敞車散料耙平機(jī)研制

張文新，黃長(zhǎng)征，龍 慧

（1.韶關(guān)市賽力樂(lè)液壓件制造有限公司，廣東 韶關(guān) 512000；2.韶關(guān)學(xué)院智能工程學(xué)院，廣東 韶關(guān) 512005）

0 引言

礦山、采石場(chǎng)等場(chǎng)所需要通過(guò)敞車將礦石等散料運(yùn)輸?shù)街付ㄎ恢?，若敞車中的散料分布不合理、偏載等，將可能引起安全事故，因此須將敞車中散料耙平，控制敞車不偏載。目前，敞車散料普遍采用人工耙平，工人勞動(dòng)強(qiáng)度大，工作效率低。為了降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度，提高敞車平料效率，敞車散料機(jī)械耙平已經(jīng)成為發(fā)展趨勢(shì)[1]?，F(xiàn)有散料機(jī)械耙平主要用在港口鐵路運(yùn)輸中。港口鐵路大宗散貨主要采用裝車樓和裝車機(jī)兩種方式。裝車樓主體系統(tǒng)、牽車系統(tǒng)、控制系統(tǒng)和輔助系統(tǒng)組成。由于裝車樓存在系統(tǒng)能耗大、運(yùn)行成本高等缺點(diǎn)[2，3]。裝車機(jī)逐漸成為港口企業(yè)應(yīng)用較多的方式。在現(xiàn)有裝車工藝條件下，火車車廂內(nèi)存在尖角形料堆。為了平整散裝貨物的列車頂面物料，胡志輝等[4]設(shè)計(jì)出了一種螺旋式的平料機(jī)，采用主動(dòng)方式對(duì)鐵礦粉進(jìn)行平整；由于螺旋平車器必須設(shè)后側(cè)的擋料板，且螺旋機(jī)構(gòu)直徑較大，不易解決車廂兩端的平料問(wèn)題。湛江港研發(fā)了一種全自動(dòng)火車散料螺旋平料機(jī)，平料機(jī)構(gòu)主要包括螺旋和刮板構(gòu)成，采用螺旋將物料沿車廂橫向進(jìn)行分料，車廂縱向則采用刮板進(jìn)行物料平整[5]。這種螺旋平料機(jī)整體通過(guò)行走機(jī)構(gòu)在固定式支承門架頂部的軌道上行走，由于列車在支承門架下方并不是靜止而是緩慢通過(guò)，平料機(jī)與車廂在作業(yè)過(guò)程中及平料機(jī)與支承門架端頭的碰撞有可能碰撞。李菁川等[3]研制了一種智能移動(dòng)式平料裝車機(jī)，這種平料裝載機(jī)主要用于港口鐵路大宗散料裝車作業(yè)。平料裝車機(jī)主要包括裝料皮帶機(jī)、橋架、司機(jī)室、電氣房、梯子平臺(tái)、分叉料斗和螺旋平料裝置等。該平料裝車機(jī)采用螺旋平整散料，通過(guò)螺旋葉片驅(qū)使物料從車廂中間向兩側(cè)或使堆料中心向，從車廂中間向中心移動(dòng)[6]。然而，在螺旋平料機(jī)在應(yīng)用過(guò)程中，物料在車廂端部一個(gè)螺距的位置出現(xiàn)物料堆積和空隙[7]。而礦山、采石場(chǎng)無(wú)專門的耙平機(jī)，因此研制了一種高效的敞車散料耙平機(jī)。

1 總體結(jié)構(gòu)

