斗輪堆取料機(jī)的尾車選型

游建能， 趙亞斌， 劉 政

（宜昌港務(wù)集團(tuán)有限責(zé)任公司， 湖北宜昌443003）

0 引言

懸臂式斗輪堆取料機(jī)是一種大型連續(xù)高效的散狀、粒狀物料堆取作業(yè)設(shè)備，廣泛應(yīng)用于港口、內(nèi)陸散貨物料場(chǎng)所。 作業(yè)時(shí)，需要與貨場(chǎng)碼頭的皮帶機(jī)一起，組成自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)，完成取料、堆料或分流作業(yè)。 分流作業(yè)又細(xì)分為堆料分流、取料分流和物料直通三種。這三種作業(yè)類型都需要尾車配合，不同結(jié)構(gòu)形式的尾車，才能完成相應(yīng)類型的作業(yè)。從目前來看，各類形式的尾車均能較好完成其中兩種作業(yè)。 使用單位會(huì)根據(jù)自己的堆場(chǎng)布置和作業(yè)工藝情況，提出不同的需求。因而產(chǎn)生各種結(jié)構(gòu)形的堆取料機(jī)和尾車形式。

宜昌港務(wù)集團(tuán)枝城港區(qū)有4 臺(tái)堆取料機(jī)， 建于上世紀(jì)八十年代末，作業(yè)效率為堆料600t/h，取料300t/h。其結(jié)構(gòu)為固定式尾車，固定L 門架，帶平衡梁的懸臂皮帶機(jī)鋼絲繩俯仰結(jié)構(gòu)形式。這種形式的設(shè)備重心高，維修前懸臂皮帶機(jī)時(shí)，需拆卸平衡配重和平衡梁，維修復(fù)雜難度大；固定式尾車皮帶機(jī)落料點(diǎn)高，能耗高，物料對(duì)皮帶機(jī)沖擊力大，易損傷運(yùn)輸帶和皮帶機(jī)架。 由于使用時(shí)間已超過設(shè)計(jì)年限，設(shè)備故障率越來越高，作業(yè)能力已不適應(yīng)港口發(fā)展的需要。 集團(tuán)決定對(duì)枝城港區(qū)16 碼頭兩臺(tái)懸臂式斗輪機(jī)進(jìn)行更新。 在原基礎(chǔ)上新建安裝2 臺(tái)作業(yè)能力為堆料1000t/h，取料能力800t/h 的堆取料機(jī)。 具體參數(shù)如下：

作業(yè)物料： 煤（比重0.8-1.1t/m3），粒度：≤300mm，取料效率：800t/h，堆料效率：1000t/h，作業(yè)環(huán)境：室外煤場(chǎng)，工作制：連續(xù)工作，設(shè)備功能：堆存、取料和物貨通過，回轉(zhuǎn)半徑：25m，回轉(zhuǎn)角度：±110°，皮帶機(jī)帶寬：1200mm，堆取料高度：最高＋10m 至最低-2m，軌距：5m，皮帶機(jī)角度：不超±16°。

