可實(shí)現(xiàn)圓形料場(chǎng)堆取料機(jī)360°回轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)

徐云軒

華電曹妃甸重工裝備有限公司 唐山 063210

0 引言

圓形料場(chǎng)堆取料機(jī)(以下簡(jiǎn)稱(chēng)堆取料機(jī))在半封閉料場(chǎng)中實(shí)現(xiàn)堆取料工作，避免了粉塵在空氣中彌漫造成環(huán)境污染和松散物料的浪費(fèi)。隨著國(guó)家對(duì)環(huán)境保護(hù)重視程度的不斷提升，堆取料機(jī)設(shè)備在散料輸送設(shè)備中的優(yōu)勢(shì)逐步得到顯現(xiàn)。在有限空間范圍內(nèi)，增大堆取料機(jī)堆料和取料的角度范圍，提高料場(chǎng)的儲(chǔ)料量以及利用率是堆取料機(jī)設(shè)計(jì)人員研究和探索的方向。

1 工作原理

1.1 堆取料機(jī)組成

堆取料機(jī)由鋼結(jié)構(gòu)、電控系統(tǒng)、消防系統(tǒng)、噴霧抑塵系統(tǒng)、潤(rùn)滑系統(tǒng)等組成。鋼結(jié)構(gòu)是設(shè)備的主體部分，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備功能的基礎(chǔ)；電控系統(tǒng)猶如設(shè)備的血管，為設(shè)備的各個(gè)部分提供電源以及反饋信號(hào)；消防系統(tǒng)是為保證堆取料機(jī)設(shè)備所處環(huán)境安全所提供的消防設(shè)施；噴霧抑塵系統(tǒng)降低和保證堆取料機(jī)設(shè)備所處環(huán)境的粉塵濃度；潤(rùn)滑系統(tǒng)提供自動(dòng)潤(rùn)滑或手動(dòng)潤(rùn)滑，保證設(shè)備良好運(yùn)行并提高設(shè)備整體壽命。

作為設(shè)備實(shí)現(xiàn)功能的基礎(chǔ)，堆取料機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)由堆料機(jī)、取料機(jī)、中間柱體和棧橋支撐平臺(tái)等組成，其中取料機(jī)由門(mén)架和刮板機(jī)或采用懸臂架鋼結(jié)構(gòu)和刮板取料機(jī)組成。棧橋支撐平臺(tái)與中間柱體部分采用回轉(zhuǎn)支承連接，實(shí)現(xiàn)二者的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；堆料機(jī)與中間柱體和棧橋平臺(tái)之間分別采用回轉(zhuǎn)支承連接，實(shí)現(xiàn)堆料機(jī)與中間柱體和棧橋平臺(tái)的相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)；取料機(jī)與中間柱體采用回轉(zhuǎn)支承連接。

1.2 堆取料機(jī)工作模式

堆料機(jī)和取料機(jī)部分分別有各自的進(jìn)料的料斗。外界物料通過(guò)棧橋輸送帶輸送物料到達(dá)棧橋支撐平臺(tái)與堆料機(jī)連接處的中心料斗，通過(guò)料斗到達(dá)堆料機(jī)的堆料帶式輸送機(jī)，通過(guò)帶式輸送機(jī)的輸送至落料點(diǎn)，從而使得物料直接落到圓形料場(chǎng)中，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的堆料，通過(guò)調(diào)控堆料臂的旋轉(zhuǎn)角度控制，實(shí)現(xiàn)人字形堆料，散裝物料根據(jù)自身的堆積角呈現(xiàn)出自身的堆積形狀，實(shí)現(xiàn)料場(chǎng)空間的最大利用率；堆取料機(jī)的取料機(jī)通過(guò)門(mén)架鋼結(jié)構(gòu)或懸臂架，利用鋼絲繩的放松和拉緊使刮板機(jī)可以實(shí)現(xiàn)俯仰操作，通過(guò)一次調(diào)整調(diào)整刮板的吃料深度，可實(shí)現(xiàn)圓形料場(chǎng)一周的取料，提升刮板機(jī)取料效率；通過(guò)多次調(diào)整刮板對(duì)物料的吃料深度，可使刮板取料機(jī)中的刮板刮取不同層面的物料，從而使得整個(gè)料場(chǎng)的物料可以轉(zhuǎn)運(yùn)出去。刮板刮動(dòng)物料，料場(chǎng)中物料通過(guò)下部中心料斗輸送到地下廊道的系統(tǒng)，由輸送帶運(yùn)輸?shù)侥康牡?，完成堆取料機(jī)設(shè)備的取料。

