一种新型余渣料取料设备的分析与应用

王百重 胡延涛 赵冰

摘 要：在散料输送领域，针对由多个不规则锥形料堆组成的余渣料堆场研发的具有旋转方向自由度和垂直方向运动自由度的刮板取料系统，实现了余渣料堆场的自动化机械设备取料，解决了以往人工清理堆场的效率低下、任务繁重的缺点。

关键词：散料输送；不规则锥形料；自动化取料

中图分类号：TF534 文献标志码：A

0 前言

在散料输送领域，重点对炼轧厂的余渣料堆场进行了分析，这些余渣料堆场通常是由装载机等非专用堆料设备堆成的多个不规则的小料堆组成，常规的料场取料设备根本不能将物料取走，通常是采取工程机械或人工的方式将余渣料取出料场，为了解决此种取料方式生产效率低下的难题，专门针对余渣料堆场的性质，研发出了以下即将介绍的这种类型的门式刮板取料系统，本设备的取料部分由两套刮板取料系统组成，分别具有旋转自由度和垂直方向平行运动自由度，两套刮板取料系统配合作业，最终实现料场的完全机械化、自动化取料，解决了以往人工作业处理余渣料的费工费力的问题，生产效率得到了大大提高。

1 门式刮板取料系统的结构形式及特点

本设备包括电缆卷盘、动力电缆卷盘、行走机构、固定支梁、导料槽、刮板输送系统、桥梁、卷扬系统、摆动支梁、滑道系统、轨道系统等，并配有相关辅助部件。其中刮板取料系统由主刮板取料系统和副刮板取料系统组成。本设备的结构形式克服了其他种类常规取料机在此种形式堆场作业时的难点，第一，侧式刮板取料机在此种形式堆场取料作业时，大部分时间会有一半以上的刮板取料系统空转取不到物料，造成了产能的浪费；第二，若采用常规的桥式刮板取料机，其又不能跨越料堆进行作业。本次研发的这种结构形式的门式刮板取料系统则综合了以上两种取料机的优点，副刮板取料系统负责将不规则的多个锥形小料堆平定成为连续规则的梯形料堆后，将物料传递给主刮板取料系统，主刮板取料系统将物料输送到下方的出料皮带机上，从而将物料输送出料场。本结构形式取料系统可以推广应用于料堆不高的梯形截面、并且需要跨越料堆的自动化取料料场。本设备具有便于操作、维护检修方便，节约能源等特点。

2 门式刮板取料系统的工作原理

本设备的工作原理是：在料场堆积物料区域，由工程机械或其他堆料方式在料场区域卸料形成多个小料堆后，本门式刮板取料系统在料场一侧进入取料区域，刮板取料系统自动下降到料层一定深度，行走机构通过设定好的控制程序往复运行，通过主刮板取料系统和副刮板取料系统把物料卸到导料槽内（刮板取料系统运行初期以调整料堆形状为主，待料堆上平面平整以后，会以稳定的输送能力取走物料），通过导料槽送到出料皮带机上运出料场。刮板取料系统每取完一层物料后，按预置的指令，会自动下降一定的角度和高度（即相应的取料深度），在一定的取料运行速度下，将料堆逐层取出，除非取料过程中有调车指令，否则直至将该料仓取料区域的物料全部取净后自动更换取料行程。取料机的行走驱动采用变频调速的三合一减速机，通过行走调速来调整取料能力。

3 门式刮板取料系统的运行轨迹及取料方式

刮板取料系统运行方式：主刮板取料系统和副刮板取料系统在卷扬系统和滑道系统的配合运行下可上、下按照弧形轨迹运动，即主刮板取料系统以驱动链轮中心为圆心在一定角度内做圆周运动，副刮板取料系统运行轨迹是跟随主刮板取料系统运动，并且始终保持水平，主、副刮板取料系统的取料部分分别具有独立的驱动装置，可单独控制，副刮板取料系统将物料传递给主刮板取料系统，主刮板取料系统将物料输送到出料胶带机上，为防止堵料，主刮板取料运行速度大于副刮板取料运行速度。