1 懸臂斗輪機(jī)的結(jié)構(gòu)和作業(yè)方式

懸臂斗輪機(jī)結(jié)構(gòu)見圖1，主要由旋轉(zhuǎn)斗輪部分，懸臂皮帶機(jī)、L 門架、旋轉(zhuǎn)平臺(tái)、中心料筒、下部臺(tái)車平臺(tái)、尾車部分、液壓系統(tǒng)和電控系統(tǒng)組成。 為實(shí)現(xiàn)不同作業(yè)功能，設(shè)備各部分需改變姿態(tài)或運(yùn)行狀態(tài)。 當(dāng)堆料時(shí)，這時(shí)斗輪機(jī)與尾車連接， 懸臂皮帶機(jī)尾部導(dǎo)料槽后封板關(guān)閉成小接料斗， 首部料斗前封板打開成導(dǎo)料槽， 懸臂皮帶機(jī)正轉(zhuǎn)，斗輪停止轉(zhuǎn)動(dòng)，物料經(jīng)尾車皮帶機(jī)至懸臂皮帶機(jī)，再到貨場(chǎng)堆存。 斗輪機(jī)通過俯仰機(jī)構(gòu)， 改變懸臂皮帶機(jī)傾角，來保證物料堆存高度，或降低懸臂皮帶機(jī)頭部高度，散貨落料高度，減小揚(yáng)塵，通過大車運(yùn)行或旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)貨場(chǎng)覆蓋，這時(shí)設(shè)備就是一臺(tái)軌道式旋轉(zhuǎn)堆料機(jī)。當(dāng)要取料機(jī)，將尾車分開，懸臂皮帶機(jī)尾部導(dǎo)料槽后封板打開，首部料斗前封板關(guān)閉，懸臂皮帶機(jī)正轉(zhuǎn)懸臂皮帶機(jī)反轉(zhuǎn)，斗輪旋轉(zhuǎn)取料至懸臂皮帶機(jī)， 經(jīng)中心料筒至貨場(chǎng)皮帶機(jī)系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)物料轉(zhuǎn)場(chǎng)或至碼頭裝船，設(shè)備大車在軌道上往返運(yùn)行、旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)貨場(chǎng)覆蓋，分層取料。當(dāng)物料要通過斗輪機(jī)時(shí)，也需將尾車脫開，改變尾機(jī)皮帶機(jī)姿態(tài)，讓物料通過尾車后，又回到貨場(chǎng)皮帶機(jī)系統(tǒng)上。

圖1 懸臂式斗輪機(jī)結(jié)構(gòu)布置圖

2 常規(guī)尾車結(jié)構(gòu)的優(yōu)缺點(diǎn)

斗輪機(jī)實(shí)現(xiàn)不同功能均需要與尾車配合， 斗輪機(jī)選型時(shí)會(huì)根據(jù)需要，選擇不同結(jié)構(gòu)形式的尾車。尾車形式多種多樣，最簡(jiǎn)單分類方式就是按數(shù)量分為單尾車、雙尾車和三尾車三種。單尾車有固定式和升降式。雙尾車雙可細(xì)分為伸縮式和升降式； 三尾車雙可細(xì)分為雙向堆料直通式和雙向堆料折返取料式。各種結(jié)構(gòu)形式有其各自優(yōu)點(diǎn)，但其缺點(diǎn)同樣明顯。單尾車式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，故障少、造價(jià)低。但其能完成作業(yè)也較單一； 雙尾車在完成功能上與單尾車相同，但相對(duì)如固定單尾車能耗高，粉塵大，物料對(duì)輸送帶和機(jī)架沖擊力等一些缺點(diǎn)進(jìn)行了必要優(yōu)化， 但也產(chǎn)生了新的瑕疵，就是尾車長(zhǎng)度增加，一級(jí)尾車需有獨(dú)立驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)等；三尾車系統(tǒng)能完成堆取料貨物分流作業(yè)，功能強(qiáng)大。 但其結(jié)構(gòu)也最復(fù)雜，造價(jià)高、操作難度大。

3 技術(shù)論證

根據(jù)枝城港區(qū)布置和作業(yè)特點(diǎn)， 枝城貨場(chǎng)作業(yè)工藝為二航設(shè)計(jì)院設(shè)計(jì)， 經(jīng)過多年使用， 非常適合枝城港需要。斗輪堆取料機(jī)也只需具備堆取料和貨物通過能力，并沒有物料分流需求，因而根本不需要考慮三尾車結(jié)構(gòu)。枝城港區(qū)堆場(chǎng)緊靠碼頭，為實(shí)現(xiàn)機(jī)械自動(dòng)化業(yè)，設(shè)備多垂直長(zhǎng)江布置， 港區(qū)被分割成多個(gè)條形堆場(chǎng)， 受港區(qū)縱深影響，堆場(chǎng)長(zhǎng)度有限。為提高堆場(chǎng)利用率，尾車不能太長(zhǎng)，因此雙尾車結(jié)構(gòu)形式也暫未列入考慮。在單尾車中，固式單尾車因存在二次落料，揚(yáng)塵大、在物料直通時(shí)，無(wú)效功耗大，皮帶機(jī)架易變形而被排除。半趴式單尾車是將皮帶機(jī)主梁分為前后兩部分，尾部為固定部分，前半部分為活動(dòng)部分，前半部分主梁的俯仰鉸軸安裝在尾車中部，這樣活動(dòng)主梁長(zhǎng)度相對(duì)較短，但由于幾何尺寸的限制，在前部主梁下俯時(shí)，皮帶機(jī)折曲的角度較大。 在皮帶機(jī)設(shè)計(jì)中，一般要求在皮帶機(jī)長(zhǎng)度方向上皮帶凸段部分應(yīng)具有足夠大的曲率半徑。而在這種尾車上做不到，因而此處的運(yùn)輸帶容易因橫向凸出打折而損壞。 因此我們選擇對(duì)傳統(tǒng)全趴液壓升降式單尾車進(jìn)行優(yōu)化見圖2。