圖1 堆取料機(jī)示意圖

2 無(wú)法實(shí)現(xiàn)360°回轉(zhuǎn)原因分析

2.1 電控系統(tǒng)對(duì)堆取料機(jī)回轉(zhuǎn)角度的影響

堆取料機(jī)供電電源通常位于地下廊道位置，其電氣房為整個(gè)設(shè)備提供動(dòng)力電源，司機(jī)室主要接受設(shè)備各個(gè)位置的反饋信號(hào)和控制信號(hào)，設(shè)備司機(jī)可以根據(jù)相應(yīng)信號(hào)進(jìn)行正確的操作設(shè)備，實(shí)現(xiàn)設(shè)備的正常運(yùn)行。通常情況下，堆取料機(jī)設(shè)備的電氣房和司機(jī)室布置在堆取料機(jī)的取料機(jī)部分。堆取料機(jī)的堆料機(jī)和取料機(jī)部分在工作狀態(tài)可以相互轉(zhuǎn)動(dòng)，相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)大量的電纜在同方向旋轉(zhuǎn)會(huì)纏繞在一起，或電纜長(zhǎng)度不夠，或電纜打成死結(jié)，無(wú)法繼續(xù)完成回轉(zhuǎn)操作。這樣會(huì)使堆取料機(jī)的回轉(zhuǎn)角度大大縮小，限制堆取料機(jī)的相對(duì)回轉(zhuǎn)角度，同時(shí)也會(huì)降低圓形料場(chǎng)存儲(chǔ)散料的有效面積，降低圓形料場(chǎng)的使用率。

2.2 相對(duì)高度對(duì)堆取料機(jī)回轉(zhuǎn)角度的影響

堆取料機(jī)的取料機(jī)由門(mén)架鋼結(jié)構(gòu)和刮板取料機(jī)或懸臂架鋼結(jié)構(gòu)和刮板機(jī)組成，通過(guò)鋼絲繩放松或拉緊實(shí)現(xiàn)刮板取料機(jī)的俯仰操作，通過(guò)依次調(diào)整刮板的吃料深度及取料機(jī)的回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)刮板取料機(jī)對(duì)圓形料堆的逐層取料。當(dāng)門(mén)架鋼結(jié)構(gòu)或懸臂架鋼結(jié)構(gòu)高度回轉(zhuǎn)到堆料機(jī)時(shí)，在垂直高度會(huì)與堆料機(jī)直接碰撞，此種情況會(huì)使堆取料機(jī)在回轉(zhuǎn)過(guò)程中無(wú)法實(shí)現(xiàn)連續(xù)回轉(zhuǎn)，堆取料機(jī)設(shè)備的堆料機(jī)和取料機(jī)在回轉(zhuǎn)過(guò)程中，會(huì)受到另外一個(gè)位置的影響，無(wú)法實(shí)現(xiàn)二者的任意相互轉(zhuǎn)動(dòng)。

2.3 回轉(zhuǎn)部件對(duì)堆取料機(jī)回轉(zhuǎn)角度的影響

堆取料機(jī)的堆料機(jī)和取料機(jī)實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)的零部件是拖令。拖令由軌道、拖令小車(chē)和電纜拖令上的電纜、水管和氣管等組成，拖令小車(chē)分為驅(qū)動(dòng)頭車(chē)、中間車(chē)和固定尾車(chē)。拖令軌道是圓形軌道，拖令小車(chē)可以在軌道上緊密連接或是通過(guò)下垂的電纜實(shí)現(xiàn)小車(chē)之間距離拉伸，實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)堆料機(jī)和取料機(jī)的相對(duì)回轉(zhuǎn)角度，電纜、水管和氣管通過(guò)固定夾固定在拖令小車(chē)上，同時(shí)各個(gè)小車(chē)之間可以讓電纜、水管和氣管下垂一定高度，滿(mǎn)足堆料機(jī)和取料機(jī)回轉(zhuǎn)角度的增加，以免損壞電纜、氣管和水管。但是，當(dāng)圓形軌道的拖令上的小車(chē)運(yùn)動(dòng)到最緊密時(shí)，驅(qū)動(dòng)頭車(chē)和固定小車(chē)之間始終有一定距離，即回轉(zhuǎn)裝置拖令在工作時(shí)會(huì)有最小擠壓角，使堆取料機(jī)的堆料機(jī)和取料機(jī)的相對(duì)固定角度得到限制，且無(wú)法消除，從而無(wú)法實(shí)現(xiàn)堆料機(jī)和取料機(jī)的360°回轉(zhuǎn)。

