斗輪堆取料機的尾車選型

游建能， 趙亞斌， 劉 政

（宜昌港務集團有限責任公司， 湖北宜昌443003）

0 引言

懸臂式斗輪堆取料機是一種大型連續高效的散狀、粒狀物料堆取作業設備，廣泛應用于港口、內陸散貨物料場所。 作業時，需要與貨場碼頭的皮帶機一起，組成自動運輸系統，完成取料、堆料或分流作業。 分流作業又細分為堆料分流、取料分流和物料直通三種。這三種作業類型都需要尾車配合，不同結構形式的尾車，才能完成相應類型的作業。從目前來看，各類形式的尾車均能較好完成其中兩種作業。 使用單位會根據自己的堆場布置和作業工藝情況，提出不同的需求。因而產生各種結構形的堆取料機和尾車形式。

宜昌港務集團枝城港區有4 臺堆取料機， 建于上世紀八十年代末，作業效率為堆料600t/h，取料300t/h。其結構為固定式尾車，固定L 門架，帶平衡梁的懸臂皮帶機鋼絲繩俯仰結構形式。這種形式的設備重心高，維修前懸臂皮帶機時，需拆卸平衡配重和平衡梁，維修復雜難度大；固定式尾車皮帶機落料點高，能耗高，物料對皮帶機沖擊力大，易損傷運輸帶和皮帶機架。 由于使用時間已超過設計年限，設備故障率越來越高，作業能力已不適應港口發展的需要。 集團決定對枝城港區16 碼頭兩臺懸臂式斗輪機進行更新。 在原基礎上新建安裝2 臺作業能力為堆料1000t/h，取料能力800t/h 的堆取料機。 具體參數如下：

作業物料： 煤（比重0.8-1.1t/m3），粒度：≤300mm，取料效率：800t/h，堆料效率：1000t/h，作業環境：室外煤場，工作制：連續工作，設備功能：堆存、取料和物貨通過，回轉半徑：25m，回轉角度：±110°，皮帶機帶寬：1200mm，堆取料高度：最高＋10m 至最低-2m，軌距：5m，皮帶機角度：不超±16°。

1 懸臂斗輪機的結構和作業方式

懸臂斗輪機結構見圖1，主要由旋轉斗輪部分，懸臂皮帶機、L 門架、旋轉平臺、中心料筒、下部臺車平臺、尾車部分、液壓系統和電控系統組成。 為實現不同作業功能，設備各部分需改變姿態或運行狀態。 當堆料時，這時斗輪機與尾車連接， 懸臂皮帶機尾部導料槽后封板關閉成小接料斗， 首部料斗前封板打開成導料槽， 懸臂皮帶機正轉，斗輪停止轉動，物料經尾車皮帶機至懸臂皮帶機，再到貨場堆存。 斗輪機通過俯仰機構， 改變懸臂皮帶機傾角，來保證物料堆存高度，或降低懸臂皮帶機頭部高度，散貨落料高度，減小揚塵，通過大車運行或旋轉，實現貨場覆蓋，這時設備就是一臺軌道式旋轉堆料機。當要取料機，將尾車分開，懸臂皮帶機尾部導料槽后封板打開，首部料斗前封板關閉，懸臂皮帶機正轉懸臂皮帶機反轉，斗輪旋轉取料至懸臂皮帶機， 經中心料筒至貨場皮帶機系統，實現物料轉場或至碼頭裝船，設備大車在軌道上往返運行、旋轉，實現貨場覆蓋，分層取料。當物料要通過斗輪機時，也需將尾車脫開，改變尾機皮帶機姿態，讓物料通過尾車后，又回到貨場皮帶機系統上。

圖1 懸臂式斗輪機結構布置圖

2 常規尾車結構的優缺點

斗輪機實現不同功能均需要與尾車配合， 斗輪機選型時會根據需要，選擇不同結構形式的尾車。尾車形式多種多樣，最簡單分類方式就是按數量分為單尾車、雙尾車和三尾車三種。單尾車有固定式和升降式。雙尾車雙可細分為伸縮式和升降式； 三尾車雙可細分為雙向堆料直通式和雙向堆料折返取料式。各種結構形式有其各自優點，但其缺點同樣明顯。單尾車式結構簡單，故障少、造價低。但其能完成作業也較單一； 雙尾車在完成功能上與單尾車相同，但相對如固定單尾車能耗高，粉塵大，物料對輸送帶和機架沖擊力等一些缺點進行了必要優化， 但也產生了新的瑕疵，就是尾車長度增加，一級尾車需有獨立驅動系統等；三尾車系統能完成堆取料貨物分流作業，功能強大。 但其結構也最復雜，造價高、操作難度大。

