新型散货移动式堆高机的设计及应用*

孙远韬 　吴　丹 　沈　卓　仝瑞国 　张　氢

(1　同济大学机械与能源工程学院　2　无锡松邦科技有限公司)



新型散货移动式堆高机的设计及应用*

孙远韬1吴丹2沈卓2仝瑞国2张氢1

(1同济大学机械与能源工程学院2无锡松邦科技有限公司)

摘要：为了改进目前堆料方法的不足之处，设计制造了一种轮胎式移动堆高机械，通过卡车上坡平台系统及皮带机-臂架系统的设计，可以自由地在码头紧凑的空间内进行堆高布料。实践证明，该设备可以大大提高码头的堆放效率及堆高高度，同时解放人力，降低码头堆放成本及建设资金。

关键词：移动; 堆高机; 散货

1前言

堆料机是使用在散货料场上的主力设备，尤其在煤炭、矿石、粮食、化肥等大宗散货的储运基地及中转码头得到越来越广泛的应用。目前，常见的堆料机都属于轨道式堆料机，需要行走在堆场固定的轨道上面，并且只能走直线，如果要满足整个堆场的布料，一般需要多台堆料/取料机同时作业。除设备本身外，轨道基础的建设也是一笔不小的投资[1]。而中小型的堆场，或者散杂兼顾的堆场，一般不会铺设轨道基础，没有固定的皮带机系统，此类堆场往往采用卡车作为水平运输，直接倒料后通过多台装载机或者挖掘机进行二次堆高，甚至三次堆高[2]。这种作业方式虽然初期投入成本低，作业也灵活，但是毕竟比较原始、作业效率低、也相对粗犷。对柴油的损耗、对粉尘的控制、对物料的多次碾压导致的货损等缺点也非常明显，并且料堆的高度也受到限制，一般经过挖掘机堆高的料堆高度普遍在6～8 m，与堆料机动辄12 m以上的料堆高度，堆场的利用面积也大打折扣。

为了增强这种中小及散杂堆场的竞争力，克服轨道基础及皮带机系统的大投入，设计制造了一种轮胎移动式的堆高机，可以自由地在堆场进行布料，并接受卡车的直接倒料，极大地提高了堆场的堆放效率，同时降低能耗，解放人力，为码头降低堆放成本。

2移动式堆高机的子系统组成

移动式堆高机设计能力为3 000 t/h，堆高12 m，能够满足2辆卡车的同时卸车作业。其工作机构主要由臂架系统、皮带机系统、卡车上坡平台系统以及大车行走系统组成，如图1所示。

图1　移动堆高机系统图

2.1臂架系统

臂架系统主要由臂架俯仰机构和臂架金属结构组成。臂架结构长30 m，通过俯仰机构的作用，可以俯仰0～20°，从而将其上的皮带机所载物料扬高12 m，实现物料堆高的功能。为了减轻臂架重量，臂架采用桁架结构形式(如图2所示)，并通过单出绳的钢丝绳卷扬系统进行俯仰动作，保证了门架在固定的状态下实现臂架的相对回转运动。受到地面承载能力的限制，回转角度的范围为-15°～+15°。

图2　臂架结构有限元应力云图

2.2皮带机系统

皮带机系统包括臂架皮带机和上料皮带机，均采用变频驱动。

臂架皮带机采用内藏式设计，上托辊的支架与臂架桁架的水平撑杆采用一体化设计，整条皮带机处于桁架内部运行，充分利用桁架高度，以减少迎风面积，并优化了整机的布置高度。

上料皮带机分为爬坡段和受料段，采用变槽角设计。爬坡段采用标准的35°槽角，以保证最大倾角。受料段采用10°槽角，为能承受卡车的直接倒料，采用加密布置，并在上方设置缓冲格栅。

上料皮带机还设置有料流检测，当检测到料流时，皮带机系统处于满速运行；当没有料流时，皮带机系统处于低速运行，以达到节能的效果。

2.3行走驱动机构

图3　行走驱动系统

为了提高整机的工作范围与灵活性，与以往的轨道式行走方式不同，本设计采用轮胎式行走方式并结合液压转向机构，可以灵活地在作业区域转任意转向、直行、横走，方便转移至别的作业区域，大大扩展了作业能力和工作区域，如图3所示。左右两侧的车轮行走线速度可以通过差速机构自动调节，实现转弯的线速度差异,从而保证转弯的平稳性；同时行走机构可以通过顶升油缸来调节地面的不平整，在受料工作阶段还可以直接抬离地面，使得整个车架结构支撑在地面上，既保护轮胎，又增加受料阶段的工作稳定性。

2.4卡车上坡平台系统

为保证卡车能够顺利并直接卸料给上料皮带机，本堆高机专门设置了卡车上坡平台系统(如图4所示)，随着堆高机一起移动，并且左右侧各1套，满足双向均可卸料的要求。避免了需要铺设临时坡道的工作，增强了作业灵活性。

卡车上坡平台系统，工作状态落地时，充分考虑了卡车车厢扬起后的最低位置，并优化了卡车的上坡角度。非工作状态收起时，为降低整机高度，采用液压折叠式翻板设计。当一侧工作时，另一侧始终处于收起非工作状态，使得整个卡车卸料口永远处于三面的近乎密闭空间，配以喷淋抑尘系统，可以起到理想的抑尘效果。

图4　卡车上坡平台

3机械系统性能分析与应用

3.1钢结构的安全性

为了保证机械系统的安全性，采用FEM规范进行钢结构设计，并借助有限元分析校核了结构的强度、刚度和稳定性，其结果均符合规范要求。

3.2运行调试情况

现场的运行情况证明，所设计的移动式堆高机堆高能力达到3 000 t/h，堆高12 m，能够满足同时2辆卡车的卸车作业。可使用柴油发电机和岸电2种供电方式，而完成这些堆高工艺仅需要配备1名司机，极大缩减了码头司机配备，且提高了港口的生产效率，也方便了港口的堆高作业，节省了码头堆场空间。

4结语

为了改进目前堆料机的不足之处，减少设备对码头建设再建设基础和布设钢轨要求，设计制造了一种带有自驱动且有回转功能的移动式堆高系统，因此可以自由地在码头紧凑的空间内进行布料。该

装备的应用实践证明，可以大大提高码头的堆放效率，同时降低能耗，解放人力，为降低码头堆放成本发挥积极作用。

参 考 文 献

[1]朱明. DBK2000.43型堆料机门座架及行走机构静力学分析[J]. 机械工程师，2015(11)：131-132.

[2]张可能，赵玉凤. 各种卸料机-堆料机组合方案的比较[J]. 世界采矿快报，2015(11)：16-18.

Design and Application of a New Type Mobile Stacker for Bulk Cargo

Sun Yuantao1Wu Dan2Shen Zhuo2Tong Ruiguo2Zhang Qin1

(1School of Mechanical Engineering Tongji University2 Wuxi Songbang Technology Ltd.)

Abstract:For improving the shortcomings of the existing stacking method, this paper designs and manufactures a mobile wheel stacker by using the truck uphill platform system and the belt conveyor jib system, which can operating freely in the compact space on the wharf. Proved by practice that this device can increase the stacking efficiency and height greatly, liberate the manpower and reduce the cost of stacking and construction of wharf.

Key words:mobile; stacker; bulk cargo

DOI：10.3963/j.issn.1000-8969.2016.02.004

收稿日期：2016-03-10

基金项目：

国家自然科学基金项目(51205292)

国家科技支撑项目(2014BAF08B05)

国家科技支撑项目(2015BAF06B00)

孙远韬: 201804, 上海市曹安公路4800号