一種新型余渣料取料設備的分析與應用

王百重 胡延濤 趙冰

摘 要：在散料輸送領域，針對由多個不規則錐形料堆組成的余渣料堆場研發的具有旋轉方向自由度和垂直方向運動自由度的刮板取料系統，實現了余渣料堆場的自動化機械設備取料，解決了以往人工清理堆場的效率低下、任務繁重的缺點。

關鍵詞：散料輸送；不規則錐形料；自動化取料

中圖分類號：TF534 文獻標志碼：A

0 前言

在散料輸送領域，重點對煉軋廠的余渣料堆場進行了分析，這些余渣料堆場通常是由裝載機等非專用堆料設備堆成的多個不規則的小料堆組成，常規的料場取料設備根本不能將物料取走，通常是采取工程機械或人工的方式將余渣料取出料場，為了解決此種取料方式生產效率低下的難題，專門針對余渣料堆場的性質，研發出了以下即將介紹的這種類型的門式刮板取料系統，本設備的取料部分由兩套刮板取料系統組成，分別具有旋轉自由度和垂直方向平行運動自由度，兩套刮板取料系統配合作業，最終實現料場的完全機械化、自動化取料，解決了以往人工作業處理余渣料的費工費力的問題，生產效率得到了大大提高。

1 門式刮板取料系統的結構形式及特點

本設備包括電纜卷盤、動力電纜卷盤、行走機構、固定支梁、導料槽、刮板輸送系統、橋梁、卷揚系統、擺動支梁、滑道系統、軌道系統等，并配有相關輔助部件。其中刮板取料系統由主刮板取料系統和副刮板取料系統組成。本設備的結構形式克服了其他種類常規取料機在此種形式堆場作業時的難點，第一，側式刮板取料機在此種形式堆場取料作業時，大部分時間會有一半以上的刮板取料系統空轉取不到物料，造成了產能的浪費；第二，若采用常規的橋式刮板取料機，其又不能跨越料堆進行作業。本次研發的這種結構形式的門式刮板取料系統則綜合了以上兩種取料機的優點，副刮板取料系統負責將不規則的多個錐形小料堆平定成為連續規則的梯形料堆后，將物料傳遞給主刮板取料系統，主刮板取料系統將物料輸送到下方的出料皮帶機上，從而將物料輸送出料場。本結構形式取料系統可以推廣應用于料堆不高的梯形截面、并且需要跨越料堆的自動化取料料場。本設備具有便于操作、維護檢修方便，節約能源等特點。

2 門式刮板取料系統的工作原理

本設備的工作原理是：在料場堆積物料區域，由工程機械或其他堆料方式在料場區域卸料形成多個小料堆后，本門式刮板取料系統在料場一側進入取料區域，刮板取料系統自動下降到料層一定深度，行走機構通過設定好的控制程序往復運行，通過主刮板取料系統和副刮板取料系統把物料卸到導料槽內（刮板取料系統運行初期以調整料堆形狀為主，待料堆上平面平整以后，會以穩定的輸送能力取走物料），通過導料槽送到出料皮帶機上運出料場。刮板取料系統每取完一層物料后，按預置的指令，會自動下降一定的角度和高度（即相應的取料深度），在一定的取料運行速度下，將料堆逐層取出，除非取料過程中有調車指令，否則直至將該料倉取料區域的物料全部取凈后自動更換取料行程。取料機的行走驅動采用變頻調速的三合一減速機，通過行走調速來調整取料能力。

3 門式刮板取料系統的運行軌跡及取料方式

刮板取料系統運行方式：主刮板取料系統和副刮板取料系統在卷揚系統和滑道系統的配合運行下可上、下按照弧形軌跡運動，即主刮板取料系統以驅動鏈輪中心為圓心在一定角度內做圓周運動，副刮板取料系統運行軌跡是跟隨主刮板取料系統運動，并且始終保持水平，主、副刮板取料系統的取料部分分別具有獨立的驅動裝置，可單獨控制，副刮板取料系統將物料傳遞給主刮板取料系統，主刮板取料系統將物料輸送到出料膠帶機上，為防止堵料，主刮板取料運行速度大于副刮板取料運行速度。

