一種新型余渣料取料設(shè)備的分析與應(yīng)用

王百重 胡延濤 趙冰

摘 要：在散料輸送領(lǐng)域，針對(duì)由多個(gè)不規(guī)則錐形料堆組成的余渣料堆場(chǎng)研發(fā)的具有旋轉(zhuǎn)方向自由度和垂直方向運(yùn)動(dòng)自由度的刮板取料系統(tǒng)，實(shí)現(xiàn)了余渣料堆場(chǎng)的自動(dòng)化機(jī)械設(shè)備取料，解決了以往人工清理堆場(chǎng)的效率低下、任務(wù)繁重的缺點(diǎn)。

關(guān)鍵詞：散料輸送；不規(guī)則錐形料；自動(dòng)化取料

中圖分類(lèi)號(hào)：TF534 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

0 前言

在散料輸送領(lǐng)域，重點(diǎn)對(duì)煉軋廠的余渣料堆場(chǎng)進(jìn)行了分析，這些余渣料堆場(chǎng)通常是由裝載機(jī)等非專(zhuān)用堆料設(shè)備堆成的多個(gè)不規(guī)則的小料堆組成，常規(guī)的料場(chǎng)取料設(shè)備根本不能將物料取走，通常是采取工程機(jī)械或人工的方式將余渣料取出料場(chǎng)，為了解決此種取料方式生產(chǎn)效率低下的難題，專(zhuān)門(mén)針對(duì)余渣料堆場(chǎng)的性質(zhì)，研發(fā)出了以下即將介紹的這種類(lèi)型的門(mén)式刮板取料系統(tǒng)，本設(shè)備的取料部分由兩套刮板取料系統(tǒng)組成，分別具有旋轉(zhuǎn)自由度和垂直方向平行運(yùn)動(dòng)自由度，兩套刮板取料系統(tǒng)配合作業(yè)，最終實(shí)現(xiàn)料場(chǎng)的完全機(jī)械化、自動(dòng)化取料，解決了以往人工作業(yè)處理余渣料的費(fèi)工費(fèi)力的問(wèn)題，生產(chǎn)效率得到了大大提高。

1 門(mén)式刮板取料系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)形式及特點(diǎn)

本設(shè)備包括電纜卷盤(pán)、動(dòng)力電纜卷盤(pán)、行走機(jī)構(gòu)、固定支梁、導(dǎo)料槽、刮板輸送系統(tǒng)、橋梁、卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)、擺動(dòng)支梁、滑道系統(tǒng)、軌道系統(tǒng)等，并配有相關(guān)輔助部件。其中刮板取料系統(tǒng)由主刮板取料系統(tǒng)和副刮板取料系統(tǒng)組成。本設(shè)備的結(jié)構(gòu)形式克服了其他種類(lèi)常規(guī)取料機(jī)在此種形式堆場(chǎng)作業(yè)時(shí)的難點(diǎn)，第一，側(cè)式刮板取料機(jī)在此種形式堆場(chǎng)取料作業(yè)時(shí)，大部分時(shí)間會(huì)有一半以上的刮板取料系統(tǒng)空轉(zhuǎn)取不到物料，造成了產(chǎn)能的浪費(fèi)；第二，若采用常規(guī)的橋式刮板取料機(jī)，其又不能跨越料堆進(jìn)行作業(yè)。本次研發(fā)的這種結(jié)構(gòu)形式的門(mén)式刮板取料系統(tǒng)則綜合了以上兩種取料機(jī)的優(yōu)點(diǎn)，副刮板取料系統(tǒng)負(fù)責(zé)將不規(guī)則的多個(gè)錐形小料堆平定成為連續(xù)規(guī)則的梯形料堆后，將物料傳遞給主刮板取料系統(tǒng)，主刮板取料系統(tǒng)將物料輸送到下方的出料皮帶機(jī)上，從而將物料輸送出料場(chǎng)。本結(jié)構(gòu)形式取料系統(tǒng)可以推廣應(yīng)用于料堆不高的梯形截面、并且需要跨越料堆的自動(dòng)化取料料場(chǎng)。本設(shè)備具有便于操作、維護(hù)檢修方便，節(jié)約能源等特點(diǎn)。

