帶式輸送機(jī)用伸縮給料裝置設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

劉洪寶，哈旦巴特爾，張瓊

（中交一航局安裝工程有限公司，天津 300457）

0 引言

隨著煤炭資源需求的增加，提高煤炭碼頭運(yùn)輸能力、提高工作效率成為行業(yè)的主要課題之一?，F(xiàn)今港口帶式輸送機(jī)系統(tǒng)中應(yīng)用比較廣泛的多點(diǎn)落料為分叉落料布置，即三通漏斗固定于帶式輸送機(jī)頭部，通過(guò)控制電動(dòng)翻板的位置，調(diào)節(jié)落料點(diǎn)的位置。在落料點(diǎn)的數(shù)量大于2時(shí)，采用分叉后再分叉的布置。當(dāng)落料點(diǎn)的數(shù)量較多時(shí)，只能通過(guò)使整體溜槽的高度增加來(lái)增加更多的落料點(diǎn)，但是，這樣一來(lái)機(jī)房的高度、重量也會(huì)水漲船高，而使用伸縮給料裝置則可避免以上問(wèn)題。

黃驊港三期工程中通過(guò)采用伸縮給料方案，將一條皮帶機(jī)分別向多條皮帶機(jī)給料變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。不僅成功降低了轉(zhuǎn)接機(jī)房的高度，又增加了堆料流程的可選擇性。本文主要闡述了伸縮給料裝置的機(jī)械結(jié)構(gòu)、電控結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)思想以及伸縮給料裝置（簡(jiǎn)稱(chēng)伸縮裝置）在實(shí)際應(yīng)用中的運(yùn)行原理。

1 工程背景

黃驊港位于中國(guó)河北省滄州市區(qū)以東約90 km的渤海之濱，地處環(huán)渤海經(jīng)濟(jì)區(qū)的中部。黃驊港三期工程包括新建2套四翻翻車(chē)機(jī)系統(tǒng)、24座筒倉(cāng)、4個(gè)5萬(wàn)噸級(jí)裝船泊位、帶式輸送機(jī)系統(tǒng)，以及配套設(shè)備及設(shè)施。其中BF10/11、BH10-1、BQ共計(jì)11條帶式輸送機(jī)配置有伸縮裝置。BF帶式輸送機(jī)、BQ帶式輸送機(jī)分別是翻堆流程、取裝流程的關(guān)鍵線(xiàn)路，伸縮裝置的性能直接影響整個(gè)工程的質(zhì)量和經(jīng)濟(jì)效益。

2 總體工藝設(shè)計(jì)

BF10和BF11帶式輸送機(jī)配備5工位伸縮裝置，有效行程28m；BH10-1帶式輸送機(jī)配備4工位伸縮裝置，有效行程12m；BQ7-1、BQ7-2、BQ8-1、 BQ8-2、 BQ9-1、 BQ9-2、 BQ10-1、BQ10-2帶式輸送機(jī)配備5工位伸縮裝置，有效行程16m。

2.1 設(shè)計(jì)工況

當(dāng)帶式輸送機(jī)停止時(shí)，伸縮裝置可以行走；伸縮裝置行走至指定工位（卸料位置）且其行走驅(qū)動(dòng)制動(dòng)后，帶式輸送機(jī)方可啟動(dòng)。帶式輸送機(jī)運(yùn)行時(shí)，伸縮裝置不可啟動(dòng)。在其行走驅(qū)動(dòng)裝置制動(dòng)后，伸縮裝置無(wú)需錨固，此時(shí)帶式輸送機(jī)可實(shí)現(xiàn)滿(mǎn)載啟動(dòng)，物料由帶式輸送機(jī)經(jīng)過(guò)伸縮裝置到達(dá)卸料位置。

2.2 行走機(jī)構(gòu)

伸縮裝置行走速度0.08m/s，驅(qū)動(dòng)裝置采用變頻器驅(qū)動(dòng)電機(jī)，結(jié)合行星減速機(jī)與齒輪針齒條的形式。驅(qū)動(dòng)裝置兩側(cè)對(duì)稱(chēng)布置，兩側(cè)驅(qū)動(dòng)嚴(yán)格保持同步。變頻驅(qū)動(dòng)技術(shù)可使得伸縮裝置平穩(wěn)啟停，精確定位。驅(qū)動(dòng)電機(jī)安裝在伸縮裝置行走車(chē)體上，齒條安裝在行走軌道支撐梁上，錨固形式為電動(dòng)夾軌器制動(dòng)。