3 技術論證

根據枝城港區布置和作業特點， 枝城貨場作業工藝為二航設計院設計， 經過多年使用， 非常適合枝城港需要。斗輪堆取料機也只需具備堆取料和貨物通過能力，并沒有物料分流需求，因而根本不需要考慮三尾車結構。枝城港區堆場緊靠碼頭，為實現機械自動化業，設備多垂直長江布置， 港區被分割成多個條形堆場， 受港區縱深影響，堆場長度有限。為提高堆場利用率，尾車不能太長，因此雙尾車結構形式也暫未列入考慮。在單尾車中，固式單尾車因存在二次落料，揚塵大、在物料直通時，無效功耗大，皮帶機架易變形而被排除。半趴式單尾車是將皮帶機主梁分為前后兩部分，尾部為固定部分，前半部分為活動部分，前半部分主梁的俯仰鉸軸安裝在尾車中部，這樣活動主梁長度相對較短，但由于幾何尺寸的限制，在前部主梁下俯時，皮帶機折曲的角度較大。 在皮帶機設計中，一般要求在皮帶機長度方向上皮帶凸段部分應具有足夠大的曲率半徑。而在這種尾車上做不到，因而此處的運輸帶容易因橫向凸出打折而損壞。 因此我們選擇對傳統全趴液壓升降式單尾車進行優化見圖2。

圖2 整體趴折式尾車

傳統全趴液壓升降式單發尾車在皮帶機主梁的后部靠近尾車平臺后部走行輪處設有兩個鉸軸， 尾車皮帶機主梁可繞后部鉸軸轉動。 尾車皮帶機與地面皮帶機是一個整體，尾車上的皮帶就是地面皮帶機的皮帶，地面皮帶機皮帶上尾車皮帶機后再經過改向滾筒返回到地面皮帶機。當物料從地面皮帶機上升到尾車上的皮帶機部分后，物料將經過前部的漏斗流到主機的懸臂皮帶機上， 實際堆料作業，或又回到地面皮帶機上，實現物料通過，尾車皮帶機沒有獨立的驅動機構。 同時尾車運行靠主機牽引也沒有獨立運行機構。 這種尾車的優點是： 一是結構簡單；二是在堆取料機取料時可以將尾車落到下位，使主機的回轉機構可以較大的角度范圍內左右回轉， 以便在設備后退到軌道極端位置時能取到回轉角度大于90°位置的物料，盡可能的減少堆場后部的剩料；三是在某些作業系統中要求設備在取料時， 地面皮帶機將物料向與堆料時的相反方向輸送物料，既常說的折反式尾車。這種尾車連接主機和尾車之間采用-對容易摘掛的車鉤或電動推桿。變換皮帶機運輸機運行方向前需先摘鉤，然后開動主機運行機構前行或開動電動推桿驅動尾車改變和主機間的位置。第三步是變換尾車主梁的位置，再掛上與主機掛鉤。 無論是向上變換還是向下變換主梁皮帶機位置都有這樣一個過程。 在取料時由于尾車的主梁前部已經位于主機的下部， 主機取料時落下的物料剛好落到尾車主梁前部的緩沖托輥區間的皮帶上，物料從尾車的前部，經過尾車中部和后部，最后返回地面皮帶上。此時地面皮帶的運行方向與堆料時相反。 當然這種尾車在沒有物料折返要求的作業工藝中同樣適用。

4 常見問題的處理

整體趴折式單尾車也存在一定的不足， 一是由于皮帶機主梁過長，導致主梁的剛性不十分理想，容易在運行時左右擺動，造成鋼結構疲勞損壞和輸送帶跑偏。二是在采用兩個油缸工作要求左右兩側油缸同步很難達到，當不同步產生的扭矩超過尾車鋼架抗扭剛度時， 尾車臂架便發生變形。 三是在皮帶機主梁下降時， 油缸縮進不平穩，造成皮帶機主梁抖動，易造成尾車系統損壞等問題。

