门式斗轮堆取料机起升机构变速运行改造

王喜龙

（通化钢铁股份公司炼铁事业部，吉林 通化 134003）

门式斗轮堆取料机又被称为门式斗轮机，其是基于我国散料装卸需要而研发的一种连续性散料装卸设备。与传统的壁式、桥式及圆形料场堆料机相比，门式斗轮堆取料机的操作过程较为方便，而且具有较高的回取率，加之堆料平整、管理方便、自动化控制特点突出，其能有效地提升散料的装卸效率和质量，对于我国现代工业发展具有重大影响[1]。然而受诸多因素影响，门式斗轮堆取料机在散料装卸过程中，容易发生起升机构变速运行失控的状况，即在门式斗轮堆取料机液压驱动过程中，活动梁起升机构无法实现变速运行，这使得散料装卸效率大大降低。新时期，进行起升机构变速运行改造已经成为提升门式斗轮堆取料机运作性能的关键所在。

1 门式斗轮堆取料机工作原理

作为现代散料装卸中应用较为广泛的机械设备，门式斗轮堆取料机在现代工业中的应用逐渐普遍。从应用过程来看，装料与取料是其运作的两个重要环节。就堆料而言，其能在地面系统胶带机经尾车的支撑下，将散料输送到活动梁头部的堆料落煤斗，并传输到堆取料胶带机，然后通过活动梁中间的落煤斗，将散料收集到下部移动的胶带机。该环节中，移动胶带机堆料方向涉及正转和反转两种状况，其中，前者会将物料堆放在柔性支腿的侧料场，而在反转过程中，物料会被盛放在刚性支腿的侧料场。需注意的是，在移动胶带机堆料方向正转过程中，胶带机会完全退出中部料斗，此时，物料保持着直接进入料斗的状态，这能有效地填平料堆中间的凹陷。

取料过程中，物料挖取通过滚轮机构完成。该结构套装在活动梁之上，完成物料挖取后，所有物料会通过斗轮溜料斗进行转移，并进入堆取料胶带机或取料胶带机，最终在尾车料斗的支撑下，物料会被放置在尾车胶带机上取出，满足具体取料要求[2]。

2 门式斗轮堆取料机起升机构的工况要求

2.1 分层、定点取料工况要求

分层堆料和定点堆料是门式斗轮堆取料机堆料控制的两种基本形式，而在取料过程中，具体工况不仅有分层取料，而且有顶部垂直取料[3]。这种多样化的堆取料方式对设备的工况控制提出了较高要求，操作人员需要结合料场的实际情况，严格选取堆取料作业方式。实际作业中，不论哪种取料方式，都需要活动梁起升机构参与运作，而且从取料过程来看，起升机构工况不同时，其具体的工作时间和速度也存在差异。

2.2 垂直取料工况要求

就顶部垂直取料作业方式而言，活动梁取料的区域与堆料高度保持一致，这要求起升结构在运作中，应注重活动梁起升速度的严格控制，即进行起升机构起升速度的严格控制，实现进给深度与取料要求的吻合[4]。而在其他堆取料操作时，活动梁起升变化的高度值各不相同，这样就能实现取料斗轮挖掘深度和堆料、落料高度的有效调节，确保堆取料工作的安全、高效。从作业工况来看，此时活动梁起升变化动作归属于设备的辅助工作，确保在规定时间内产生额定生产率，即在不影响设备运作安全性的情况下，应尽可能缩短设备的工作时间，提升整体工作效率。实践过程中，只有不断地提升门式斗轮堆取料机起升机构自由变速的运行效率，才能满足实际工况应用需要，进而实现散料的快速装卸。

3 起升机构无法正常变速运行的内在原因

3.1 起升机构能量供给方式

门式斗轮起升机构常采用液压驱动系统，在系统运行过程中，活动梁的起升控制通过两个定量柱塞泵和两柱塞液压缸完成[5]。该环节中，柱塞液压泵的运作通过定量柱塞泵带动，并且为满足实际控制需要，柱塞泵技术规格参数和安装方式需确保所有参数一致。此外，装卸料过程中，系统所需要的流量较大，故而在柱塞液压缸运作中，采用双泵供油的能量供给方式。

3.2 两柱塞缸工作运行问题

两柱塞缸工作行程较长，缸径较大，实际运行中，一旦采用单泵给系统供油，系统本身就会随着供油启停受到影响，并产生较大的脉动。具体而言，起升结构运作中，工况不同，其启停的频率也就不同，单泵大流量供油会使得设备运作过程中产生较大的抖动幅度，影响设备的平稳性。同时，随着系统温度的上升，能源浪费现象较为明显。而在双定量柱塞泵供油中，一旦设备处于低速工况运行状态，就可采用单泵启动进行系统供油；而当设备处于高速工况时，则在双定量柱塞泵供油下，设备的起升机构得以高效运行，这满足了门式斗轮堆取料机的货物装卸需要。

3.3 门式斗轮起升机构问题

现阶段，门式斗轮起升机构的柱塞泵常采用同一油路，这对系统本身的运行造成较大困扰。实际起升作业中，一旦某个柱塞泵启动作业，系统中的压力油含量就会较高。在这种状况下，另一柱塞泵要开始运作，就必须克服并消除这一压力，这使得系统启动过程中具有较大的过载压力。然而在现实作业中，柱塞泵的运作受到自身结构的影响，其在运行过程中不允许带有荷载启动，即工况变化时，另一柱塞泵的启动需要将单前运行的柱塞泵关闭，然后实现双泵的同时启动和变速。这在一定程度上使得设备的作业控制较为繁琐，影响了设备的运作效率，并对当前工业生产中的装卸料控制形成阻碍。