3 堆取料機(jī)回轉(zhuǎn)方式優(yōu)化措施

根據(jù)堆取料機(jī)的堆料機(jī)和取料機(jī)的工作原理和結(jié)構(gòu)形式及料場(chǎng)的供水、供電和供氣方式，堆取料機(jī)設(shè)備電氣控制的電氣房和司機(jī)室無(wú)法布置在堆料機(jī)上，只能布置在取料機(jī)上，無(wú)法采用優(yōu)化電氣房和司機(jī)室的布置位置進(jìn)行堆取料機(jī)設(shè)備實(shí)現(xiàn)360°回轉(zhuǎn)的方案優(yōu)化。因此，具體的優(yōu)化方式只能通過(guò)優(yōu)化堆取料機(jī)設(shè)備回轉(zhuǎn)過(guò)程，保證該過(guò)程中不產(chǎn)生機(jī)械干涉；優(yōu)化堆取料機(jī)設(shè)備回轉(zhuǎn)部件的選型和優(yōu)化。

為減少或避免堆料機(jī)和取料機(jī)在假設(shè)能滿(mǎn)足360°回轉(zhuǎn)時(shí)的機(jī)械干涉，分2 種情況進(jìn)行分析：1）充分利用圓形料場(chǎng)基礎(chǔ)和鋼網(wǎng)架所組成的空間，通過(guò)增加堆料機(jī)和取料機(jī)之間的相對(duì)高度位置避免相對(duì)干涉位置；2）在空間有限情況下，在高度上無(wú)法實(shí)現(xiàn)錯(cuò)開(kāi)位置的堆取料機(jī)可在堆料機(jī)與中間柱體采用回轉(zhuǎn)支承連接的基礎(chǔ)上采用液壓缸將中間柱體和堆料臂進(jìn)行連接，從而實(shí)現(xiàn)堆料機(jī)的俯仰操作。在此基礎(chǔ)上，可在堆料機(jī)和取料機(jī)回轉(zhuǎn)過(guò)程即將干涉時(shí)將堆料機(jī)先進(jìn)行俯仰操作，使其高度超過(guò)取料機(jī)的門(mén)架或懸臂架相應(yīng)的位置，從而保證能達(dá)到堆取料機(jī)在單純機(jī)械回轉(zhuǎn)上實(shí)現(xiàn)360°回轉(zhuǎn)。

在滿(mǎn)足機(jī)械相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的前提下，要實(shí)現(xiàn)電氣控制的需求，僅使用圓形軌道的拖令時(shí)無(wú)法實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)設(shè)備的360°回轉(zhuǎn)功能，此時(shí)存在2 種思路，1）為優(yōu)化圓形拖令的形式；2）為采用替代的方案，使得能在滿(mǎn)足整機(jī)電氣控制需求的基礎(chǔ)上，實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)的堆料機(jī)和取料機(jī)實(shí)現(xiàn)相對(duì)360°回轉(zhuǎn)功能。

原有的圓形拖令軌道無(wú)法使堆取料機(jī)實(shí)現(xiàn)360°回轉(zhuǎn)，主要原因?yàn)橥狭钚≤?chē)自身的長(zhǎng)度在最小擠壓角度范圍內(nèi)占用了一定的范圍，且此范圍時(shí)無(wú)法去除掉，若優(yōu)化此方案，采用一種方式使堆取料機(jī)使用拖令小車(chē)不占用圓形拖令軌道工作范圍。由于堆取料機(jī)設(shè)備的堆料機(jī)和取料機(jī)均是相對(duì)中間柱體進(jìn)行回轉(zhuǎn)的圓周運(yùn)動(dòng)，拖令軌道須為圓形結(jié)構(gòu)，故可考慮將拖令小車(chē)的圓形軌道做成螺旋軌道形式，使拖令小車(chē)最小擠壓角度范圍所占用的空間范圍在軌道的內(nèi)圈，且拖令小車(chē)可以運(yùn)動(dòng)的軌道角度可達(dá)360°，從而使拖令小車(chē)的最小擠壓范圍不占用堆取料機(jī)設(shè)備回轉(zhuǎn)的360°范圍內(nèi)。托令安裝方式與托令如圖2、圖3 所示。