4 设计步骤及行走机构驱动功率的计算

4.1 根据技术协议的技术参数对相关部件进行计算选型，并设计相关非标零部件，主要承载的桥梁采用型材焊接的桁架结构，分成两段，现场连接成一个整体的形式，采用专业软件进行受力分析，保证使用强度和刚度的条件下具有经济实用、安装方便等特点。

4.2卷扬系统采用专门订制一套电动葫芦（双出绳型式）同时带动主、副两套刮板取料系统，其独特的缠绕方式保证了主刮板取料系统、副刮板取料系统上、下运行的同步性。

4.3副刮板取料系统在摆动支梁一端配有滑道系统，滑道系统配有弧形滑道及挡轮，保证副刮板取料系统能够以垂直方向的自由度上下运动，并且限制副刮板取料系统的其他方向自由度，滑道系统为现场调整后与摆动支梁焊接一体，挡轮位置可以根据实际情况进行调整。

4.4行走机构与桥梁之间分别安装固定支梁和摆动支梁，螺栓的连接形式使得安装更加方便，固定支粱用钢板焊接成梯形截面结构，摆动支梁由倒三角型支梁与铰轴组成，保证了整机运行的稳定性。

4.5轨道系统使门式刮板取料系统的整机能够在其上面行走顺畅，并承受整机传递的载荷，要求轨道系统具有一定的平行度、直线度，高度公差符合规范及设计要求。

4.6 行走机构的驱动功率计算

估算设备总重G1=70 t，工作行走速度 v1=2m/min，调车行走速度v2=10m/min，最大运行速度v=10m/min=0.17m/s，驱动装置配备三合一变频调速减速机。

4.6.1 行走阻力的计算

设备在直线轨道上稳定运行的阻力F由摩擦阻力Fm，坡道阻力Fp，风阻力Fw三项项组成。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—总重 N，G=686000 N

f—滚动摩擦系数 mm，查表得f=0.8 mm

μ—车轮轴承摩擦系数，查表得μ=0.015

d—与轴承相配合处车轮轴的直径 mm，d=130 mm

D—车轮踏面直径 mm，D=630 mm

β—附加摩擦系数，查表得β=1.5

（2）坡道阻力Fp

Fp=Gsinα=3591N

其中：α—坡度角，查斗轮机技术要求得α=0.30。

（3）风阻力Fw

Fw=ACq=18620N

其中：A—斗轮机迎风面积 m2，估算A=40 m2；

C—风力系数，查表得C=1.9；

Q—计算风压 N/m2，q=0.613v2=245 N/m2；

4.6.2 行走电动机功率的计算

P=F×v/η=28009×0.2/0.8 kW=7kW

按两套驱动装置进行计算，则7kW/2=3.5kW，故选择单台电机功率为5.5kW。

4.7本门式刮板取料系统还配备了自动润滑系统、自动洒水系统及必要的照明系统，料场的中部、两端、刮板取料系统的头部和尾部配备一定数量的行程开关，将信号传递给电气控制系统的PLC中进行自动控制，使得整机的设计更加人性化。

根据以上设计步骤及计算结果设计出相关零部件，并配备必要的附件，结合电气控制系统，使得本设备具有自动控制、半自动控制及人工控制等几种控制方式的互换等特点。

结语

本设备的研发填补了炼轧厂的余渣料堆没有自动化取料设备的空白，其结构形式综合借鉴了几种成熟取料机的特点，将以往炼轧厂人工处理该物料的作业方式，实现了自动化作业，节约了大量的人力、物力，并且具有生产效率高，操作、維修方便等特点，经济效益十分显著。

参考文献

[1]GB/T3811—2008，起重机设计规范[S].

[2]JB/T8849—2005，移动式散料连续搬运设备钢结构设计规范[S].

[3]成大先.《机械设计手册》第五版[M].北京：化学工业出版社，2010.