新型散貨移動式堆高機的設計及應用*

孫遠韜 　吳　丹 　沈　卓　仝瑞國 　張　氫

(1　同濟大學機械與能源工程學院　2　無錫松邦科技有限公司)

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新型散貨移動式堆高機的設計及應用*

孫遠韜1吳丹2沈卓2仝瑞國2張氫1

(1同濟大學機械與能源工程學院2無錫松邦科技有限公司)

摘要：為了改進目前堆料方法的不足之處，設計制造了一種輪胎式移動堆高機械，通過卡車上坡平臺系統及皮帶機-臂架系統的設計，可以自由地在碼頭緊湊的空間內進行堆高布料。實踐證明，該設備可以大大提高碼頭的堆放效率及堆高高度，同時解放人力，降低碼頭堆放成本及建設資金。

關鍵詞：移動; 堆高機; 散貨

1前言

堆料機是使用在散貨料場上的主力設備，尤其在煤炭、礦石、糧食、化肥等大宗散貨的儲運基地及中轉碼頭得到越來越廣泛的應用。目前，常見的堆料機都屬于軌道式堆料機，需要行走在堆場固定的軌道上面，并且只能走直線，如果要滿足整個堆場的布料，一般需要多臺堆料/取料機同時作業。除設備本身外，軌道基礎的建設也是一筆不小的投資[1]。而中小型的堆場，或者散雜兼顧的堆場，一般不會鋪設軌道基礎，沒有固定的皮帶機系統，此類堆場往往采用卡車作為水平運輸，直接倒料后通過多臺裝載機或者挖掘機進行二次堆高，甚至三次堆高[2]。這種作業方式雖然初期投入成本低，作業也靈活，但是畢竟比較原始、作業效率低、也相對粗獷。對柴油的損耗、對粉塵的控制、對物料的多次碾壓導致的貨損等缺點也非常明顯，并且料堆的高度也受到限制，一般經過挖掘機堆高的料堆高度普遍在6～8 m，與堆料機動輒12 m以上的料堆高度，堆場的利用面積也大打折扣。

為了增強這種中小及散雜堆場的競爭力，克服軌道基礎及皮帶機系統的大投入，設計制造了一種輪胎移動式的堆高機，可以自由地在堆場進行布料，并接受卡車的直接倒料，極大地提高了堆場的堆放效率，同時降低能耗，解放人力，為碼頭降低堆放成本。

2移動式堆高機的子系統組成

移動式堆高機設計能力為3 000 t/h，堆高12 m，能夠滿足2輛卡車的同時卸車作業。其工作機構主要由臂架系統、皮帶機系統、卡車上坡平臺系統以及大車行走系統組成，如圖1所示。

圖1　移動堆高機系統圖

2.1臂架系統

臂架系統主要由臂架俯仰機構和臂架金屬結構組成。臂架結構長30 m，通過俯仰機構的作用，可以俯仰0～20°，從而將其上的皮帶機所載物料揚高12 m，實現物料堆高的功能。為了減輕臂架重量，臂架采用桁架結構形式(如圖2所示)，并通過單出繩的鋼絲繩卷揚系統進行俯仰動作，保證了門架在固定的狀態下實現臂架的相對回轉運動。受到地面承載能力的限制，回轉角度的范圍為-15°～+15°。

圖2　臂架結構有限元應力云圖

2.2皮帶機系統

皮帶機系統包括臂架皮帶機和上料皮帶機，均采用變頻驅動。

臂架皮帶機采用內藏式設計，上托輥的支架與臂架桁架的水平撐桿采用一體化設計，整條皮帶機處于桁架內部運行，充分利用桁架高度，以減少迎風面積，并優化了整機的布置高度。

上料皮帶機分為爬坡段和受料段，采用變槽角設計。爬坡段采用標準的35°槽角，以保證最大傾角。受料段采用10°槽角，為能承受卡車的直接倒料，采用加密布置，并在上方設置緩沖格柵。