2 門(mén)式刮板取料系統(tǒng)的工作原理

本設(shè)備的工作原理是：在料場(chǎng)堆積物料區(qū)域，由工程機(jī)械或其他堆料方式在料場(chǎng)區(qū)域卸料形成多個(gè)小料堆后，本門(mén)式刮板取料系統(tǒng)在料場(chǎng)一側(cè)進(jìn)入取料區(qū)域，刮板取料系統(tǒng)自動(dòng)下降到料層一定深度，行走機(jī)構(gòu)通過(guò)設(shè)定好的控制程序往復(fù)運(yùn)行，通過(guò)主刮板取料系統(tǒng)和副刮板取料系統(tǒng)把物料卸到導(dǎo)料槽內(nèi)（刮板取料系統(tǒng)運(yùn)行初期以調(diào)整料堆形狀為主，待料堆上平面平整以后，會(huì)以穩(wěn)定的輸送能力取走物料），通過(guò)導(dǎo)料槽送到出料皮帶機(jī)上運(yùn)出料場(chǎng)。刮板取料系統(tǒng)每取完一層物料后，按預(yù)置的指令，會(huì)自動(dòng)下降一定的角度和高度（即相應(yīng)的取料深度），在一定的取料運(yùn)行速度下，將料堆逐層取出，除非取料過(guò)程中有調(diào)車(chē)指令，否則直至將該料倉(cāng)取料區(qū)域的物料全部取凈后自動(dòng)更換取料行程。取料機(jī)的行走驅(qū)動(dòng)采用變頻調(diào)速的三合一減速機(jī)，通過(guò)行走調(diào)速來(lái)調(diào)整取料能力。

3 門(mén)式刮板取料系統(tǒng)的運(yùn)行軌跡及取料方式

刮板取料系統(tǒng)運(yùn)行方式：主刮板取料系統(tǒng)和副刮板取料系統(tǒng)在卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)和滑道系統(tǒng)的配合運(yùn)行下可上、下按照弧形軌跡運(yùn)動(dòng)，即主刮板取料系統(tǒng)以驅(qū)動(dòng)鏈輪中心為圓心在一定角度內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，副刮板取料系統(tǒng)運(yùn)行軌跡是跟隨主刮板取料系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)，并且始終保持水平，主、副刮板取料系統(tǒng)的取料部分分別具有獨(dú)立的驅(qū)動(dòng)裝置，可單獨(dú)控制，副刮板取料系統(tǒng)將物料傳遞給主刮板取料系統(tǒng)，主刮板取料系統(tǒng)將物料輸送到出料膠帶機(jī)上，為防止堵料，主刮板取料運(yùn)行速度大于副刮板取料運(yùn)行速度。

4 設(shè)計(jì)步驟及行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算

4.1 根據(jù)技術(shù)協(xié)議的技術(shù)參數(shù)對(duì)相關(guān)部件進(jìn)行計(jì)算選型，并設(shè)計(jì)相關(guān)非標(biāo)零部件，主要承載的橋梁采用型材焊接的桁架結(jié)構(gòu)，分成兩段，現(xiàn)場(chǎng)連接成一個(gè)整體的形式，采用專(zhuān)業(yè)軟件進(jìn)行受力分析，保證使用強(qiáng)度和剛度的條件下具有經(jīng)濟(jì)實(shí)用、安裝方便等特點(diǎn)。

4.2卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)采用專(zhuān)門(mén)訂制一套電動(dòng)葫蘆（雙出繩型式）同時(shí)帶動(dòng)主、副兩套刮板取料系統(tǒng)，其獨(dú)特的纏繞方式保證了主刮板取料系統(tǒng)、副刮板取料系統(tǒng)上、下運(yùn)行的同步性。

