混勻堆料機尾車調偏研究

岳利濤，李祥增，宮 磊，陳 昊，王志剛，唐 斌

（首鋼京唐鋼鐵聯合有限責任公司，河北唐山 063200）

0 引言

混勻堆料機是在混勻料場中實現堆料功能的大型設備，主要功能是通過地面皮帶輸送機將混勻礦料經尾車運送至堆料機的懸臂皮帶，再由懸臂皮帶機將混勻礦料堆到料場。尾車通常被稱作進料車或者卸料車，跨在主輸送帶上，與主機配合實現分流堆料的功能。尾車起著由地面皮帶向堆料機懸臂皮帶轉運物料的承接作用，在物料的運輸中至關重要。

1 背景簡介

混勻堆料機尾車為固定式單尾車，每側各由3 組車輪支撐，通過主機牽引在走行軌道上行走。尾車的上部為尾車的主梁，尾車本身無任何驅動機構，依靠主機牽引在軌道上行走。尾車上的皮帶是地面皮帶機的皮帶，當物料從地面上升到尾車皮帶后，通過尾車頭部的溜槽運送至主機的懸臂皮帶，而尾車上的皮帶經過3個改向滾筒后返回到地面。

混勻堆料機在行走過程中同時承擔堆卸物料工作。在長期堆卸作業(yè)中，發(fā)現尾車的往返運動過程中走行輪運動狀態(tài)存在問題：去程時走行輪內輪緣右側與軌道啃軌，且僅右側輪緣磨損；返程時走行輪內輪緣左側與軌道啃軌，且僅有左側輪緣磨損（圖1）。這就造成在生產過程中需要頻繁更換尾車走行輪，不僅降低生產效率，同時造成人員和備件的浪費。研究觀察尾車運行情況，分析造成尾車跑偏的原因，根據可能原因制定解決措施及方案，并進行可行性及安全性計算。綜合考慮各種因素后，對尾車跑偏問題進行改進，降低混勻堆料機走行輪更換頻率，減少設備運行故障，提高生產效率。

圖1 走行輪不均勻磨損

2 跑偏原因分析

2.1 走行機構安裝誤差的影響

設備進行安裝時，走行機構中走行輪安裝精度要求走行輪輪輞寬度略寬于軌道20～40 mm，因此在該精度范圍內安裝走行輪時，理論上不存在走行輪啃軌現象。但尾車與主機間采用連接桿剛性聯接，在長時間、大料量的堆料過程中，可能由于主機兩側走行輪驅動電機的功率不穩(wěn)定或兩側主動輪的不均勻磨損，造成對尾車的牽引力不平衡。同時，可能由于尾車上皮帶運料過程中承重受力不均等原因，使尾車連接結構發(fā)生變形，造成尾車與主機間產生一定的偏斜。當主機主動走行輪的兩臺驅動電機特性存在差異，或主動輪磨損造成走行輪直徑變化時，也會引起尾車的偏斜。

2.2 連接機構安裝誤差的影響

混勻堆料機尾車為固定式單尾車，尾車依靠下側安裝3 組走行輪在軌道上走行。尾車上未安裝電機、控制器及電源等驅動系統(tǒng)，其運動僅依靠主機與尾車之間的牽引桿，由主機拖動尾車在軌道上行走。因此，由于連接桿安裝過程中的測量誤差以及制造誤差等，會導致連接桿在安裝過程中左右兩側長度不一致，造成尾車斜向安裝。

2.3 皮帶工作載荷的影響

混勻堆料機尾車皮帶是地面皮帶機的皮帶。當物料從地面上升到地面皮帶的尾車上的部分后，尾車在自重以及皮帶物料工作載荷的作用下，可能使左右兩側走行輪受力不同。例如，當物料由溜槽向皮帶輸送時，皮帶由輸送架上的兩個皮帶托輥對稱支撐。當下料點偏離皮帶中心，導致皮帶受到的沖擊載荷不能由兩個皮帶托輥相互抵消而偏向一側時，就會導致皮帶在輸送過程中慢慢向受力一側跑偏。同時，在物料輸送過程中導致物料在皮帶一側堆積，從而加重皮帶跑偏。地面皮帶上升到尾車部分時，車輪及整體受力不平衡，導致單側受力較大，造成部分結構受力變形，走行輪向一側傾斜而產生較大的磨損。