4 门式斗轮堆取料机起升机构变速运行改造策略

现阶段，门式斗轮堆取料机在工业生产中的应用逐渐普遍，起升机构变速运行直接影响了设备本身的运行效率和质量，在实际应用中，要进一步提升门式斗轮堆取料机的运作性能，就应结合设备的运作能力对起升机构变速运行的系统进行改造。

4.1 小型设备液压系统改造

小型门式斗轮堆取料机的跨距小于50m，堆取料能力低于1000t/h。从装卸料过程来看，这类设备的载荷较小，液压缸形成较短，在其起升结构运作中，为满足设备的供油量控制需要，常采用定量柱塞泵完成供油操作。在其结构改造过程中，主要改造单元包括两个方面：（1）组件柱塞泵无载启动支路。其改造方案为以柱塞泵主供油路为基础，在其供油周围增加电磁溢流阀，使得不同工况状态下，设备的启动荷载不断降低。（2）在现有门式斗轮机起升结构控制中，去除构件中的溢流阀，同时在系统中增加电磁溢流阀，确保电磁溢流阀的位置处于单向阀与液压泵之间。该模式下，斗轮堆取料机的工作流程为当起升结构处于低速工况时，系统只会启动柱塞泵进行系统供油，此时工况起升速度与系统供油量吻合。而当工况发生改变，系统中的另一个柱塞泵会启动参与运作，此时电磁仪溢流阀会保持在失电状态。溢流阀导阀口会连接在二位四通电磁换向阀的右侧，同时电磁溢流阀会与油箱相互连接，改状态下，溢流阀主阀的阀芯受到屏蔽。当两个柱塞泵完全启动后，油液无需克服溢流阻力，即可在电磁溢流阀的作用下返回到油箱当中。柱塞泵启动且平稳运行一定时间后，电磁溢流阀的电磁铁会受到通电影响，并使得溢流阀竹筏产生作用，进而形成一定的压力，实现系统的供油控制。从应用效果来看，新增电磁溢流阀虽然没有消除门式斗轮机起升机构液压系统的荷载，但能使得油压荷载对系统的影响降至最低，从本质上而言，这是一种带载启动的控制模式，能有效满足小型设备液压系统的应用需要，实现散料的高效装卸。

4.2 大型设备液压系统改造

大型门式斗轮堆取料机的应用范围更加广泛，该堆取料机的跨距不低于50m，同时堆取料能力超过了1000t/h。与小型门式斗轮堆取料机相比，此类设备不仅具有机构载荷大的特征，而且液压泵的行程较长。在实际应用中，若为系统安置定量柱塞泵，则在启动过程中，系统本身具有较大的冲击荷载。随着当前变量泵控制技术的成熟，该冲击荷载在一定程度上得到了有效控制。实际改造中，可对原有的定量柱塞泵进行优化，即去除定量柱塞泵，改用负载自适应定量柱塞泵，同时省却原有系统中的定压溢流阀，改用系统控制安全阀，这样不仅能满足系统运行中的流量控制需要，而且能实现系统本身的有效保护。

自适应定量柱塞泵在泵压力输出控制方面具有突出优势。具体而言，在门式斗轮堆取料机液压系统运作中，一旦系统的压力未达到设定压力，则柱塞泵的输出压力始终高于外负载压力，具体负载压力高出值为1.5MPa左右，同时，输出流量与外负载需求流量保持一致。在出口压力控制过程中，一旦泵的输出量处于压力调整范围之内，则控制人员可以根据实际的需要，自由地调节泵的出口压力，当完成泵出口压力调节后，则在泵体本身内部，就会形成高度适应的液压自循环系统，从而实现流量由小到大启动。从应用过程来看，优化后的门式斗轮堆取料机液压系统可以自主的完成启动控制，同时启动过程互不干扰，有效地保证了系统的运行效率。

4.3 液压系统改造

不论是小型还是大型门式斗轮堆取料机起升机，在改造过程中都应注重液压系统的节能化设计。在当前门式斗轮堆取料机起升机运作过程中，液压系统的能耗问题较为严重，这不仅增加了系统运行的成本，更与我国节能化发展要求相互背离。基于此，在实际改造中，不仅要注重液压系统正常变速运行的硬件优化，更要在硬件设置及系统运作中，注重系统本身的能量消耗。现阶段，在门式斗轮堆取料机起升机液压系统正常变速运行改造中，改造单元内的节能设计优化主要涵盖了动力单元、控制单元、回路单元以及液压附件等内容。

5 结束语

门式斗轮堆取料机起升机在散料装卸中的应用日益广泛，其能在起升机构变速运行控制的基础上，实现散料货物的快速装卸，满足工业生产需要。实践过程中，只有充分掌握门式斗轮堆取料机起升机的运作原理和优势，并在了解其起升机构工况运作要求的基础上，分析当前影响门式斗轮堆取料机起升机构变速运行效率的原因，然后针对性地进行结构改造和优化，才能提升门式斗轮堆取料机起升机的运作效率，进而在保证货物装卸需要的同时，推动现代工业的有序发展。