4.3副刮板取料系統(tǒng)在擺動(dòng)支梁一端配有滑道系統(tǒng)，滑道系統(tǒng)配有弧形滑道及擋輪，保證副刮板取料系統(tǒng)能夠以垂直方向的自由度上下運(yùn)動(dòng)，并且限制副刮板取料系統(tǒng)的其他方向自由度，滑道系統(tǒng)為現(xiàn)場(chǎng)調(diào)整后與擺動(dòng)支梁焊接一體，擋輪位置可以根據(jù)實(shí)際情況進(jìn)行調(diào)整。

4.4行走機(jī)構(gòu)與橋梁之間分別安裝固定支梁和擺動(dòng)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(jié)構(gòu)，擺動(dòng)支梁由倒三角型支梁與鉸軸組成，保證了整機(jī)運(yùn)行的穩(wěn)定性。

4.5軌道系統(tǒng)使門(mén)式刮板取料系統(tǒng)的整機(jī)能夠在其上面行走順暢，并承受整機(jī)傳遞的載荷，要求軌道系統(tǒng)具有一定的平行度、直線度，高度公差符合規(guī)范及設(shè)計(jì)要求。

4.6 行走機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)功率計(jì)算

估算設(shè)備總重G1=70 t，工作行走速度 v1=2m/min，調(diào)車(chē)行走速度v2=10m/min，最大運(yùn)行速度v=10m/min=0.17m/s，驅(qū)動(dòng)裝置配備三合一變頻調(diào)速減速機(jī)。

4.6.1 行走阻力的計(jì)算

設(shè)備在直線軌道上穩(wěn)定運(yùn)行的阻力F由摩擦阻力Fm，坡道阻力Fp，風(fēng)阻力Fw三項(xiàng)項(xiàng)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(dòng)摩擦系數(shù) mm，查表得f=0.8 mm

μ—車(chē)輪軸承摩擦系數(shù)，查表得μ=0.015

d—與軸承相配合處車(chē)輪軸的直徑 mm，d=130 mm

D—車(chē)輪踏面直徑 mm，D=630 mm

β—附加摩擦系數(shù)，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(jī)技術(shù)要求得α=0.30。

（3）風(fēng)阻力Fw

Fw=ACq=18620N

其中：A—斗輪機(jī)迎風(fēng)面積 m2，估算A=40 m2；

C—風(fēng)力系數(shù)，查表得C=1.9；

Q—計(jì)算風(fēng)壓 N/m2，q=0.613v2=245 N/m2；

4.6.2 行走電動(dòng)機(jī)功率的計(jì)算

P=F×v/η=28009×0.2/0.8 kW=7kW

按兩套驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行計(jì)算，則7kW/2=3.5kW，故選擇單臺(tái)電機(jī)功率為5.5kW。

4.7本門(mén)式刮板取料系統(tǒng)還配備了自動(dòng)潤(rùn)滑系統(tǒng)、自動(dòng)灑水系統(tǒng)及必要的照明系統(tǒng)，料場(chǎng)的中部、兩端、刮板取料系統(tǒng)的頭部和尾部配備一定數(shù)量的行程開(kāi)關(guān)，將信號(hào)傳遞給電氣控制系統(tǒng)的PLC中進(jìn)行自動(dòng)控制，使得整機(jī)的設(shè)計(jì)更加人性化。

根據(jù)以上設(shè)計(jì)步驟及計(jì)算結(jié)果設(shè)計(jì)出相關(guān)零部件，并配備必要的附件，結(jié)合電氣控制系統(tǒng)，使得本設(shè)備具有自動(dòng)控制、半自動(dòng)控制及人工控制等幾種控制方式的互換等特點(diǎn)。

結(jié)語(yǔ)

本設(shè)備的研發(fā)填補(bǔ)了煉軋廠的余渣料堆沒(méi)有自動(dòng)化取料設(shè)備的空白，其結(jié)構(gòu)形式綜合借鑒了幾種成熟取料機(jī)的特點(diǎn)，將以往煉軋廠人工處理該物料的作業(yè)方式，實(shí)現(xiàn)了自動(dòng)化作業(yè)，節(jié)約了大量的人力、物力，并且具有生產(chǎn)效率高，操作、維修方便等特點(diǎn)，經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

參考文獻(xiàn)

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