2.4 走行輪移動狀態(tài)的影響

當輪緣長時間靠在軌道上，走行輪輪緣產生磨損及變形后，其與軌道間的相對運動逐漸變成相對滑動，而并非滾動運動。相對滑動速度過大、相對滑動距離過長，都會加劇走行輪的不均勻磨損，導致尾車兩側走行輪的不對稱運動。長期如此運行，會造成尾車整體的嚴重跑偏。

3 改造方案設計

目前，該混勻堆料機尾車所存在的主要問題是在混勻堆料機運行過程中，當主機邊進行堆料邊牽引尾車行走時造成尾車跑偏，造成尾車走行輪產生不均勻磨損，降低走行輪的使用壽命。為提高設備的使用效率，對混勻堆料機尾車進行調偏改造，對主機與尾車之間的牽引連接桿進行優(yōu)化設計：

（1）將整體式連接桿改進為活動連接，兩段連接桿中間通過增加墊片或法蘭盤等零部件，達到調節(jié)兩側連接桿長度不一致的目的，從而起到調節(jié)尾車跑偏的作用。

（2）將兩段連接桿改為活動連接，在連接處的兩法蘭盤之間留有一定的縫隙，起到主機與尾車間的擺角微調作用，以避免造成結構的永久變形（圖2）。

圖2 連接桿結構優(yōu)化設計

基于上述設計，對牽引連接桿做出如下改進：①將原本整體的連接桿改成活動連結的分段桿；②連接桿分段處采用法蘭連接，中間夾墊片進行長度調節(jié)，使用8 個9.8 級M24 螺栓進行緊固；③法蘭盤處增加斷裂保護，起加固保護作用。

4 調偏方案與安全校核

4.1 方案安全性計算分析

在對混勻堆料機尾車跑偏的原因分析中，發(fā)現主機與尾車之間左右牽引連接桿長度不一致，左側牽引桿長度為4850 mm，右側牽引桿長度為4860 mm。導致該問題的可能原因是：①在混勻堆料機安裝時，尾車與主機的連接過程中施工不當，造成尾車偏擺；②在長期的負荷運行中，由于尾車皮帶機的不均勻受力，使尾車與主機間連接結構發(fā)生變形，造成尾車跑偏。因此，在一側連接桿處采用法蘭結構活動連接主機與尾車，以便靈活調節(jié)尾車偏擺角度。

本文改造施工涉及混勻堆料機主機和尾車之間牽引連接桿結構的改變，若工藝及施工設計不當，會導致改進后的結構無法承受主機帶給尾車的拉力，造成物料在由尾車皮帶向懸臂皮帶輸送過程中牽引連接桿斷裂，引起混勻堆料機尾車傾覆等事故。因此，需要對改造方案進行校核計算，以避免發(fā)生生產安全事故。

將牽引連接桿改進為活動連接結構后，需要通過法蘭盤使用螺栓進行緊固。由于結構的改動可能造成連接桿拉力及應力的改變，為了保證結構安全，在制定施工方案前需要進行可行性與安全性校核工作。

混勻堆料機主機與尾車間連接桿材料為16Mn 鋼，材料拉伸強度為470～660 MPa。法蘭盤連接螺栓使用機械等級為9.8 級的M24 螺栓，其材料拉伸強度為900 MPa。理論上，由于改進前后兩者所承受的拉力相同，因此根據原連接桿尺寸以及螺栓材料性能進行主機、螺栓數量以及安全性分析計算（表1）。

表1 構件結構尺寸 mm

牽引連接桿內部中空，其管壁厚度10 mm，得到連接桿面積：

按照螺栓的有效面積進行計算：M24 螺栓公稱直徑d，螺距P，螺栓有效直徑，其有效面積為：

通過螺栓拉力以及原連接桿拉力進行緊固螺栓數量計算：

可近似求出法蘭盤緊固螺栓數量為8 個，即可替代原連接桿結構并保證改進后結構的安全性。

4.2 調偏方案設計

在混勻堆料機尾車進行調偏時，首先要保證尾車相對于主機的位置要求。通過主機的走行驅動裝置反復牽引尾車，使車輪軌道處于尾車走行輪踏面的中間位置。尾車走行輪處于合適位置后，為了保證尾車與主機在施工過程中不改變相對位置，必須使用機械止擋裝置將兩者相對位置進行固定，以保證調偏方案實施的準確性。

