簡(jiǎn)析物料特性對(duì)土石料堆取機(jī)械性能的影響

張永麗

（遼寧軌道交通職業(yè)學(xué)院，遼寧 沈陽(yáng) 110023）

1 國(guó)內(nèi)土石料堆取機(jī)械的發(fā)展階段

總體來(lái)說(shuō)國(guó)內(nèi)土石料堆取機(jī)械相對(duì)于國(guó)外還是有研究空間的，有些技術(shù)還是需要和國(guó)外合作開(kāi)發(fā)的，國(guó)內(nèi)的發(fā)展主要經(jīng)歷了以下3 個(gè)階段：

（1）第一階段。小型堆取設(shè)備在國(guó)內(nèi)逐步開(kāi)始設(shè)計(jì)研發(fā)，始于60 年代末，由遼寧大連工礦車(chē)輛廠設(shè)計(jì)，并投入使用。

（2）第二階段。國(guó)外先進(jìn)技術(shù)不斷被引進(jìn)，進(jìn)入到設(shè)備的快速發(fā)展階段。這一時(shí)期，因?yàn)槲覈?guó)設(shè)計(jì)水平還不高，大項(xiàng)目主要采取整機(jī)進(jìn)口方式，尤其是當(dāng)時(shí)最大、技術(shù)最先進(jìn)的設(shè)備，其技術(shù)基本是來(lái)自其他先進(jìn)國(guó)家的。

(3)第三階段。隨著國(guó)內(nèi)大型的土石料堆取機(jī)械的需求量越來(lái)越大，我國(guó)的設(shè)計(jì)制造能力已經(jīng)與國(guó)外很多企業(yè)相當(dāng)，完全可以生產(chǎn)取代國(guó)外進(jìn)口的同類(lèi)產(chǎn)品[1]。

另外，土石料堆取機(jī)械正逐步進(jìn)入智能化研究階段，無(wú)人作業(yè)進(jìn)入了土石料堆取機(jī)械的研究范疇，國(guó)內(nèi)一些大型企業(yè)不斷汲取國(guó)外先進(jìn)經(jīng)驗(yàn)，開(kāi)始了與國(guó)外的技術(shù)合作[2]。

2 物料黏性對(duì)土石料堆取機(jī)械性能的影響

對(duì)于土石料堆取機(jī)械來(lái)說(shuō)，最難解決的就是實(shí)際生產(chǎn)中物料黏性大的難題（圖1）。由于土石料的黏性大，流動(dòng)性就差，那么，在堆積土石料的過(guò)程中，土石混合料會(huì)形成自然休止角（圖2），如果這樣，料耙就無(wú)法正常進(jìn)入到料堆內(nèi)部，就無(wú)法實(shí)現(xiàn)相應(yīng)的機(jī)械性能（圖3）[3]。料耙是土石料堆取機(jī)械的關(guān)鍵的功能性部件，需要我們?nèi)パ芯坑绊懳锪狭鲃?dòng)性的主要因素，不斷更新設(shè)計(jì)新型料耙和耙齒結(jié)構(gòu)，提出新型料耙的設(shè)計(jì)理論，這樣，才能使土石料堆取機(jī)械應(yīng)用更為廣泛，推動(dòng)行業(yè)進(jìn)步邁向新臺(tái)階。所以，針對(duì)含水率高、黏性大，流動(dòng)性差的土石料，我們應(yīng)該重視開(kāi)展有關(guān)物料基礎(chǔ)特性的研究[4]。

圖1 濕度很大的土石混合料

圖2 濕度很大的土石混合料料堆

圖3 料耙在土石料面受阻

（1）分級(jí)

針對(duì)物料的物理特性，可對(duì)土石料按直徑進(jìn)行分級(jí)，分為0~10、10~30、30~50、50~100 mm 4 個(gè)級(jí)別，分別測(cè)定不同分級(jí)條件下土石料的外摩擦角，從而得到不同分級(jí)情況下的土石料的自然休止角[3]。

（2）含水率

物料的含水率對(duì)其外摩擦角的影響很大，我們選取4 種直徑（4 種不同的物料按直徑大小分級(jí)），每種直徑的物料又選取兩種不同的含水率：正常含水率狀態(tài)和潮濕狀態(tài)，正常含水率為3%~8%，潮濕狀態(tài)含水率為8%~15%，利用自制的摩擦角測(cè)試儀對(duì)不同物料在兩種不同含水率情況下分別測(cè)得外摩擦角[5]。

臨界狀態(tài)為物料沿摩擦角測(cè)試儀的傾斜表面初速度為零時(shí)可自由滑下，從測(cè)試儀中讀取角度參數(shù)，由此記錄摩擦角，然后進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。

含水率相同的情況下，物料的外摩擦角和顆粒直徑呈現(xiàn)一定規(guī)律。外摩擦角的變化受物料直徑大小的影響是比較明顯的，所以，物料的大小可以作為物料流動(dòng)性重要影響因素之一[6]。

（3）混合因素影響

可同時(shí)做含水率對(duì)外摩擦角的影響測(cè)試。當(dāng)物料直徑大小一定時(shí)，正常含水率情況下外摩擦角和潮濕狀態(tài)下的值不同，但并不是呈現(xiàn)含水率越大，外摩擦角值越大的規(guī)律，與物料直徑有一定關(guān)系。因此，含水率同樣是我們研究物料特性的重要因素指標(biāo)?？赏瑫r(shí)測(cè)定土石料的密度，可為后期設(shè)計(jì)提供主要參數(shù)和理論基礎(chǔ)。一般情況下，含水率在3%~8%的土石料的休止角為37°~41°，含水率在8%~15%的土石料的休止角為41°~46°。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文淺談了物料特性對(duì)土石料堆取機(jī)械研究的影響，并總結(jié)了含水率和物料直徑大小都是影響物料流動(dòng)性的重要因素，對(duì)研究土石料堆取機(jī)械的研究有著重要意義。

可利用摩擦角測(cè)試儀開(kāi)展針對(duì)物料直徑和含水率對(duì)自然休止角影響的定量分析，首先獲取相關(guān)實(shí)驗(yàn)室數(shù)據(jù)，這是可以實(shí)現(xiàn)的。

如有條件可以在現(xiàn)場(chǎng)開(kāi)展對(duì)實(shí)驗(yàn)室相關(guān)數(shù)據(jù)的核實(shí)那是最好的，當(dāng)然，這個(gè)過(guò)程復(fù)雜，需要在不同料場(chǎng)長(zhǎng)時(shí)間積累數(shù)據(jù)，然后整理分析，對(duì)于研究土石料堆取機(jī)械的性能參數(shù)有著重要意義[7]。

另外，對(duì)于土石料堆取機(jī)械的料耙參數(shù)可否開(kāi)展類(lèi)似于農(nóng)業(yè)機(jī)械中的仿形研究，綜合物料物理特性對(duì)自然休止角的影響等因素，實(shí)現(xiàn)料耙性能的突破性改變是值得思考的問(wèn)題[8]。