可實現圓形料場堆取料機360°回轉的設計

徐云軒

華電曹妃甸重工裝備有限公司 唐山 063210

0 引言

圓形料場堆取料機(以下簡稱堆取料機)在半封閉料場中實現堆取料工作，避免了粉塵在空氣中彌漫造成環境污染和松散物料的浪費。隨著國家對環境保護重視程度的不斷提升，堆取料機設備在散料輸送設備中的優勢逐步得到顯現。在有限空間范圍內，增大堆取料機堆料和取料的角度范圍，提高料場的儲料量以及利用率是堆取料機設計人員研究和探索的方向。

1 工作原理

1.1 堆取料機組成

堆取料機由鋼結構、電控系統、消防系統、噴霧抑塵系統、潤滑系統等組成。鋼結構是設備的主體部分，是實現設備功能的基礎；電控系統猶如設備的血管，為設備的各個部分提供電源以及反饋信號；消防系統是為保證堆取料機設備所處環境安全所提供的消防設施；噴霧抑塵系統降低和保證堆取料機設備所處環境的粉塵濃度；潤滑系統提供自動潤滑或手動潤滑，保證設備良好運行并提高設備整體壽命。

作為設備實現功能的基礎，堆取料機的鋼結構由堆料機、取料機、中間柱體和棧橋支撐平臺等組成，其中取料機由門架和刮板機或采用懸臂架鋼結構和刮板取料機組成。棧橋支撐平臺與中間柱體部分采用回轉支承連接，實現二者的相對轉動；堆料機與中間柱體和棧橋平臺之間分別采用回轉支承連接，實現堆料機與中間柱體和棧橋平臺的相對轉動；取料機與中間柱體采用回轉支承連接。

1.2 堆取料機工作模式

堆料機和取料機部分分別有各自的進料的料斗。外界物料通過棧橋輸送帶輸送物料到達棧橋支撐平臺與堆料機連接處的中心料斗，通過料斗到達堆料機的堆料帶式輸送機，通過帶式輸送機的輸送至落料點，從而使得物料直接落到圓形料場中，實現設備的堆料，通過調控堆料臂的旋轉角度控制，實現人字形堆料，散裝物料根據自身的堆積角呈現出自身的堆積形狀，實現料場空間的最大利用率；堆取料機的取料機通過門架鋼結構或懸臂架，利用鋼絲繩的放松和拉緊使刮板機可以實現俯仰操作，通過一次調整調整刮板的吃料深度，可實現圓形料場一周的取料，提升刮板機取料效率；通過多次調整刮板對物料的吃料深度，可使刮板取料機中的刮板刮取不同層面的物料，從而使得整個料場的物料可以轉運出去。刮板刮動物料，料場中物料通過下部中心料斗輸送到地下廊道的系統，由輸送帶運輸到目的地，完成堆取料機設備的取料。

圖1 堆取料機示意圖

2 無法實現360°回轉原因分析

2.1 電控系統對堆取料機回轉角度的影響

堆取料機供電電源通常位于地下廊道位置，其電氣房為整個設備提供動力電源，司機室主要接受設備各個位置的反饋信號和控制信號，設備司機可以根據相應信號進行正確的操作設備，實現設備的正常運行。通常情況下，堆取料機設備的電氣房和司機室布置在堆取料機的取料機部分。堆取料機的堆料機和取料機部分在工作狀態可以相互轉動，相對轉動時大量的電纜在同方向旋轉會纏繞在一起，或電纜長度不夠，或電纜打成死結，無法繼續完成回轉操作。這樣會使堆取料機的回轉角度大大縮小，限制堆取料機的相對回轉角度，同時也會降低圓形料場存儲散料的有效面積，降低圓形料場的使用率。

2.2 相對高度對堆取料機回轉角度的影響

堆取料機的取料機由門架鋼結構和刮板取料機或懸臂架鋼結構和刮板機組成，通過鋼絲繩放松或拉緊實現刮板取料機的俯仰操作，通過依次調整刮板的吃料深度及取料機的回轉實現刮板取料機對圓形料堆的逐層取料。當門架鋼結構或懸臂架鋼結構高度回轉到堆料機時，在垂直高度會與堆料機直接碰撞，此種情況會使堆取料機在回轉過程中無法實現連續回轉，堆取料機設備的堆料機和取料機在回轉過程中，會受到另外一個位置的影響，無法實現二者的任意相互轉動。

