一种全自动采盐机的机械结构设计

刘　旦，吴　波，金绍江

(长春工程学院工程训练中心，长春 130012)

0　前言

目前，国内产盐业是一种劳动密集型产业，特别是对一些靠海水晾晒的中小型盐池来说，绝大多数企业主要靠人力完成海水晾晒后的盐业收集运送工作，产业自动化程度低，人员作业条件艰苦、劳动强度大，行业竞争力弱。为了减轻产业员工的劳动强度，提高劳动生产效率，同时，随着海盐生产人工成本的不断提高，从事海盐生产的企业迫切需要一种能集采、送于一体的自动化机械设备来替代现有的比较陈旧的断续采收设备。目前，世界上采盐业除企业大型化，设备自动化、多功能化与一体化外，正向着资源综合利用、生产方式节能环保方向发展。

盐场主要采用海水晾晒方式产盐，平均年产海盐80万t以上，开发设备针对施工区盐池多为长80 m、宽40 m的长方形，最大水深约0.5 m。盐池底部不十分平整，要求采盐机采盐后不留死角，不能对盐池底部产生破坏。

1　采盐机总体方案设计

1.1　采盐机主要参数确定的基本依据

主要参数的选择及确定是采盐机总体方案设计中的重要环节，也是行走系统、采收机构和排送系统等环节的设计基础。它对机体总体布置、控制方案设计、外购件选型等都有着十分重要的影响。因此，主要参数与结构方案的确定往往是交叉反复进行并通过反复比较后才能最终确定的。主要参数选择的主要依据如下：1)设计任务书所规定的生产率、排送距离、排送高度等作业要求和工作条件等；2)使用单位的其他具体要求，如造价、主要外购件厂家等要求；3)协作制造厂的生产制造条件，类似产品的相关经验等；4)国内外同类产品的技术资料、参考文献以及相关标准等。

在确定主要参数时，必须正确处理好实用性、先进性、可靠性和经济性之间的正确关系；正确处理相互制约的有关参数间的关系，主次分明，局部服从整体。经反复论证，本产品主要设计参数如下：1)内燃机功率38 kW(2 200 rad/min)；2)砂砾泵电机功率55 kW；3)砂砾泵设计流量 200 m3/h，；4)液压系统压力20 MPa；5)砂砾泵型号6/4D-G；6)射流泵功率7.5 kW；7)轨距1 600 mm；8)履带宽度450 mm；9)切削宽度2 360 mm；10)机体高度2 700 mm；11)作业水深<500 mm；12)最大采盐厚度260 mm；13)理论生产率40～60 m3/h。

1.2　采盐机基本组成

采盐机动力有两部分：一部分为38 kW柴油机，该柴油机通过高弹性联轴器驱动液压泵为行走马达、绞龙马达以及液压升降油缸提供动力；另一部分为三相交流动力电，驱动55 kW电机为砂砾泵及射流泵提供动力。

采盐机按照功能划分为以下几部分：

1)发动机部分：4100柴油机，燃油箱，散热水箱及机油散热器。

2)底盘行走系统：驱动轮、支重轮、导向轮、拖轮、张紧弹簧以及橡胶履带等。

3)液压系统：液压泵、电液比例阀组、绞龙马达、行走马达、升降油缸、平衡阀、液压油散热器、高速行走控制阀、行走合流阀块、油缸分流阀快、液压油箱等。

4)电气自控系统：包括开关量输入输出模块(基础模块)，模拟量输入输出模块；模拟量输入信号发生器，模拟量输出放大器；电机起停控制电气；24 DC电气控制电源。

5)两相流泵送系统：砂砾泵、射流泵、淡水循环泵以及相对应的驱动电机。

6)集料器：包括集料斗、集料绞龙及采收自动测厚装置。

7)金属结构：底盘机架以及上车安装平台。

1.3　采盐机采收机构的设计

现场实地属于单个盐池，面积较小(大多约为3 000～5 000 m2)，作业水深较浅，盐池底部不十分平整，晶体间结晶板结的硬度不大，类似工程施工中的Ⅲ类土壤，并非死碴盐，经破碎后可以实现管路输送，根据这些特性，选择具有集破碎、收集于一体的螺旋滚筒作为该机采收机构的总体方案。