基于上述安全校核計算，提出以下調偏方案：

（1）在連接桿外表面進行標記，以便于連接桿斷開后再連接時左、右兩端的找正及定位。

（2）左側連接桿長度較右側短10 mm，因此選擇左側連接桿中間部位添加法蘭盤及墊片。

（3）斷開左側連接桿后，主機略微調整與尾車間位置，使左、右兩桿長度達到一致。

（4）法蘭盤厚度為30 mm，為了保證法蘭盤與連接桿間的焊接安全，于連接桿斷開處切除40 mm，將法蘭盤安裝至連接桿時使斷開處端部處于法蘭盤中間，將法蘭盤與連接桿內外兩側接觸部位同時進行焊接。

（5）兩個法蘭盤之間使用20 mm 厚的墊片進行調節(jié)，使左側連接桿整體長度在調整后與右側連接桿長度一致。

（6）尾車與主機連接桿進行調整后，在空載及工作載荷下觀察尾車走行輪情況。若發(fā)現尾車存在跑偏問題，可以通過增加或減少法蘭盤處墊片厚度的方式進行靈活調整。

4.3 施工方案設計

為確保施工安全，施工人員需提前辦理設備檢修牌與操作許可證，并和設備操作崗位聯系確認，保證施工的安全規(guī)范。

基于安全校核計算和施工操作規(guī)范，提出以下施工方案：

（1）將混勻堆料機走行至料場最邊側，將其懸臂回轉、俯仰角度調至零位。

（2）當混勻堆料機到達指定位置后，設置錨定器，在尾車第一組走行輪一側安裝機械止擋裝置。

（3）在尾車兩側各使用兩臺5 t 手拉葫蘆固定尾車，一側手拉葫蘆固定在混勻堆料機主結構上，另一側手拉葫蘆固定在止擋樁上。

（4）首先拆除沿連接桿鋪設的潤滑油管，拆除油管后對兩連接桿中較短的一側連接桿進行切割、結構改造。

（5）在連接桿切割處兩端分別安裝法蘭盤，調整法蘭盤位置后進行焊接，要求在法蘭盤與連接桿內外兩側連接處均進行焊接，同時保證內、外兩道焊縫焊肉厚度不小于連接桿厚度（圖3）。

圖3 連接桿焊接示意

（6）在法蘭盤之間安裝墊片調節(jié)連接桿間距，調整后通過手拉葫蘆牽引尾車，并使用M24 螺栓進行連接、緊固兩側法蘭盤。緊固后，恢復連接桿處潤滑油管，并在法蘭盤連接處安裝斷裂保護器。

（7）對混勻堆料機進行送電試車，試運行檢驗法蘭連接桿強度。

5 改造效果

對主機與尾車間的牽引連接桿進行微調改造后，通過觀察尾車空載及滿載往返運行過程中尾車走行輪的運動情況，對改造效果進行分析。

當主機空載牽引尾車在軌道上行走時，去程和返程過程中走行輪輪緣與軌道間隙較大，輪緣與軌道摩擦現象較少，偶爾兩者接觸產生摩擦。當主機在滿負荷運行狀況下牽引尾車在軌道上行走時，去程和返程過程中存在走行輪輪緣與軌道接觸狀態(tài)，但在運行過程中屬于動態(tài)的接觸過程，走行輪輪緣與軌道并非長期接觸摩擦，在運動過程中兩側輪緣均與軌道接觸。因此，改造從運行效果上能夠達到了預期效果。

6 結束語

混勻堆料機是料場中的常用設備，本文針對混勻堆料機尾車跑偏問題對牽引連接桿進行優(yōu)化設計，將原有的剛性連接桿改造成可調節(jié)的活動連接桿。利用活動連接結構的微調，能調節(jié)尾車的跑偏量，減少尾車走行輪的磨損。在改造方案實施前，對其可行性和安全性校核，最終確定了穩(wěn)定、安全的施工方案，并根據施工方案順利、安全地完成了改造，為其他類似設備的改造提供參考。