伸縮裝置定位通過(guò)絕對(duì)值編碼器與接近開(kāi)關(guān)相結(jié)合的方式，兩端極限位置分別設(shè)置有雙重安全保護(hù)裝置。

2.3 供電及控制形式

每臺(tái)伸縮裝置設(shè)置有一臺(tái)控制柜，由變電所抽屜柜供電。伸縮裝置行走變頻器設(shè)置在控制柜內(nèi)，柜內(nèi)還有PLC及其它控制元器件，在控制柜內(nèi)實(shí)現(xiàn)伸縮裝置的獨(dú)立控制。上機(jī)電纜采用懸掛電纜形式。

2.4 除鐵形式

除鐵器懸掛在伸縮裝置頭部。隨著伸縮裝置的移動(dòng)，除鐵器可到達(dá)不同落料點(diǎn)，實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)給料除鐵。

3 伸縮給料裝置選型與實(shí)現(xiàn)

根據(jù)工藝總體設(shè)計(jì)，伸縮裝置驅(qū)動(dòng)選型、結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)以及精確定位的實(shí)現(xiàn)是整套系統(tǒng)的重點(diǎn)。伸縮裝置的電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要實(shí)現(xiàn)伸縮裝置正確識(shí)別每個(gè)工位和兩端的行程極限位置；同時(shí)伸縮裝置是移動(dòng)設(shè)備，在伸縮裝置移動(dòng)的同時(shí)要實(shí)現(xiàn)移動(dòng)供電。

3.1 相關(guān)計(jì)算

3.1.1 機(jī)械相關(guān)參數(shù)計(jì)算

以BF皮帶機(jī)伸縮裝置計(jì)算為例進(jìn)行說(shuō)明。BF伸縮裝置上結(jié)構(gòu)與物料共重約200 t。

根據(jù)滾動(dòng)摩擦阻力公式：查表得μ輪=0.07，μ軸承=0.004。

取安全系數(shù)為1.5。

雙側(cè)：Ft=F牽引·1.5=432 kN

行走速度：v=0.08m/s

綜合考慮多重因素，最終取單臺(tái)電機(jī)功率（行走）：P=30 kW

單側(cè)：Ft=216 kN

σHP=1411（銷(xiāo)齒輪材料40Cr）

φ =1.5～2.5

取dp=80mm

取銷(xiāo)齒輪齒數(shù) z1=13（z1=9～18）。

3.1.2 電控相關(guān)參數(shù)計(jì)算

負(fù)荷計(jì)算：

伸縮給料電機(jī) 30 kW×2

輔助機(jī)構(gòu) 10 kW

整機(jī)裝機(jī)容量 70 kW

工作電流：

考慮最不利工況，伸縮給料電機(jī)及全部輔助機(jī)構(gòu)同時(shí)運(yùn)行加以計(jì)算。

P=30×2+10=70 kW

若cosφ=0.8，則S=P/0.8=70/0.8=87.5 kVA

根據(jù)計(jì)算，IQ=1.1，I=146 A，總斷路器選160 A框架斷路器，額定電流160 A，兼具短路及過(guò)流、過(guò)載保護(hù)。

3.2 機(jī)械設(shè)計(jì)

結(jié)構(gòu)布置見(jiàn)圖1。

圖1 帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)布置圖

該帶式輸送機(jī)用伸縮裝置，包括電纜架和兩個(gè)彼此之間平行設(shè)置的軌道16（對(duì)應(yīng)序號(hào)見(jiàn)圖1中相應(yīng)引線(xiàn)序號(hào)），兩個(gè)軌道的一端的兩側(cè)分別安裝有框架，在另一端的軌道上通過(guò)滾輪安裝有行走車(chē)體1，滾輪能夠在驅(qū)動(dòng)裝置的帶動(dòng)下與軌道16相滾動(dòng)配合，行走車(chē)體以及框架的上、下側(cè)分別安裝有多個(gè)改向滾筒，多個(gè)改向滾筒14上環(huán)繞安裝有與其滑動(dòng)配合的皮帶，行走車(chē)體的頭部沿皮帶上物料流出的方向安裝有漏斗9，在位于行走車(chē)體頭部的滾輪上安裝有絕對(duì)值編碼器11，絕對(duì)值編碼器的輸出信號(hào)端與驅(qū)動(dòng)裝置相連，行走車(chē)體的頭部通過(guò)安裝架安裝有除鐵器8，安裝架上連接有防傾覆裝置2，電纜架上安裝有多個(gè)電纜滑車(chē)3，電線(xiàn)通過(guò)電纜滑車(chē)以及防傾覆裝置與驅(qū)動(dòng)裝置相連，防傾覆裝置與電纜架能夠相接觸設(shè)置，軌道的兩端分別安裝有限位器13。限位器第一道設(shè)置正常停止工作限位，第二道設(shè)置極限停止限位，第三道為彈簧緩沖器12，保證了該伸縮裝置的安全運(yùn)行。除鐵器實(shí)時(shí)作業(yè)，確保了伸縮裝置的除鐵效果。