敞車散料耙平機(jī)包括動(dòng)力機(jī)車、底座、立柱、主橫梁、行走小車橫梁、液壓站總成、立柱轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)、耙板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、耙板、刮板器，如圖1 所示。動(dòng)力機(jī)車為雙車輪結(jié)構(gòu)，采用電驅(qū)動(dòng)。動(dòng)力機(jī)車架上裝有立柱底座和液壓站總成，液壓站總成采用一用一備的雙泵結(jié)構(gòu)，泵的額定壓力是25 MPa，最高使用壓力32 MPa。底座位于動(dòng)力機(jī)車架上中間位置，底座通過(guò)立柱轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)與立柱形成可轉(zhuǎn)動(dòng)連接。立柱轉(zhuǎn)動(dòng)機(jī)構(gòu)包括立柱、液壓馬達(dá)、驅(qū)動(dòng)齒和齒圈。液壓馬達(dá)轉(zhuǎn)速為0 ～2 r/min。立柱通過(guò)軸承與底座連接。齒圈裝在底座上端外周上。液壓馬達(dá)固定在立柱上，液壓馬達(dá)的端部設(shè)有驅(qū)動(dòng)齒，驅(qū)動(dòng)齒與齒圈相互嚙合，可帶動(dòng)立柱轉(zhuǎn)動(dòng)。立柱的中部設(shè)有大臂孔，大臂通過(guò)大臂孔和鉸鏈連接與立柱配合。立柱的上部設(shè)有掛耳，掛耳與大臂通過(guò)斜拉鋼絲繩橫梁中部連接。支撐油缸一端連接大臂的底部，一端連接在立柱底部上，用于支撐大臂。

1—支撐油缸；2—齒圈；3—底座；4—?jiǎng)恿C(jī)車；5—驅(qū)動(dòng)齒輪；6—機(jī)架；7—液壓站；8—液壓馬達(dá)；9—立柱；10—大臂孔；11—立柱上部；12—大臂；13—拉耳；14—鋼絲繩；15—行走油缸；16—調(diào)控室；17—升降油缸；18—法蘭缸筒；19—齒輪齒條擺動(dòng)缸；20—行走小車中心孔；21—行走小車；22—行走小車橫梁；23—刮板器；24—耙板軸；25—耙板。圖1 耙平機(jī)總體結(jié)構(gòu)示意

大臂上設(shè)有調(diào)控室和行走油缸。大臂的端面裝有兩根行走小車橫梁。兩根行走小車橫梁上裝有行走小車。行走油缸缸筒固定安裝在大臂上。行走油缸的活塞桿連接著行走小車，行走油缸采用直徑125/90～5600 mm 油缸水平移動(dòng)，無(wú)桿腔速度設(shè)為0.1 m/s，有桿腔速度0.2 m/s，無(wú)級(jí)調(diào)速。行走小車通過(guò)耳環(huán)座與大臂上行走油缸活塞桿相連接。行走小車中部設(shè)有耙軸孔。在行走小車的面上設(shè)有齒輪齒條擺動(dòng)油缸。包括耙把軸和齒輪齒條擺動(dòng)油缸組成耙軸旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。齒輪齒條擺動(dòng)油缸驅(qū)動(dòng)扭矩可達(dá)26282 N·m，即相當(dāng)于1.64 t 的耙平力，轉(zhuǎn)速0～8 r/min 無(wú)級(jí)調(diào)速。該齒輪齒條擺油缸的齒輪中設(shè)有鍵槽孔。齒輪齒條擺動(dòng)油缸安裝有法蘭缸筒，法蘭缸筒與齒輪齒條擺動(dòng)油缸垂直布置。法蘭缸筒上方裝有升降油缸。升降油缸活塞桿在法蘭缸筒內(nèi)與耙軸端部連接。行走小車耙軸孔、齒輪齒條擺油缸中鍵槽孔、法蘭缸筒、升降油缸的軸線共線。耙板軸徑向與齒輪齒條擺油缸中鍵槽孔通過(guò)鍵連接。耙板軸軸向依次穿過(guò)行走小車耙軸孔、齒輪齒條擺油缸中鍵槽孔和法蘭缸筒，耙板軸的軸端與升降油缸活寒桿連接。

刮板器通過(guò)法蘭套向連接在行車小車上。耙板軸的下端裝有耙板，耙把軸與耙板相互垂直。齒輪齒條擺動(dòng)油缸的油缸兩端外側(cè)部裝有接近傳感器。齒條液壓工作時(shí)，齒條往復(fù)移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)齒輪順時(shí)針或逆時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶動(dòng)耙把軸及其耙板順時(shí)針或逆時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)，從而快捷、有效地耙平列車車箱散裝物料，達(dá)到運(yùn)輸要求。

