堆取料机料耙结构优化

北方重工集团有限公司 辽宁 沈阳 110860

前言

料耙作为全断面刮板取料机重要组成部分,其对整机运行及整条工艺线是否能达产起着至关重要作用。料耙主要功能是通过自身的平行移动及桥梁推动将断面物料进行松散,以实现刮板取料机的取料功能。为满足电力、煤炭、建材行业产能扩大的需求,堆取料机设备的堆取能力也随之上升。其中料耙的处理能力直接影响到整机的取料能力,这就要求料耙整体结构的加大。因整机空间限制及满足料耙平稳运行,大型料耙多采用液压驱动。原有料耙框架由各种型钢组焊成平面三角形结构,耙齿采用焊接形式与框架连接,整体结构既笨重又增加耙齿更换难度,其刚度和强度也未达到理想效果。若大型料耙仍采用此种结构,重量过大,在使用一定时间后料耙会出现不同程度的变形,影响料耙运行的稳定性,严重后果使整机出现振动,迫使停机进行检修维护。基于以上因素,料耙的重量、强度、刚度、变形及耙齿更换是影响料耙整体设计的主要因素,空间结构料耙可以在一定程度上解决以上问题。

1 料耙组成及工作原理

料耙由滚轮装置、料耙框架、液压驱动装置、手摇滚筒(电动葫芦)、钢丝绳等组成,见图1所示。

作为全断面刮板取料机重要组成部分—料耙,料耙的整体结构性形状与物料堆积形状相似均为三角形。料耙主要安装在桥梁的两侧,料耙伴随桥梁的运动实现沿着物料轴线的运动,同时通过自身滚轮沿着桥梁往复运动,进而实现物料的松散功能。松散的物料沿着物料堆自上而下的滚动,滚动到底部的物料经刮板装置将其刮送到皮带机上,实现取料机的整个取料过程。料耙滚轮与桥梁轨道实现滚动摩擦,大大减小了料耙往复运行的阻力。料耙往复运动的动力来源于液压油缸,液压驱动比机械驱动平稳,料耙往复运动行程控制精确,液压驱动所占空间小。料耙与水平面的夹角是通过手摇卷筒或电动葫芦卷收或释放钢丝绳调节,一般为34°～45°。其夹角大小与物料的安息角直接相关,夹角大小的调整直接影响到料耙松散物料的效果。

图1 料耙组成及工作原理图

2 设计理念

刮板取料机上应用的原有料耙框架由各种型钢组焊成平面三角形结构,因主体框架及加强梁均由型钢焊接而成,料耙整体结构重量非常大。耙齿用普通圆钢焊接在主体框架及加强梁上,虽然此种结构的耙齿便于制造及结构简单,但给后期的维护及耙齿更换带来极大困难。此种结构料耙见图2所示。

若在原有料耙结构基础的上直接增大料耙尺寸,料耙强度和刚度都满足不了需求且变形量很大。变形量太大会影响料耙往复运动法的稳定性,进而影响料耙动力系统,同时引起整机运动过程中震动。尤其是采用液压系统驱动时,料耙不稳定的运行严重影响液压油缸的受力和使用寿命。为加强料耙的整体刚度而采用大型号规格的型材,增加料耙整体结构的重量,对桥梁、端梁及整机都要进行强度和刚度的加强设计,设计和制造成本都会随之增加,影响产品的市场竞争力。焊接耙齿更换、维修难度的问题也没有得到有效的解决。

为满足新的需求单一在原有料耙结构上加大尺寸是行不通,只有改变原有结构才能有效解决以上问题。空间结构料耙具有强度高、质量小、变形量小的特点,满足使用要求。空间结构料耙分为两层主框架,主框架采用不同型号规格的异型钢管焊接而成。支承料耙行走的滚轮支座、液压驱动油缸的铰接固定支座及滑轮铰座均焊接在料耙的上层框架上。料耙各连接杆件也均由不同型号规格的异型钢管焊接而成,既保证料耙的整体前刚度和强度又降低了质量。耙齿与主框架采用栓接,便于耙齿的更换及维修,其材质采用锰钢,延长其使用寿命。空间结构料耙见图3。

图2 原有料耙结构图

图3 空间结构料耙结构图

3 异型管选型及耙齿设计

依据空间结构料耙特点及各受力点分析,上层框架为整个料耙的主要承载部位。该层框架设有支承料耙行走的滚轮支座、液压驱动油缸的铰接固定支座及滑轮铰座,将所有受力均集中在上层框架上,因此在设计时选用异型钢管的型号规格最大。上下层框架之间连接杆件受力也比较大,因此选用异型钢管的型号规格与上层框架相同。下层框架主要起加强及连接作用,受力相对较小,因此选用异型钢管的型号规格比上层框架小些。耙齿采用锰钢材质的圆钢制作而成,用两组自制吊钩螺栓及螺母将一根耙齿栓接在下层料耙框架上。下框架同一根杆件上的耙齿用同一根圆钢串联起来,起到耙齿稳固的作用,同时圆钢加大了耙齿松散物料的作用。此种耙齿结构既方便更换、维修又大大提高了松散物料的作用。耙齿栓接形式见图4所示。

图4 耙齿栓接结构图

4 结束语

空间结构料耙采用双层框架结构,各杆件均采用不同型号规格的异型钢管,具有质量轻、强度高、韧性好、运行平稳等优点。料耙动力系统采用液压驱动,更进一步增强了料耙的稳定性,大大减小了桥梁及整机因料耙原因而引起的振动。耙齿采用锰钢材质圆钢制作增加使用寿命,耙齿与料耙框架采用栓接形式连接,便于更换及维修。