驅(qū)動(dòng)裝置包括分別安裝在行走車(chē)體兩側(cè)的兩臺(tái)電機(jī)，兩臺(tái)電機(jī)7與控制柜中的變頻器相連，在每臺(tái)電機(jī)的輸出軸上均安裝有一個(gè)齒輪，兩個(gè)軌道下方支撐結(jié)構(gòu)上分別安裝有齒條5，每個(gè)齒輪能夠與對(duì)應(yīng)設(shè)置的齒條相嚙合配合。行走車(chē)體驅(qū)動(dòng)裝置采用了雙電機(jī)驅(qū)動(dòng)，保證了該伸縮裝置兩套驅(qū)動(dòng)同步運(yùn)行，避免行走輪兩側(cè)受力不均導(dǎo)致的啃軌現(xiàn)象。當(dāng)然也可以采用現(xiàn)有的其它傳動(dòng)形式傳動(dòng)。

優(yōu)選的行走車(chē)體上安裝有清掃器15，清掃器的刮板與皮帶相對(duì)間隔設(shè)置。設(shè)置清掃器可以確?；爻唐o(wú)附著物料。

優(yōu)選的在位于每一個(gè)工位位置的軌道上分別安裝有一個(gè)接近開(kāi)關(guān)10，行走車(chē)體上安裝有一個(gè)感應(yīng)塊。定位裝置使用編碼器精確實(shí)時(shí)反饋行走位置，同時(shí)行走車(chē)體上設(shè)有感應(yīng)塊，行走車(chē)體走到某一工位后相對(duì)應(yīng)的接近開(kāi)關(guān)動(dòng)作，即時(shí)校正由編碼器累計(jì)誤差引起的定位不準(zhǔn)的情況，確保了行走車(chē)體定位準(zhǔn)確。

優(yōu)選的行走車(chē)體上安裝有電動(dòng)夾軌器6以保證本裝置作業(yè)前由電動(dòng)夾軌器固定。

3.3 電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)

供電系統(tǒng)單線(xiàn)圖見(jiàn)圖2。

圖2 供電系統(tǒng)單線(xiàn)圖

伸縮裝置的電控系統(tǒng)由控制柜、懸掛電纜、滑車(chē)系統(tǒng)、變頻器、驅(qū)動(dòng)電機(jī)、制動(dòng)裝置以及檢測(cè)裝置等組成。

控制柜是電控系統(tǒng)的核心，伸縮裝置的驅(qū)動(dòng)變頻器和PLC控制器模塊等重要電控元器件均設(shè)置在柜內(nèi)。控制柜包括動(dòng)力和控制部分。動(dòng)力部分主要包括動(dòng)力回路，引自變電所的電源供給變頻器，并為變頻器設(shè)置相應(yīng)的保護(hù)。為了提高可靠性，除變頻驅(qū)動(dòng)回路外，主回路還設(shè)計(jì)有接觸器正反轉(zhuǎn)回路，可將變頻器旁路。當(dāng)變頻器出現(xiàn)故障而又需要伸縮裝置移動(dòng)時(shí)，可手動(dòng)旁路變頻器，將驅(qū)動(dòng)電機(jī)切換到由正反轉(zhuǎn)接觸器直接驅(qū)動(dòng)運(yùn)行。伸縮裝置設(shè)有2臺(tái)驅(qū)動(dòng)電機(jī)，由同一臺(tái)變頻器驅(qū)動(dòng)，保證了兩臺(tái)電機(jī)的同步性。每臺(tái)電機(jī)均設(shè)計(jì)有熱繼電器進(jìn)行過(guò)載保護(hù)，動(dòng)作信號(hào)由PLC采集?？刂撇糠种饕捎肞LC控制，伸縮裝置的控制包括就地控制和遠(yuǎn)程控制，就地控制通過(guò)設(shè)置就地操作箱，在操作箱上用轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)手動(dòng)進(jìn)行遠(yuǎn)控/就地切換。