2 控制系統(tǒng)

耙平機(jī)集PLC 控制技術(shù)、傳感技術(shù)、液壓技術(shù)和電機(jī)變頻控制技術(shù)于一體?？刂葡到y(tǒng)設(shè)計(jì)既可采用自動(dòng)控制，也可手動(dòng)控制，控制流程見(jiàn)圖2。

圖2 控制流程

耙平機(jī)的自動(dòng)控制流程：

（1）按下自動(dòng)按鈕發(fā)信號(hào)給PLC，PLC 正常運(yùn)行，驅(qū)動(dòng)固態(tài)繼電器，固態(tài)繼電器驅(qū)動(dòng)電磁閥。電磁閥得電后線圈吸合，立柱與大臂開(kāi)始擺動(dòng)，行走小車沿著小車橫梁導(dǎo)軌前進(jìn)，同時(shí)耙板開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)。

（2）當(dāng)耙板快要碰到車廂前方壁時(shí)，連接在行走小車上的彈片先碰到車廂前壁，彈片帶動(dòng)接近傳感器平移，傳感器得電，這時(shí)行走小車開(kāi)始后退。

（3）當(dāng)耙板快要碰到車廂后壁時(shí)，這時(shí)連接在行走小車上的彈片先碰到車廂后壁，彈片帶動(dòng)接近傳感器平移，傳感器得電，這時(shí)行走小車開(kāi)始向前運(yùn)動(dòng)。

（4）當(dāng)耙板快要碰到車廂左壁時(shí)，這時(shí)連接在行走小車上向的彈片先碰到車廂左壁，彈片帶動(dòng)接近傳感器平移，傳感器得電，這時(shí)行走小車開(kāi)始后退。

（5）當(dāng)耙板快要碰到車廂右壁時(shí)，這時(shí)連接在行走小車上向的彈片先碰到車廂右壁，彈片帶動(dòng)接近傳感器平移，傳感器得電，這時(shí)行走小車開(kāi)始后前進(jìn)。

（6）完成一次周期動(dòng)作后，耙板開(kāi)始上升，刮板器刮掉耙板上的粘物。

（7）手動(dòng)使耙板下降開(kāi)始第二次耙行動(dòng)作。

（8）當(dāng)車廂的散裝材料都耙平后，按下停止按鈕，大臂將運(yùn)動(dòng)到和車廂方向平行的高空。

手動(dòng)控制流程設(shè)計(jì)成手動(dòng)按一下的按鈕，PLC 運(yùn)行相應(yīng)的程序。耙平機(jī)的手動(dòng)控制流程如下：

（1）觀察耙板位置，如要使耙板正轉(zhuǎn)，把主令開(kāi)關(guān)拔到耙正轉(zhuǎn)的位置，耙板開(kāi)始正轉(zhuǎn)。

（2）如要使耙板左或者是右運(yùn)動(dòng)，把主令開(kāi)關(guān)拔到左或是右的位置，耙板開(kāi)始向左或是向右運(yùn)動(dòng)。這樣每做完一個(gè)程序都要把主令開(kāi)關(guān)拔到一個(gè)位置。

（3）當(dāng)耙板在工作時(shí)如有緊急情況，按一下急停按鈕。耙板停止轉(zhuǎn)動(dòng)，然后上升移動(dòng)到與車箱成180°。

（4）當(dāng)車箱里的材料都耙平后，按一下停止按鈕，大臂將運(yùn)動(dòng)到和車廂方向平行的高空。

采用PLC 控制技術(shù)、傳感技術(shù)、液壓技術(shù)和電機(jī)變頻控制技術(shù)，能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、安全、可靠、高效耙平作業(yè)，解決了列車提速后敞箱散料運(yùn)輸因偏載存在的安全問(wèn)題，替代了人工繁重、低效的體力勞動(dòng)。