圖2 整體趴折式尾車

傳統(tǒng)全趴液壓升降式單發(fā)尾車在皮帶機(jī)主梁的后部靠近尾車平臺(tái)后部走行輪處設(shè)有兩個(gè)鉸軸， 尾車皮帶機(jī)主梁可繞后部鉸軸轉(zhuǎn)動(dòng)。 尾車皮帶機(jī)與地面皮帶機(jī)是一個(gè)整體，尾車上的皮帶就是地面皮帶機(jī)的皮帶，地面皮帶機(jī)皮帶上尾車皮帶機(jī)后再經(jīng)過改向滾筒返回到地面皮帶機(jī)。當(dāng)物料從地面皮帶機(jī)上升到尾車上的皮帶機(jī)部分后，物料將經(jīng)過前部的漏斗流到主機(jī)的懸臂皮帶機(jī)上， 實(shí)際堆料作業(yè)，或又回到地面皮帶機(jī)上，實(shí)現(xiàn)物料通過，尾車皮帶機(jī)沒有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。 同時(shí)尾車運(yùn)行靠主機(jī)牽引也沒有獨(dú)立運(yùn)行機(jī)構(gòu)。 這種尾車的優(yōu)點(diǎn)是： 一是結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單；二是在堆取料機(jī)取料時(shí)可以將尾車落到下位，使主機(jī)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)可以較大的角度范圍內(nèi)左右回轉(zhuǎn)， 以便在設(shè)備后退到軌道極端位置時(shí)能取到回轉(zhuǎn)角度大于90°位置的物料，盡可能的減少堆場(chǎng)后部的剩料；三是在某些作業(yè)系統(tǒng)中要求設(shè)備在取料時(shí)， 地面皮帶機(jī)將物料向與堆料時(shí)的相反方向輸送物料，既常說的折反式尾車。這種尾車連接主機(jī)和尾車之間采用-對(duì)容易摘掛的車鉤或電動(dòng)推桿。變換皮帶機(jī)運(yùn)輸機(jī)運(yùn)行方向前需先摘鉤，然后開動(dòng)主機(jī)運(yùn)行機(jī)構(gòu)前行或開動(dòng)電動(dòng)推桿驅(qū)動(dòng)尾車改變和主機(jī)間的位置。第三步是變換尾車主梁的位置，再掛上與主機(jī)掛鉤。 無(wú)論是向上變換還是向下變換主梁皮帶機(jī)位置都有這樣一個(gè)過程。 在取料時(shí)由于尾車的主梁前部已經(jīng)位于主機(jī)的下部， 主機(jī)取料時(shí)落下的物料剛好落到尾車主梁前部的緩沖托輥區(qū)間的皮帶上，物料從尾車的前部，經(jīng)過尾車中部和后部，最后返回地面皮帶上。此時(shí)地面皮帶的運(yùn)行方向與堆料時(shí)相反。 當(dāng)然這種尾車在沒有物料折返要求的作業(yè)工藝中同樣適用。