圖2 拖令安裝方式示意圖

圖3 拖令俯視圖

另一種方式是采用其他回轉(zhuǎn)裝置代替拖令軌道的形式。根據(jù)目前堆取料機(jī)設(shè)備使用情況，可以采用滑環(huán)代替其中的一個(gè)拖令，實(shí)現(xiàn)堆料機(jī)的回轉(zhuǎn)功能(見(jiàn)圖4)?；h(huán)的主要部分是導(dǎo)電環(huán)和電刷，而滑環(huán)的原理是由其結(jié)構(gòu)決定?；h(huán)原理是部分旋轉(zhuǎn)式滑動(dòng)接觸，一個(gè)固定的物件靜止不動(dòng)，連接一部分能旋轉(zhuǎn)的活動(dòng)的部件，而這個(gè)連接外部部件的結(jié)構(gòu)是通過(guò)電刷接觸滑環(huán)，可以邊旋轉(zhuǎn)邊連接傳輸所要傳輸?shù)男畔?。此種情況可實(shí)現(xiàn)堆料機(jī)相對(duì)于中間柱體360°回轉(zhuǎn)。

圖4 滑環(huán)示意圖

堆取料機(jī)的回轉(zhuǎn)裝置有拖令和滑環(huán)2 種，理論上就可以采用不同的組合形式實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)的堆料機(jī)和取料機(jī)分別實(shí)現(xiàn)360°回轉(zhuǎn)，一種方式是堆料機(jī)和取料機(jī)均采用拖令回轉(zhuǎn)裝置，此種形式稱(chēng)為雙拖令結(jié)構(gòu)；另一種方式是采用一個(gè)拖令一個(gè)滑環(huán)；此外還使用雙滑環(huán)結(jié)構(gòu)形式，但滑環(huán)的進(jìn)口位置是固定的，故滑環(huán)作為堆取料機(jī)設(shè)備的回轉(zhuǎn)部件只能用在堆料機(jī)部分。經(jīng)過(guò)分析，組合方式僅為雙拖令結(jié)構(gòu)和滑環(huán)加拖令結(jié)構(gòu)2 種，且滑環(huán)是用在堆料機(jī)部分。

4 安全監(jiān)測(cè)保護(hù)功能

由前述可知，堆取料機(jī)設(shè)備的回轉(zhuǎn)裝置可以是拖令也可是滑環(huán)，因滑環(huán)的結(jié)構(gòu)可以實(shí)現(xiàn)360°無(wú)限制回轉(zhuǎn)，并不會(huì)產(chǎn)生干涉或存在其他的影響使用功能的情況，故在使用滑環(huán)結(jié)構(gòu)時(shí)，無(wú)需單獨(dú)配備相應(yīng)的安全監(jiān)測(cè)保護(hù)裝置。在堆取料機(jī)的回轉(zhuǎn)部件采用拖令時(shí)，由于拖令小車(chē)在拖令軌道上拉伸和擠壓過(guò)程中會(huì)有最大拉伸距離和最小擠壓距離，相當(dāng)于拖令頭車(chē)和固定小車(chē)之間含有最大和最小的極限距離，若堆取料機(jī)在回轉(zhuǎn)過(guò)程中超過(guò)拉伸的極限距離，繼續(xù)進(jìn)行回轉(zhuǎn)操作就會(huì)使得拖令電纜被拉伸，導(dǎo)致電纜使用壽命降低或直接損壞；若拖令小車(chē)被擠壓在最小極限距離范圍后繼續(xù)進(jìn)行回轉(zhuǎn)操作，將使拖令小車(chē)之間產(chǎn)生擠壓，使拖令小車(chē)被擠壓，出現(xiàn)撞車(chē)現(xiàn)象。無(wú)論哪種情況產(chǎn)生均會(huì)使堆取料機(jī)設(shè)備的備件產(chǎn)生損壞，降低設(shè)備的使用性能甚至產(chǎn)生不可逆損壞，影響設(shè)備使用，降低設(shè)備壽命，為減少和避免產(chǎn)生以上損壞的情況發(fā)生，可考慮為拖令回轉(zhuǎn)裝置設(shè)計(jì)相應(yīng)的回轉(zhuǎn)監(jiān)測(cè)和報(bào)警裝置，增加設(shè)備使用的可靠性。