上料皮帶機還設置有料流檢測，當檢測到料流時，皮帶機系統處于滿速運行；當沒有料流時，皮帶機系統處于低速運行，以達到節能的效果。

2.3行走驅動機構

圖3　行走驅動系統

為了提高整機的工作范圍與靈活性，與以往的軌道式行走方式不同，本設計采用輪胎式行走方式并結合液壓轉向機構，可以靈活地在作業區域轉任意轉向、直行、橫走，方便轉移至別的作業區域，大大擴展了作業能力和工作區域，如圖3所示。左右兩側的車輪行走線速度可以通過差速機構自動調節，實現轉彎的線速度差異,從而保證轉彎的平穩性；同時行走機構可以通過頂升油缸來調節地面的不平整，在受料工作階段還可以直接抬離地面，使得整個車架結構支撐在地面上，既保護輪胎，又增加受料階段的工作穩定性。

2.4卡車上坡平臺系統

為保證卡車能夠順利并直接卸料給上料皮帶機，本堆高機專門設置了卡車上坡平臺系統(如圖4所示)，隨著堆高機一起移動，并且左右側各1套，滿足雙向均可卸料的要求。避免了需要鋪設臨時坡道的工作，增強了作業靈活性。

卡車上坡平臺系統，工作狀態落地時，充分考慮了卡車車廂揚起后的最低位置，并優化了卡車的上坡角度。非工作狀態收起時，為降低整機高度，采用液壓折疊式翻板設計。當一側工作時，另一側始終處于收起非工作狀態，使得整個卡車卸料口永遠處于三面的近乎密閉空間，配以噴淋抑塵系統，可以起到理想的抑塵效果。

圖4　卡車上坡平臺

3機械系統性能分析與應用

3.1鋼結構的安全性

為了保證機械系統的安全性，采用FEM規范進行鋼結構設計，并借助有限元分析校核了結構的強度、剛度和穩定性，其結果均符合規范要求。

3.2運行調試情況

現場的運行情況證明，所設計的移動式堆高機堆高能力達到3 000 t/h，堆高12 m，能夠滿足同時2輛卡車的卸車作業。可使用柴油發電機和岸電2種供電方式，而完成這些堆高工藝僅需要配備1名司機，極大縮減了碼頭司機配備，且提高了港口的生產效率，也方便了港口的堆高作業，節省了碼頭堆場空間。

4結語

為了改進目前堆料機的不足之處，減少設備對碼頭建設再建設基礎和布設鋼軌要求，設計制造了一種帶有自驅動且有回轉功能的移動式堆高系統，因此可以自由地在碼頭緊湊的空間內進行布料。該

裝備的應用實踐證明，可以大大提高碼頭的堆放效率，同時降低能耗，解放人力，為降低碼頭堆放成本發揮積極作用。

參 考 文 獻

[1]朱明. DBK2000.43型堆料機門座架及行走機構靜力學分析[J]. 機械工程師，2015(11)：131-132.

[2]張可能，趙玉鳳. 各種卸料機-堆料機組合方案的比較[J]. 世界采礦快報，2015(11)：16-18.

Design and Application of a New Type Mobile Stacker for Bulk Cargo

Sun Yuantao1Wu Dan2Shen Zhuo2Tong Ruiguo2Zhang Qin1

(1School of Mechanical Engineering Tongji University2 Wuxi Songbang Technology Ltd.)

Abstract:For improving the shortcomings of the existing stacking method, this paper designs and manufactures a mobile wheel stacker by using the truck uphill platform system and the belt conveyor jib system, which can operating freely in the compact space on the wharf. Proved by practice that this device can increase the stacking efficiency and height greatly, liberate the manpower and reduce the cost of stacking and construction of wharf.

Key words:mobile; stacker; bulk cargo

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.02.004

收稿日期：2016-03-10

基金項目：

國家自然科學基金項目(51205292)

國家科技支撐項目(2014BAF08B05)

國家科技支撐項目(2015BAF06B00)

孫遠韜: 201804, 上海市曹安公路4800號