4 常見問題的處理

整體趴折式單尾車也存在一定的不足， 一是由于皮帶機(jī)主梁過長(zhǎng)，導(dǎo)致主梁的剛性不十分理想，容易在運(yùn)行時(shí)左右擺動(dòng)，造成鋼結(jié)構(gòu)疲勞損壞和輸送帶跑偏。二是在采用兩個(gè)油缸工作要求左右兩側(cè)油缸同步很難達(dá)到，當(dāng)不同步產(chǎn)生的扭矩超過尾車鋼架抗扭剛度時(shí)， 尾車臂架便發(fā)生變形。 三是在皮帶機(jī)主梁下降時(shí)， 油缸縮進(jìn)不平穩(wěn)，造成皮帶機(jī)主梁抖動(dòng)，易造成尾車系統(tǒng)損壞等問題。

門架結(jié)構(gòu)和液壓系統(tǒng)我們參考了叉車門架系統(tǒng)。 在尾車皮帶機(jī)主梁兩側(cè)各設(shè)置一套頂升系統(tǒng)，門架為兩級(jí)，由內(nèi)、外門架、頂升油缸、升降滑車、承重軸、滑鏈條和鏈輪組成。外門架固定在尾車平臺(tái)前部，為減小門架受到的彎矩，門架向尾車后部?jī)A斜7°，外側(cè)和后方與尾車平臺(tái)用桿件支承。 內(nèi)門架帶有滾輪，嵌在外門架中，內(nèi)門架上升時(shí)可以部分地伸出外門架。升降滑車前方有鉤槽，左右兩側(cè)帶有滾輪，滾輪嵌在內(nèi)門架中，可以上下運(yùn)動(dòng)。 頂升油缸的底部固定在外門架下部，油缸的活塞桿沿內(nèi)門架上的導(dǎo)程桿上下移動(dòng)?；钊麠U的頂部裝有鏈輪，起升鏈條一端固定在外門架上，另一端繞過鏈輪與升降滑車相連。當(dāng)活塞桿頂部帶著鏈輪和內(nèi)門架起升時(shí)， 鏈條將升降滑車一起提升起來。 升降滑車的起升高度是油缸活塞桿伸出長(zhǎng)度的2 倍。尾車皮帶機(jī)主梁前部支承在承重軸上，承重軸兩端放置在尾車皮帶機(jī)主梁兩側(cè)門架的升降滑車的鉤槽中，隨升降滑車一同升降。承重軸與皮帶機(jī)主梁接觸處各安裝有一套帶輪緣的滾輪， 以適應(yīng)在尾車皮帶機(jī)主梁升降過程中，主梁中間長(zhǎng)度的變化。

尾機(jī)帶機(jī)作業(yè)存在油缸不同步和下降縮進(jìn)不平穩(wěn)問題：其一雙油缸想實(shí)現(xiàn)完全同步難度是很大的， 節(jié)流閥開關(guān)同步及開啟大小、油缸受力、管路長(zhǎng)短、油缸磨損內(nèi)泄等等都會(huì)產(chǎn)生油缸不同步。 油缸不同又會(huì)造成尾架皮帶機(jī)主梁扭曲，油缸受力不均，使不同步更加明顯，最后直至鋼結(jié)構(gòu)扭曲變形損壞。 考慮到尾車皮帶機(jī)作業(yè)就兩種姿態(tài)，高位作業(yè)姿態(tài)和低位作業(yè)姿態(tài)，高位就是堆料作業(yè)時(shí)姿態(tài)，取料和物料通過都是使用低位姿態(tài)。這樣我們就可以在尾架皮帶機(jī)堆料作業(yè)時(shí)，在頂升門架位置安裝插銷。首先要控制頂升油缸升降速度，帶速度不能太快，當(dāng)出現(xiàn)不同步時(shí)，操作人員有時(shí)間進(jìn)行修正。其次在尾車架上安裝頂升油缸就地操作系統(tǒng)， 生產(chǎn)任務(wù)下達(dá)需要進(jìn)行堆料作業(yè)時(shí)， 操作人員先到尾架皮帶機(jī)姿態(tài)調(diào)整就地操作臺(tái)調(diào)整尾車姿態(tài)，開啟頂升油缸，監(jiān)視油缸同步，發(fā)現(xiàn)不同步時(shí)，可暫?？斓囊粋?cè)油缸，同步后同時(shí)開啟。 到達(dá)高位作業(yè)點(diǎn)后，后插上插銷，下放皮帶機(jī)主梁，讓門架收回插銷受力。作業(yè)過程中由插銷代替油缸受力，這樣油缸僅在皮帶機(jī)主梁升降過程受力，作業(yè)時(shí)完全不受力，大大提高了尾車系統(tǒng)的可靠性和液壓系統(tǒng)的壽命。