2.3 回轉部件對堆取料機回轉角度的影響

堆取料機的堆料機和取料機實現回轉的零部件是拖令。拖令由軌道、拖令小車和電纜拖令上的電纜、水管和氣管等組成，拖令小車分為驅動頭車、中間車和固定尾車。拖令軌道是圓形軌道，拖令小車可以在軌道上緊密連接或是通過下垂的電纜實現小車之間距離拉伸，實現堆取料機堆料機和取料機的相對回轉角度，電纜、水管和氣管通過固定夾固定在拖令小車上，同時各個小車之間可以讓電纜、水管和氣管下垂一定高度，滿足堆料機和取料機回轉角度的增加，以免損壞電纜、氣管和水管。但是，當圓形軌道的拖令上的小車運動到最緊密時，驅動頭車和固定小車之間始終有一定距離，即回轉裝置拖令在工作時會有最小擠壓角，使堆取料機的堆料機和取料機的相對固定角度得到限制，且無法消除，從而無法實現堆料機和取料機的360°回轉。

3 堆取料機回轉方式優化措施

根據堆取料機的堆料機和取料機的工作原理和結構形式及料場的供水、供電和供氣方式，堆取料機設備電氣控制的電氣房和司機室無法布置在堆料機上，只能布置在取料機上，無法采用優化電氣房和司機室的布置位置進行堆取料機設備實現360°回轉的方案優化。因此，具體的優化方式只能通過優化堆取料機設備回轉過程，保證該過程中不產生機械干涉；優化堆取料機設備回轉部件的選型和優化。

為減少或避免堆料機和取料機在假設能滿足360°回轉時的機械干涉，分2 種情況進行分析：1）充分利用圓形料場基礎和鋼網架所組成的空間，通過增加堆料機和取料機之間的相對高度位置避免相對干涉位置；2）在空間有限情況下，在高度上無法實現錯開位置的堆取料機可在堆料機與中間柱體采用回轉支承連接的基礎上采用液壓缸將中間柱體和堆料臂進行連接，從而實現堆料機的俯仰操作。在此基礎上，可在堆料機和取料機回轉過程即將干涉時將堆料機先進行俯仰操作，使其高度超過取料機的門架或懸臂架相應的位置，從而保證能達到堆取料機在單純機械回轉上實現360°回轉。

在滿足機械相對轉動的前提下，要實現電氣控制的需求，僅使用圓形軌道的拖令時無法實現堆取料機設備的360°回轉功能，此時存在2 種思路，1）為優化圓形拖令的形式；2）為采用替代的方案，使得能在滿足整機電氣控制需求的基礎上，實現堆取料機的堆料機和取料機實現相對360°回轉功能。

原有的圓形拖令軌道無法使堆取料機實現360°回轉，主要原因為拖令小車自身的長度在最小擠壓角度范圍內占用了一定的范圍，且此范圍時無法去除掉，若優化此方案，采用一種方式使堆取料機使用拖令小車不占用圓形拖令軌道工作范圍。由于堆取料機設備的堆料機和取料機均是相對中間柱體進行回轉的圓周運動，拖令軌道須為圓形結構，故可考慮將拖令小車的圓形軌道做成螺旋軌道形式，使拖令小車最小擠壓角度范圍所占用的空間范圍在軌道的內圈，且拖令小車可以運動的軌道角度可達360°，從而使拖令小車的最小擠壓范圍不占用堆取料機設備回轉的360°范圍內。托令安裝方式與托令如圖2、圖3 所示。

圖2 拖令安裝方式示意圖

圖3 拖令俯視圖

另一種方式是采用其他回轉裝置代替拖令軌道的形式。根據目前堆取料機設備使用情況，可以采用滑環代替其中的一個拖令，實現堆料機的回轉功能(見圖4)。滑環的主要部分是導電環和電刷，而滑環的原理是由其結構決定。滑環原理是部分旋轉式滑動接觸，一個固定的物件靜止不動，連接一部分能旋轉的活動的部件，而這個連接外部部件的結構是通過電刷接觸滑環，可以邊旋轉邊連接傳輸所要傳輸的信息。此種情況可實現堆料機相對于中間柱體360°回轉。

