帶斗門座起重機用除塵料斗的設計及選型

申小強

大連華銳重工集團股份有限公司 大連 116013

0 引言

當今各港口碼頭均倡導裝卸設備低碳環保理念，綠色港口、綠色裝卸等口號相繼提出。對于散料裝卸碼頭而言，帶斗門座起重機、抓斗卸船機是主要的卸船設備。這些卸船設備的環保性能直接影響到整個碼頭的環保指標。料斗作為帶斗門座起重機、抓斗卸船機等設備的物料轉接部件，主要用于轉接由抓斗抓取的物料接卸工作。本文詳細介紹了一種用于帶斗門座起重機的除塵料斗，為除塵料斗的設計、選型計算提供詳實、有效的依據。

1 帶斗門座起重機介紹

帶斗門座起重機的主要構成如圖1所示，通過連接在門座起重機臂架頭部的抓斗抓取物料，通過臂架變幅、回轉動作，將抓斗中的物料轉接至料斗，并由料斗將物料轉載至碼頭帶式輸送機。帶斗門座起重機種類繁多，布置形式各異，其中料斗的布置形式主要可分為牽引式料斗（見圖2）和機內式料斗，而機內料斗又可分為固定式料斗（見圖3a）、縱向移動式料斗（見圖3b）和橫向移動式料斗（見圖3c）。

圖1 帶斗門座起重機的主要構成

圖2 牽引式料斗

圖3 機內料斗

無論何種組合形式的帶斗門座起重機，料斗除塵系統是必不可少的。根據不同的物料，除塵系統又可分為干式除塵和濕式除塵2大類，其中濕式除塵根據用水量的多少又可分為灑水除塵、水霧除塵、干霧除塵等。本文以國外某銅礦800 t/h帶斗門座起重機為例，從設計、選型、計算等方面介紹分析一種用于銅粉礦的干式除塵料斗。

2 除塵料斗

2.1 除塵料斗的組成及功能

示例800 t/h帶斗門座起重機主要用于銅粉礦的接卸作業，銅粉密度2.0 t/m3，粒度200μm，動堆積角39°，濕度10%，粘度大，易起拱。按照銅粉礦的物料特性，其除塵系統宜采用干式除塵，同時需要兼顧破拱、防堵料等技術特點。

除塵料斗主要分為上、下兩部分結構，上部結構主要包括上部料斗體、擋風墻、接料板、振動格柵、布袋除塵器、除塵器控制系統、空壓機組、吹灰管等；下部結構主要包括下部料斗體、破拱器、空氣炮、出料閘門、振動給料器或帶式給料機等。干式除塵料斗如圖4所示。

圖4 干式除塵料斗

除塵料斗斗體上、下兩部分通過法蘭連接，是料斗的主體構件。其中上部斗體支撐于門座起重機門架上，其余各部件均輔助安裝與料斗斗體上。

1)擋風墻 擋風墻的主要功能是當抓斗在料斗上方打開時，防止粉塵在風載荷作用下擴散，擋風墻通常在料斗上方的三面布置，空出料斗前沿，便于抓斗順利通過。

2）布袋除塵器[1]布袋除塵器是除塵系統的主體，由風機、箱體、布袋等組件構成，應用負壓除塵原理，將粉塵吸附至布袋上，布袋清灰原理如圖5所示，布袋架內置應用文丘里效應導流槽、隨布袋膨脹的鋼網活連接結構，清灰效果好，使用壽命得到有效保障。

圖5 布袋清灰原理

3）吹灰管 吹灰管配合布袋除塵器使用，吹灰管在控制系統的控制下，有規律地吹打除塵濾網，可將布袋吸附的粉塵有效地反吹入料斗內。

4）出料閘門 出料閘門通常由液壓推桿驅動，控制出料口的大小，進而控制料斗出料量。

5）振動格柵 振動格柵如圖6a所示，是除塵料斗的重要組成部分，格柵本身起緩沖物料、除大塊，避免料斗堵塞的作用。為使物料尤其是粘性物料順利通過格柵，格柵上部配置振動電動機，格柵下部采用彈簧支撐形式，使振動格柵形成振動篩。同時為防止粉塵的逸散，振動格柵口配置鎖風擋板，鎖風板結構原理如圖6b所示。這種振動格柵即可滿足物料順利通過，又可有效防止粉塵逸散，可以將90%以上的揚塵封閉在料斗內部，環保效果比較理想。

圖6 振動格柵與鎖風板

6）接料板 接料板的作用是防止抓斗在運行過程中灑落的物料掉落到水中或砸到下放設備，當接料板中灑落的物料堆積滿時，可通過鋼絲繩卷揚裝置或液壓推桿裝置將物料收集到料斗內。