其二尾架皮帶機(jī)主梁下降過程中油缸抖動(dòng)。 尾架皮帶機(jī)主梁長(zhǎng)，支承點(diǎn)少，頭部懸臂長(zhǎng)，抖動(dòng)易造成主梁彎曲變形。 油缸抖動(dòng)是由于油缸受受臂架自重及液壓缸上腔負(fù)壓力雙重作用，當(dāng)油缸下腔單向閥開啟后，回油量大增，同時(shí)上腔進(jìn)油量也加大，造成系統(tǒng)油壓驟降，繼而單向閥因油壓太低自動(dòng)關(guān)閉，封死油路，使用皮帶機(jī)主梁下降動(dòng)作急速停止，因皮帶機(jī)重力和慣性作用，系統(tǒng)油壓迅速恢復(fù)，皮帶機(jī)主梁繼續(xù)下降，如此現(xiàn)象反復(fù)出現(xiàn)，造成抖動(dòng)。經(jīng)分析，影響油壓迅速變化的原因是下降速度太快和油缸上油腔進(jìn)油，要克服這種現(xiàn)象，就要控制下降速度和采用單作用油缸，即上升時(shí)下油腔進(jìn)油舉升，下降時(shí)靠皮帶機(jī)主梁重量將油缸下腔中油壓回油箱， 這樣就不會(huì)出現(xiàn)油壓瞬降形成抖動(dòng)。

5 結(jié)束語(yǔ)

斗輪機(jī)選用整體趴折式單尾車主要是結(jié)合枝城港的現(xiàn)狀進(jìn)行仔細(xì)分析決定的，枝城港16 碼頭作業(yè)線斗輪機(jī)作業(yè)形式較為單一，且受地形限制，每條斗輪機(jī)作業(yè)線軌道長(zhǎng)度有限，不利選擇較長(zhǎng)的尾車。 設(shè)備制造完成后，經(jīng)過一段時(shí)間的使用，總體運(yùn)行良好，但依然存在一些需要繼續(xù)改進(jìn)的地方：一是由于地面運(yùn)輸帶較長(zhǎng)，運(yùn)輸帶張力大，尾車頭部改向滾筒受力較大，軸承易損壞；二是尾車尾部與地面皮帶機(jī)過渡部分懸空較長(zhǎng)， 易出現(xiàn)運(yùn)輸帶跑偏和物料撒漏；三是懸臂皮帶機(jī)選用了液壓張緊裝置，皮帶機(jī)張緊裝置都了輸送帶調(diào)偏功能， 通常輸送帶向一側(cè)跑偏，就應(yīng)增加該側(cè)張力，讓輸送帶逐步回到正常位置。但液壓張緊裝置為現(xiàn)實(shí)兩側(cè)張緊同步， 采用了同一控制閥控制，以實(shí)現(xiàn)兩側(cè)張緊力相等。在實(shí)際制造和使用中很難保證左右兩受力完全一致。 這就造成受力大的一側(cè)液壓行程反而減少。輸送帶向一側(cè)跑偏時(shí)，輸送帶張力對(duì)該側(cè)液壓缸壓力變大，液壓缸回縮，輸送帶跑偏更加嚴(yán)重，造成輸送帶損壞和嚴(yán)重撒料，使設(shè)備輸送效率下降。這些在我們以后的設(shè)備制造和選型中均應(yīng)認(rèn)真考慮， 并采取妥善辦法加以解決。