圖4 滑環示意圖

堆取料機的回轉裝置有拖令和滑環2 種，理論上就可以采用不同的組合形式實現堆取料機的堆料機和取料機分別實現360°回轉，一種方式是堆料機和取料機均采用拖令回轉裝置，此種形式稱為雙拖令結構；另一種方式是采用一個拖令一個滑環；此外還使用雙滑環結構形式，但滑環的進口位置是固定的，故滑環作為堆取料機設備的回轉部件只能用在堆料機部分。經過分析，組合方式僅為雙拖令結構和滑環加拖令結構2 種，且滑環是用在堆料機部分。

4 安全監測保護功能

由前述可知，堆取料機設備的回轉裝置可以是拖令也可是滑環，因滑環的結構可以實現360°無限制回轉，并不會產生干涉或存在其他的影響使用功能的情況，故在使用滑環結構時，無需單獨配備相應的安全監測保護裝置。在堆取料機的回轉部件采用拖令時，由于拖令小車在拖令軌道上拉伸和擠壓過程中會有最大拉伸距離和最小擠壓距離，相當于拖令頭車和固定小車之間含有最大和最小的極限距離，若堆取料機在回轉過程中超過拉伸的極限距離，繼續進行回轉操作就會使得拖令電纜被拉伸，導致電纜使用壽命降低或直接損壞；若拖令小車被擠壓在最小極限距離范圍后繼續進行回轉操作，將使拖令小車之間產生擠壓，使拖令小車被擠壓，出現撞車現象。無論哪種情況產生均會使堆取料機設備的備件產生損壞，降低設備的使用性能甚至產生不可逆損壞，影響設備使用，降低設備壽命，為減少和避免產生以上損壞的情況發生，可考慮為拖令回轉裝置設計相應的回轉監測和報警裝置，增加設備使用的可靠性。

拖令軌道固定在中間柱體的平臺下方，拖令在拖令軌道上進行回轉行走。由于拖令為堆料機或取料機與中間柱體進行連接，拖令的驅動小車一端與堆料機或取料機進行連接。2 個相對轉動的部件采用二級保護裝置，第1 級接近開關觸發信號進行預先警告，第2 級采用機械保護開關，采用機械方式觸發進行報警，從而保證拖令在回轉過程中不受損壞，拖令保護裝置見圖5。

圖5 拖令保護裝置

圖6 檢測保護單元示意圖

二級保護開關固定方式的確定：根據堆料機或取料機與中間柱體是相對轉動結構，故限位開關應固定到堆料機或取料機一端；另一端應固定感應裝置，在堆料機或取料機回轉到拖令的極限角度時，限位開關會產生相應的感應信號，感應信號會直接傳達到司機室，供堆取料機司機根據相應信號做出相應的操作。由于拖令軌道的直徑大部分為5 ～8 m，半徑為2.5 ～4 m，固定限位開關通常采用桁架結構，既保證限位開關的工作范圍，同時又增強了限位開關支架的強度和穩定性。從整體結構上設計保護了堆取料機設備的拖令結構，從而提升了堆取料機設備的使用性能和保護性能。

5 運行仿真效果

本文所述實現堆取料機回轉的設計研究目前已經在設計項目中進行應用，堆取料機設備的堆料機和取料機均可實現360°回轉功能且可實時監控，運行過程的檢測保護單元亦可實現實時監測，如圖7 ～圖9 所示。

圖7 堆料360°監控仿真

圖8 取料360°監控仿真

圖9 堆、取料回轉角度監測仿真

6 結語

基于堆取料機設備依靠本身所處的半封閉環境，在滿足生產使用的前提下，對環境造成污染的程度較低，有較大的市場需求，逐步完善堆取料機的使用性能和安全性能值得技術領域不斷探索。不斷優化堆取料機設備的使用性能和安全性能，可以增強技術人員的技術水平能力和市場競爭力。