門架結構和液壓系統我們參考了叉車門架系統。 在尾車皮帶機主梁兩側各設置一套頂升系統，門架為兩級，由內、外門架、頂升油缸、升降滑車、承重軸、滑鏈條和鏈輪組成。外門架固定在尾車平臺前部，為減小門架受到的彎矩，門架向尾車后部傾斜7°，外側和后方與尾車平臺用桿件支承。 內門架帶有滾輪，嵌在外門架中，內門架上升時可以部分地伸出外門架。升降滑車前方有鉤槽，左右兩側帶有滾輪，滾輪嵌在內門架中，可以上下運動。 頂升油缸的底部固定在外門架下部，油缸的活塞桿沿內門架上的導程桿上下移動?；钊麠U的頂部裝有鏈輪，起升鏈條一端固定在外門架上，另一端繞過鏈輪與升降滑車相連。當活塞桿頂部帶著鏈輪和內門架起升時， 鏈條將升降滑車一起提升起來。 升降滑車的起升高度是油缸活塞桿伸出長度的2 倍。尾車皮帶機主梁前部支承在承重軸上，承重軸兩端放置在尾車皮帶機主梁兩側門架的升降滑車的鉤槽中，隨升降滑車一同升降。承重軸與皮帶機主梁接觸處各安裝有一套帶輪緣的滾輪， 以適應在尾車皮帶機主梁升降過程中，主梁中間長度的變化。

尾機帶機作業存在油缸不同步和下降縮進不平穩問題：其一雙油缸想實現完全同步難度是很大的， 節流閥開關同步及開啟大小、油缸受力、管路長短、油缸磨損內泄等等都會產生油缸不同步。 油缸不同又會造成尾架皮帶機主梁扭曲，油缸受力不均，使不同步更加明顯，最后直至鋼結構扭曲變形損壞。 考慮到尾車皮帶機作業就兩種姿態，高位作業姿態和低位作業姿態，高位就是堆料作業時姿態，取料和物料通過都是使用低位姿態。這樣我們就可以在尾架皮帶機堆料作業時，在頂升門架位置安裝插銷。首先要控制頂升油缸升降速度，帶速度不能太快，當出現不同步時，操作人員有時間進行修正。其次在尾車架上安裝頂升油缸就地操作系統， 生產任務下達需要進行堆料作業時， 操作人員先到尾架皮帶機姿態調整就地操作臺調整尾車姿態，開啟頂升油缸，監視油缸同步，發現不同步時，可暫?？斓囊粋扔透?，同步后同時開啟。 到達高位作業點后，后插上插銷，下放皮帶機主梁，讓門架收回插銷受力。作業過程中由插銷代替油缸受力，這樣油缸僅在皮帶機主梁升降過程受力，作業時完全不受力，大大提高了尾車系統的可靠性和液壓系統的壽命。

其二尾架皮帶機主梁下降過程中油缸抖動。 尾架皮帶機主梁長，支承點少，頭部懸臂長，抖動易造成主梁彎曲變形。 油缸抖動是由于油缸受受臂架自重及液壓缸上腔負壓力雙重作用，當油缸下腔單向閥開啟后，回油量大增，同時上腔進油量也加大，造成系統油壓驟降，繼而單向閥因油壓太低自動關閉，封死油路，使用皮帶機主梁下降動作急速停止，因皮帶機重力和慣性作用，系統油壓迅速恢復，皮帶機主梁繼續下降，如此現象反復出現，造成抖動。經分析，影響油壓迅速變化的原因是下降速度太快和油缸上油腔進油，要克服這種現象，就要控制下降速度和采用單作用油缸，即上升時下油腔進油舉升，下降時靠皮帶機主梁重量將油缸下腔中油壓回油箱， 這樣就不會出現油壓瞬降形成抖動。

5 結束語

斗輪機選用整體趴折式單尾車主要是結合枝城港的現狀進行仔細分析決定的，枝城港16 碼頭作業線斗輪機作業形式較為單一，且受地形限制，每條斗輪機作業線軌道長度有限，不利選擇較長的尾車。 設備制造完成后，經過一段時間的使用，總體運行良好，但依然存在一些需要繼續改進的地方：一是由于地面運輸帶較長，運輸帶張力大，尾車頭部改向滾筒受力較大，軸承易損壞；二是尾車尾部與地面皮帶機過渡部分懸空較長， 易出現運輸帶跑偏和物料撒漏；三是懸臂皮帶機選用了液壓張緊裝置，皮帶機張緊裝置都了輸送帶調偏功能， 通常輸送帶向一側跑偏，就應增加該側張力，讓輸送帶逐步回到正常位置。但液壓張緊裝置為現實兩側張緊同步， 采用了同一控制閥控制，以實現兩側張緊力相等。在實際制造和使用中很難保證左右兩受力完全一致。 這就造成受力大的一側液壓行程反而減少。輸送帶向一側跑偏時，輸送帶張力對該側液壓缸壓力變大，液壓缸回縮，輸送帶跑偏更加嚴重，造成輸送帶損壞和嚴重撒料，使設備輸送效率下降。這些在我們以后的設備制造和選型中均應認真考慮， 并采取妥善辦法加以解決。