正常情況下，伸縮裝置為中控室遠(yuǎn)程控制，啟動(dòng)、工位選擇等信號(hào)通過(guò)通訊傳遞至控制柜PLC，控制柜PLC輸出開(kāi)關(guān)量信號(hào)控制伸縮裝置以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)功能。特殊情況下，如與中控室通訊中斷，可通過(guò)就地操作箱實(shí)現(xiàn)伸縮裝置相應(yīng)控制。

由于伸縮裝置的可移動(dòng)特性，所有供電、控制纜需要通過(guò)電纜滑車(chē)敷設(shè)至伸縮裝置的用電設(shè)備上，電纜滑車(chē)是由在防傾覆裝置上運(yùn)動(dòng)的多組懸吊式電纜滑車(chē)組成，整個(gè)系統(tǒng)還設(shè)有拖拽鋼絲繩和緩沖器。所有線(xiàn)纜均為柔性、丙烯橡膠絕緣、氯磺?；垡蚁–SP）護(hù)套型，鑒于環(huán)境溫度的影響，設(shè)計(jì)時(shí)已適當(dāng)?shù)亟档土似漕~定值。電纜滑車(chē)的選型同所懸掛的線(xiàn)纜規(guī)格匹配，在此基礎(chǔ)上合理設(shè)計(jì)線(xiàn)纜路由，電纜滑車(chē)的數(shù)量根據(jù)移動(dòng)行程及電纜撓度確定；當(dāng)多芯懸掛電纜直徑超過(guò)25 mm時(shí)采用線(xiàn)芯并排布置的扁電纜。懸掛線(xiàn)纜長(zhǎng)度為伸縮裝置移動(dòng)至最遠(yuǎn)工位所需電纜長(zhǎng)度、線(xiàn)纜自然彎曲所消耗長(zhǎng)度、至移動(dòng)/固定接線(xiàn)箱的線(xiàn)纜長(zhǎng)度之和，當(dāng)然長(zhǎng)度可與經(jīng)驗(yàn)值進(jìn)行比較，一般可取行程的1.2～1.3倍。

伸縮裝置行走車(chē)體上還設(shè)置有電動(dòng)夾軌器，用于伸縮裝置的錨固。當(dāng)伸縮裝置移動(dòng)時(shí)，電動(dòng)夾軌器打開(kāi)，反之夾緊。通過(guò)PLC采集電動(dòng)夾軌器打開(kāi)、夾緊限位信號(hào)，判斷電動(dòng)夾軌器狀態(tài)。電動(dòng)夾軌器打開(kāi)時(shí)，伸縮裝置方可運(yùn)行；當(dāng)行走驅(qū)動(dòng)裝置制動(dòng)且電動(dòng)夾軌器夾緊后，帶式輸送機(jī)方可運(yùn)行，此處通過(guò)PLC聯(lián)鎖控制實(shí)現(xiàn)。

控制柜內(nèi)的PLC接受中控室通訊信號(hào)，同時(shí)采集現(xiàn)場(chǎng)伸縮裝置就地控制箱控制信號(hào)及伸縮裝置限位信號(hào)，如前進(jìn)終點(diǎn)限位、前進(jìn)極限限位、后退終點(diǎn)限位、后退極限限位、多個(gè)工位到位檢測(cè)限位等。伸縮裝置上同時(shí)設(shè)置有絕對(duì)值編碼器，將伸縮裝置的運(yùn)行位置參數(shù)提供給PLC，結(jié)合工位到位檢測(cè)限位實(shí)現(xiàn)精確定位。

4 結(jié)語(yǔ)

本文所述伸縮裝置已成功應(yīng)用在黃驊港三期、四期工程上，目前伸縮裝置定位準(zhǔn)確，運(yùn)行工況穩(wěn)定，除鐵效果理想。

伸縮裝置與目前傳統(tǒng)的分叉溜槽給料方式相比，具有設(shè)計(jì)上的合理性、可靠性、安全性等優(yōu)點(diǎn)，可以應(yīng)用于一條皮帶機(jī)向多條皮帶機(jī)給料的工況，該伸縮裝置既可提高空間利用率，又可降低了轉(zhuǎn)接機(jī)房的高度。同時(shí)該伸縮裝置還具有除鐵功能，更可減少除鐵器總安裝量。其電控方面采用了變頻器、PLC等技術(shù)，結(jié)合現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際，充分考慮了現(xiàn)場(chǎng)工況。伸縮裝置實(shí)現(xiàn)的多工位功能以及本身配備的電控系統(tǒng)必將有效提高港口的輸送能力。