3 關(guān)鍵部件設(shè)計(jì)

3.1 耙板

耙板裝置包括耙板軸、連接頭、橫條、耙齒，如圖3 所示。耙板軸沿軸向方向開(kāi)有鍵槽。耙板軸上端通過(guò)軸承與法蘭連接。耙板軸的下端裝有連接頭。連接頭的中間裝有橫條，橫條兩端中部設(shè)有螺孔，在橫條底面設(shè)有T 形槽，T 形槽中裝有耙板片，耙板片一邊是鑲嵌在骨架中，耙把片的另一邊設(shè)有耙齒，骨架兩端中部設(shè)有蝶形螺栓。連接頭的底部設(shè)有圓螺母。裝配時(shí)，首先將帶T 形槽橫條裝在連接頭中，耙把片的上部鑲嵌在橫條的T 形槽中，通過(guò)蝶形螺栓將橫條緊固，再將連接頭的底部圓螺母旋緊，耙板片、橫條和連接頭穩(wěn)定連接在一起，就形成了一個(gè)連接可靠、拆卸方便的耙板機(jī)構(gòu)。

1—法蘭；2—鍵槽；3—耙板軸；4—連接頭；5—橫條；6—蝶形螺栓；7—圓螺栓；8—耙把片。圖3 耙板結(jié)構(gòu)示意

3.2 刮板器

刮板器包括機(jī)架、刮板塊、刮板，機(jī)架兩端的底部裝有滑板，滑板的兩邊設(shè)有滑槽，在滑槽中裝有刮板塊。刮板塊兩端設(shè)有掛槽，刮塊板內(nèi)側(cè)邊設(shè)有刮板槽，在刮板槽中裝有刮板，刮板長(zhǎng)度大于耙板的長(zhǎng)度。刮板機(jī)構(gòu)通過(guò)法蘭與行走小連接。當(dāng)粘有物料耙板經(jīng)過(guò)兩刮板之間時(shí)，兩塊刮板在兩端彈簧的作用下，就能將耙板上的粘物徹底清除。如圖4 所示。

1—法蘭套筒；2—機(jī)架；3—滑槽；4—掛槽；5—耙板；6—刮板塊；7—刮板；8—彈簧。圖4 刮板器示意

3.3 耙板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)

耙板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)包括箱體、兩個(gè)齒條油缸、齒輪、接近傳感器，如圖5 所示。齒輪裝在兩個(gè)齒條之間，齒輪與齒條相嚙合。齒輪中心開(kāi)有鍵槽孔，耙板軸與鍵槽孔之間通過(guò)鍵配合。兩個(gè)齒條油缸的外側(cè)部位裝有接近傳感器。齒條液壓工作時(shí)，齒條往復(fù)移動(dòng)，驅(qū)動(dòng)齒輪順時(shí)針或逆時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)，從而帶去耙把軸及其耙板順時(shí)針或逆時(shí)鐘轉(zhuǎn)動(dòng)，從而快捷、有效地耙平列車車箱散裝物料，達(dá)到運(yùn)輸要求。

1—齒輪；2—箱體；3—耙板軸；4—鍵槽孔；5—齒條；6—齒條油缸；7—接近傳感器。圖5 耙板旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)示意

4 結(jié)語(yǔ)

耙平機(jī)設(shè)計(jì)緊湊，結(jié)構(gòu)合理，使用效率高，安全可靠，使用壽命長(zhǎng)。立柱、大臂和行車小車橫梁、耙板軸等結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，承載能力強(qiáng)。耙平機(jī)采用PLC 控制技術(shù)、傳感技術(shù)、液壓技術(shù)和電機(jī)變頻控制技術(shù)，集機(jī)、電、液一體化的耙平機(jī)能實(shí)現(xiàn)自動(dòng)、安全、可靠、高效耙平作業(yè)。解決了礦石運(yùn)輸過(guò)程的礦石散料必須耙平防止敞車車箱散料運(yùn)輸偏載存在的安全問(wèn)題。因此替代了人工繁重、低效的體力勞動(dòng)，從而提高了工作效率。