7）破拱器 破拱器安裝在下部斗體中，用于防止物料堆積起拱，使物料可以順利到達料斗底部振動給料器處。

8）空氣炮 物料粘度較高時，容易粘附在斗壁上，造成堵料，配置空氣炮可有效緩解物料粘附，起到疏通物料的作用。

9）振動給料器 振動給料器作為料斗出料的執行元件，其性能直接影響到整機的生產率，因此，選擇合適的振動給料器非常重要。

10）除塵器控制系統 除塵系統配置獨立的控制系統，除塵系統的啟動與抓斗在料斗上方打開動作連鎖，在保證除塵效果的前提下，降低能耗。

11）空壓機組 空壓機組包含空壓機及儲氣罐等，為空氣炮等提供氣源。

12）帶式給料器 料斗出料口通常除配置振動給料器外，也可配置帶式給料器，帶式給料器工作原理是通過輸送帶輸送將料斗內物料拽出；在選擇帶式給料器時，需考慮壓在帶式輸送機上的物料量，如果物料易起拱，帶式給料器輸送帶與物料間易發生打滑現象。

上述除塵料斗各組件配合使用，可有效防止粉塵逸散，振動格柵可避免格柵積料現象的發生，料斗內破拱器與空氣炮的設置，可有效防止料斗內部堵料。

2.2 除塵料斗工作原理

除塵料斗的關鍵技術包括上部格柵防堵料、粉塵防擴散、料斗內部物料防起拱、下部出料口防堵塞等，其工作原理圖見圖7。

圖7 除塵料斗工作原理圖

除塵系統與抓斗開閉機構連鎖，當抓斗打開卸料時，除塵系統隨即啟動，物料經過振動格柵孔落入料斗內部，粘附在格柵上的物料，在格柵振動電動機作用下也進入物料，物料落入料斗內時由于沖擊產生大量粉塵，粉塵在上揚過程中90%被振動格柵鎖風板阻擋，不會擴散至料斗外，含塵氣體由除塵器底部進入收集，被過濾下料的粉塵經電控系統控制有吹灰管自動噴吹清灰，噴吹下料的粉塵落入料斗內部；經過濾后的無塵其他排入大氣中。

料斗內物料在重力作用下落入料斗下部，物料在下降的過程中經過位于料斗內部的破拱器，可有效防止物料起拱。當物料粘度大，粘附于斗壁時，可通過空氣炮對粘附于斗壁上的物料進行吹打振動，使物料順利下落，并經振動給料器輸出。物料在料斗內的輸送過程如圖8所示。

圖8 物料在料斗內的輸送過程

上述流程中，除塵器是整個除塵系統的核心元件，振動格柵、空氣炮、破拱器等均是為實現物料順利輸送的輔助元件，在物料輸送過程中起到關鍵的作用。

2.3 除塵料斗主要組件選型

1）除塵系統選型計算[2]

振動格柵上的鎖風板將料斗內部形成了一個有效的密封罩，為了保證料斗內有一定的負壓，必須滿足料斗內進氣和排氣量的總平衡。其排氣量Q3等于被吸入料斗內的空氣量Q1和污染源氣體量Q2，即Q3=Q1+Q2，但理論上計算Q1和Q2是困難的，通常情況下是按經驗公式來計算料斗內的排風量。按截面風速計算排風量，此法常用于大容積密閉罩。一般吸氣口設在密封罩的上口部，其計算式為

Q3=3 600Av

式中：Q為排氣量，A為密閉罩截面積，v為垂直于密閉罩面的平均風速，一般取0.25～0.5 m/s。

按照計算的除塵風量，合理選配除塵器的型號及數量，同時合理布置除塵器位置，可滿足除塵料斗使用要求。

示例800 t/h帶斗門座起重機除塵料斗除塵器選型計算為：料斗截面積A=49 m2，排氣量Q=3 600×49×(0.25～0.5)=44 100～88 200 m3/h。

除塵系統共配置9臺風量為5 000 m3/h的插入式扁布袋除塵器，除塵器型號為DLMV30/10-F，采用自動脈沖反向噴吹清灰形式，過濾面積30 m2，驅動功率7.5 kW。為配合9臺除塵器工作，配備一臺雙螺桿式空壓機，供氣量2.15 m3/min。

2）振動給料器選型[3]

下游接收帶式輸送機的寬度確定了料斗下口的寬度，即確定了振動給料器的寬度，則振動給料器的出料量主要取決于振動給料器的出料速度。振動給料器的給料量為

Q=3 600BhVρ

式中：Q為振動給料器給料量，B為振動給料器寬度，h為料層高度，與料斗門開啟高度有關，V為給料器出料速度，ρ為物料堆積密度。

給料器出料速度計算公式為

式中：V1為給料器理論出料速度，γ為傾角系數，Ch為料層系數，Cm為物料系數，Cw為滑行系數，fD為與拋擲指示有關的系數，fα為與傾斜角度有關的系數，ω為振動電動機角速度，λ為振幅，δ為振動方向角。

振動給料器有專業的生產廠家提供，一般只需給定出料量要求及料斗出料口尺寸，給料器廠家就能匹配出相應的振動給料器，料斗設計單位只需設計振動給料器安裝支架即可。示例800 t/h帶斗門座起重機振動給料器寬度1 700 mm，雙振幅5～7 mm，配備2臺5.5 kW振動電動機，最大激振力2×75 000 N。

