè)，可有效降低抓斗擺動(dòng)量，縮短抓斗打開等待時(shí)間，提高作業(yè)效率。

3 除塵料斗使用效果

自示例800 t/h帶斗門座起重機(jī)投入使用，除塵料斗運(yùn)轉(zhuǎn)正常，采用振動(dòng)格柵有效解決了格柵堵料問題，除塵系統(tǒng)使用效果良好，料斗口粉塵無明顯逸散，環(huán)境含塵量≤30 mg/m3。使用效果見圖10。

圖10 使用效果

4 總結(jié)

本文以800 t/h帶斗門座起重機(jī)除塵料斗為例，通過對(duì)除塵料斗各組成部分的功能介紹，以及主要部件的選型說明，分析研究了帶斗門座起重機(jī)用除塵料斗的布置形式、選型計(jì)算依據(jù)，為除塵料斗的設(shè)計(jì)提供參考。除塵料斗既可應(yīng)用于帶斗門座起重機(jī)也可應(yīng)用于橋式抓斗卸船機(jī)，以及其余需要除塵料斗的場合，合理選用除塵料斗各組件，尤其是振動(dòng)格柵及除塵系統(tǒng)是設(shè)計(jì)除塵料斗的關(guān)鍵。