螺旋滚筒(图1)采用马达、行星减速机驱动，转速可无级调节。该装置上设有破碎齿、集料螺旋和平整刮板。集料器支臂与行走车架铰接相连，机架前端设两只铰接油缸驱动集料器的起落，如图2所示。集料装置中底部为盐泵吸入口，与盐泵入口之间由吸入胶管相连。

图1　螺旋滚筒采收机构

图2　采收机构总图

该机构具有以下优点：

1)采用内藏减速机式液压马达，驱动滚轮上焊有楔状合金齿的螺旋滚筒，不但易于实现无极调速，使传动机构大为简化，还有利于盐层的破碎和盐池边角的采收作业，不留或少留死角；

2)改变滚筒左右两侧的螺旋旋向，不但可以对中间吸料口提供主动式喂料功能，还可以为输送系统提供晶体与海水之间的造浆作用；

3)选择合适的传输螺距，配合适当的转速，可以实现比较均匀的采掘厚度；

4)通过自控传感器采集盐层表面状态信号，自动控制采收机构，提升油缸，易于实现盐层的等厚度采集，避免采收机构对盐池底部的破坏；

5)该机构结构简单，易于制造，在粮食输送、河道清淤等系统都有成功应用。

1.4　采盐机输送系统的确定

目前通用的水采系统输送方式有水运和旱运两种。旱运主要是将水采机采集的盐通过输送带等转运设备转移到陆用运输机械设备上，再由运输车辆通过陆路方式运至堆料场地，其工艺流程如图3所示。

图3　水采旱运工艺简图

由图3可知，此种采运方式特别适合远距离输送，改变设备类型，可以适合不同的生产规模，其缺点是该种采收工艺需要较多的设备类型和较大的作业面，施工作业复杂，人员需求量大。本项目的输送方案选择水运方式，其构成如图4。

图4　采盐机水运方案构成简图

盐泵出口接排管至机尾回转接头，回转接头与输送管路相连，水中及岸上的排管均采用高密度聚乙烯管，耐压1.0 MPa，外径180 mm，壁厚16 mm，长度8 m，两端管口用热胀法制成喇叭状，通过金属法兰和内密环连接，连接强度好，密封可靠，流道顺畅。内径表面光滑，具有很高的耐磨性，在价格和使用寿命上都较钢管有明显优势。其曲率半径为3 m，取代胶管，直接用作水上浮管。浮管与采盐机和岸管连接处均由回转接头相连，以保证大角度变向。

泵的入口及出口附近均设压力表法兰，用于安装真空表及压力表，施工中用于监控采收及输送系统压力。

1.5　采盐机动力系统的选择

工程机械的动力源主要有两大类：内燃机和电动机。

内燃机是将燃料燃烧的化学能转化为机械能的设备，其应用范围非常广泛，地面上的各种车辆，建筑、矿山、农业、林业等领域应用的各种工程车辆都在大量使用内燃机作为动力源。电动机则是将线路中的电能转化为机械能为设备提供动力，与内燃机的工作原理不同。

两者相比，内燃机传动控制复杂，维护成本高，功率体积比较大，工作中会排出废气，污染环境，噪音也很大，但它在燃料易于携带，非常适合缺少电网的野外作业。而电动机功率体积比小，工作中不排出废气，噪音较低，且结构简单易于控制，易于维护，但它在工作中需要电能，而较大功率的电能不易携带(电池容量受到限制)，因此，应用环境受到限制，即在条件具备时采用电动机，相对来说比较合适。

根据项目场地的实际情况，本项目采用电机和柴油机混合动力系统：380 V三相交流电为离心式盐泵作业提供动力，而与其配合的破碎收料器和橡胶履带行走装置等辅助设备以柴油机为动力。混合动力源的优点在于既解决现场移位时拖带电缆造成的行走不便，又避免装机容量过大带来的动力浪费，同时降低了作业时的动力成本(柴油与电力的价格差别)。

2　结语

全自动采盐机属于机、电、液一体化设备，采取液力输送方式集采收送等多功能于一体。施工中该机边行进边采收，作业行进速度采用液压无极变速，并可根据盐层厚度调节行进速度，实现恒功率控制。

该机具有省人、省力、高效、可水中作业等特点，是海盐生产机械化作业的理想机型，将大幅度提高采盐效率。

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