4 設計步驟及行走機構驅動功率的計算

4.1 根據技術協議的技術參數對相關部件進行計算選型，并設計相關非標零部件，主要承載的橋梁采用型材焊接的桁架結構，分成兩段，現場連接成一個整體的形式，采用專業軟件進行受力分析，保證使用強度和剛度的條件下具有經濟實用、安裝方便等特點。

4.2卷揚系統采用專門訂制一套電動葫蘆（雙出繩型式）同時帶動主、副兩套刮板取料系統，其獨特的纏繞方式保證了主刮板取料系統、副刮板取料系統上、下運行的同步性。

4.3副刮板取料系統在擺動支梁一端配有滑道系統，滑道系統配有弧形滑道及擋輪，保證副刮板取料系統能夠以垂直方向的自由度上下運動，并且限制副刮板取料系統的其他方向自由度，滑道系統為現場調整后與擺動支梁焊接一體，擋輪位置可以根據實際情況進行調整。

4.4行走機構與橋梁之間分別安裝固定支梁和擺動支梁，螺栓的連接形式使得安裝更加方便，固定支粱用鋼板焊接成梯形截面結構，擺動支梁由倒三角型支梁與鉸軸組成，保證了整機運行的穩定性。

4.5軌道系統使門式刮板取料系統的整機能夠在其上面行走順暢，并承受整機傳遞的載荷，要求軌道系統具有一定的平行度、直線度，高度公差符合規范及設計要求。

4.6 行走機構的驅動功率計算

估算設備總重G1=70 t，工作行走速度 v1=2m/min，調車行走速度v2=10m/min，最大運行速度v=10m/min=0.17m/s，驅動裝置配備三合一變頻調速減速機。

4.6.1 行走阻力的計算

設備在直線軌道上穩定運行的阻力F由摩擦阻力Fm，坡道阻力Fp，風阻力Fw三項項組成。即：

F=Fm+Fp+Fw=5798+3591+18620=28009N

（1）摩擦阻力Fm

Fm=G（2f+μd）β/D=5798 N

其中：G—總重 N，G=686000 N

f—滾動摩擦系數 mm，查表得f=0.8 mm

μ—車輪軸承摩擦系數，查表得μ=0.015

d—與軸承相配合處車輪軸的直徑 mm，d=130 mm

D—車輪踏面直徑 mm，D=630 mm

β—附加摩擦系數，查表得β=1.5

（2）坡道阻力Fp

Fp=Gsinα=3591N

其中：α—坡度角，查斗輪機技術要求得α=0.30。

（3）風阻力Fw

Fw=ACq=18620N

其中：A—斗輪機迎風面積 m2，估算A=40 m2；

C—風力系數，查表得C=1.9；

Q—計算風壓 N/m2，q=0.613v2=245 N/m2；

4.6.2 行走電動機功率的計算

P=F×v/η=28009×0.2/0.8 kW=7kW

按兩套驅動裝置進行計算，則7kW/2=3.5kW，故選擇單臺電機功率為5.5kW。

4.7本門式刮板取料系統還配備了自動潤滑系統、自動灑水系統及必要的照明系統，料場的中部、兩端、刮板取料系統的頭部和尾部配備一定數量的行程開關，將信號傳遞給電氣控制系統的PLC中進行自動控制，使得整機的設計更加人性化。

根據以上設計步驟及計算結果設計出相關零部件，并配備必要的附件，結合電氣控制系統，使得本設備具有自動控制、半自動控制及人工控制等幾種控制方式的互換等特點。

結語

本設備的研發填補了煉軋廠的余渣料堆沒有自動化取料設備的空白，其結構形式綜合借鑒了幾種成熟取料機的特點，將以往煉軋廠人工處理該物料的作業方式，實現了自動化作業，節約了大量的人力、物力，并且具有生產效率高，操作、維修方便等特點，經濟效益十分顯著。

參考文獻

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