3）振動格柵選型

振動格柵的選型主要是下部支撐彈簧的選型，和上部振動電動機的選型，首先根據所設計振動格柵的質量，選擇合理的支撐彈簧數量、尺寸及壓縮量，在計算彈簧的有效壓縮量時，需考慮格柵自重及格柵上可能堆積的物料質量。

示例800 t/h帶斗門座起重機振動格柵支撐彈簧選型計算，格柵自重為15 t，物料質量為抓斗物料量16 t，支撐彈簧數量為16只，選擇支撐彈簧能力為3 t，彈簧型號為YB 25×110×310 - GB/T 2089。

振動電動機的選擇可按照振動格柵設計的振幅、頻率計算所需的激振力，從而選擇相匹配的振動電動機型號。

振動格柵孔的大小要根據物料最大粒度及物料的粘度、含水量、流動性等條件綜合考慮，示例800 t/h帶斗門座起重機振動格柵孔尺寸為500 mm×500 mm。

2.4 除塵料斗的設計實例

示例800 t/h帶斗門座起重機裝卸物料為銅粉礦，抓斗自重為8.3 t，抓斗打開尺寸為3.95 m×3.45 m，抓斗斗容為9.0 m3，物料類型為銅粉礦，物料密度為2 t/m3，物料粒度為200 μm，濕度為10%，堆積角為39°。

按照上述技術參數及物料粘度大的特點，料斗幾何尺寸設計：上口尺寸為7.15 m×7.15 m，下口尺寸為1.6 m×1.58 m，料斗高為6.8 m，斗壁傾角為70.5°。

除塵料斗分為上、下2部分，上部料斗由料斗體、擋風墻、接料板，除塵器、振動格柵等組成，下部料斗由料斗體、破拱器、料斗門、振動給料器、料斗走行驅動等組成。

上部料斗斗壁內部配置12 mm厚HARDOX500耐磨襯板；料斗上方配置1 000 mm高擋風墻，在擋風墻側面設置有活動門，便于維護人員進出料斗；料斗海側上口處配置接料板，接料板尺寸6.4 m×4 m，接料板由2只液壓缸驅動，液壓缸行程為1 000 mm，最大推力為60 kN，伸縮速度為0.5 m/min；除海側墻體外，其余各斗壁分別配置3組除塵器，3組除塵器共同配置1組獨立的控制系統和1套空壓機系統，配備1套1 m3儲氣罐；振動格柵設計在料斗上口處，距離料斗上口400 mm處，振動格柵由16只彈簧支撐，彈簧承載能力為3 t，格柵上部對角布置2臺振動電動機，振動電動機型號ZGY75-3.0/4A。

下部料斗斗體采用4只Φ500車輪支撐，料斗可沿門架梁左右各移動4 300 m，料斗走行由鏈輪鏈條驅動；斗體內上方布置破拱斗，破拱斗斗口尺寸為主料斗的一半，破拱斗斗壁與主料斗平行，高度為1 200 mm；料斗中下部對稱配備2只空氣炮用于破拱及疏通物料，空氣炮型號為GF1001-150W；同時對稱配置型號為ZGY15-0.75/4A的振動電動機；在料斗出料口側配置寬度為1 600 mm的料斗門，料斗門采用滑動式，由液壓缸驅動，料斗門開閉行程為650 mm；料斗下部采用吊掛式振動給料器出料，給料器寬度為1 720 mm，前傾角為14°；振動給料器的生產率為1 000 t/h，振動電機型號VB-75556-W，最大激振力2×75 000 N；振動給料器下部與機內帶式輸送機連接，將物料輸送至碼頭輸送帶。示例800 t/h帶斗門座起重機除塵料斗整體布置方案如圖9所示。

圖9 除塵料斗整體布置方案

另外，料斗支撐點配置載荷傳感器用于料斗稱重，其與抓斗開閉機構連鎖，當料斗中物料量超過抓斗容量的3倍時，不允許抓斗再往料斗中裝料。

料斗采用橫向移動形式，該形式可減少門座起重機在作業過程中回轉機構的動作，料斗位置位于臂架系統平面內，裝卸作業時，只需起升、開閉機構與變幅機構聯動即可完成卸料作業，可有效降低抓斗擺動量，縮短抓斗打開等待時間，提高作業效率。

3 除塵料斗使用效果

自示例800 t/h帶斗門座起重機投入使用，除塵料斗運轉正常，采用振動格柵有效解決了格柵堵料問題，除塵系統使用效果良好，料斗口粉塵無明顯逸散，環境含塵量≤30 mg/m3。使用效果見圖10。

圖10 使用效果

4 總結

本文以800 t/h帶斗門座起重機除塵料斗為例，通過對除塵料斗各組成部分的功能介紹，以及主要部件的選型說明，分析研究了帶斗門座起重機用除塵料斗的布置形式、選型計算依據，為除塵料斗的設計提供參考。除塵料斗既可應用于帶斗門座起重機也可應用于橋式抓斗卸船機，以及其余需要除塵料斗的場合，合理選用除塵料斗各組件，尤其是振動格柵及除塵系統是設計除塵料斗的關鍵。