拖令軌道固定在中間柱體的平臺(tái)下方，拖令在拖令軌道上進(jìn)行回轉(zhuǎn)行走。由于拖令為堆料機(jī)或取料機(jī)與中間柱體進(jìn)行連接，拖令的驅(qū)動(dòng)小車(chē)一端與堆料機(jī)或取料機(jī)進(jìn)行連接。2 個(gè)相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)的部件采用二級(jí)保護(hù)裝置，第1 級(jí)接近開(kāi)關(guān)觸發(fā)信號(hào)進(jìn)行預(yù)先警告，第2 級(jí)采用機(jī)械保護(hù)開(kāi)關(guān)，采用機(jī)械方式觸發(fā)進(jìn)行報(bào)警，從而保證拖令在回轉(zhuǎn)過(guò)程中不受損壞，拖令保護(hù)裝置見(jiàn)圖5。

圖5 拖令保護(hù)裝置

圖6 檢測(cè)保護(hù)單元示意圖

二級(jí)保護(hù)開(kāi)關(guān)固定方式的確定：根據(jù)堆料機(jī)或取料機(jī)與中間柱體是相對(duì)轉(zhuǎn)動(dòng)結(jié)構(gòu)，故限位開(kāi)關(guān)應(yīng)固定到堆料機(jī)或取料機(jī)一端；另一端應(yīng)固定感應(yīng)裝置，在堆料機(jī)或取料機(jī)回轉(zhuǎn)到拖令的極限角度時(shí)，限位開(kāi)關(guān)會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的感應(yīng)信號(hào)，感應(yīng)信號(hào)會(huì)直接傳達(dá)到司機(jī)室，供堆取料機(jī)司機(jī)根據(jù)相應(yīng)信號(hào)做出相應(yīng)的操作。由于拖令軌道的直徑大部分為5 ～8 m，半徑為2.5 ～4 m，固定限位開(kāi)關(guān)通常采用桁架結(jié)構(gòu)，既保證限位開(kāi)關(guān)的工作范圍，同時(shí)又增強(qiáng)了限位開(kāi)關(guān)支架的強(qiáng)度和穩(wěn)定性。從整體結(jié)構(gòu)上設(shè)計(jì)保護(hù)了堆取料機(jī)設(shè)備的拖令結(jié)構(gòu)，從而提升了堆取料機(jī)設(shè)備的使用性能和保護(hù)性能。

5 運(yùn)行仿真效果

本文所述實(shí)現(xiàn)堆取料機(jī)回轉(zhuǎn)的設(shè)計(jì)研究目前已經(jīng)在設(shè)計(jì)項(xiàng)目中進(jìn)行應(yīng)用，堆取料機(jī)設(shè)備的堆料機(jī)和取料機(jī)均可實(shí)現(xiàn)360°回轉(zhuǎn)功能且可實(shí)時(shí)監(jiān)控，運(yùn)行過(guò)程的檢測(cè)保護(hù)單元亦可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)，如圖7 ～圖9 所示。

圖7 堆料360°監(jiān)控仿真

圖8 取料360°監(jiān)控仿真

圖9 堆、取料回轉(zhuǎn)角度監(jiān)測(cè)仿真

6 結(jié)語(yǔ)

基于堆取料機(jī)設(shè)備依靠本身所處的半封閉環(huán)境，在滿(mǎn)足生產(chǎn)使用的前提下，對(duì)環(huán)境造成污染的程度較低，有較大的市場(chǎng)需求，逐步完善堆取料機(jī)的使用性能和安全性能值得技術(shù)領(lǐng)域不斷探索。不斷優(yōu)化堆取料機(jī)設(shè)備的使用性能和安全性能，可以增強(qiáng)技術(shù)人員的技術(shù)水平能力和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力。