一种基于矿石码头的履带式防堵料装置

王海澜

（交机电工程局有限公司，北京 100088）

在矿石码头卸船过程中，半块状和粉状矿石变成矿料时，容易在转接机房的漏斗溜槽底部的收口处发生堆积，矿石流量过大就会发生堵料，严重影响卸船效率。通常采用人工捅料和开启振打器，但疏导矿料效率低下、收效甚微。针对以上状况研制的履带式防堵料装置可有效地解决堵料问题。提高了卸船效率，节省了总成本。

1 防堵料装置的工作原理及特点

1.1 装置的结构组成

如图1 所示，1 和5 分别为上、下清扫器，用来清除履带上粘滞的矿料。2 为弹簧悬挂装置，使下清扫器保证紧贴着履带工作。3 为防堵料装置机架，是整个装置所有部件连接的结构框架。4 为电机驱动单元，由交流电机、行星减速器和蜗轮蜗杆减速器组成。6 为支撑链轮，共3 组，起到支撑并驱动履带运行的作用。7 为履带，履带板表面有凹槽可以实现料打料，增加耐磨性；8 为罩壳，由钢板焊接组成，起到回收余料到皮带机的作用。

图1 装置结构的组成

1.2 装置的工作原理

当码头卸载矿料时，设置在漏斗溜槽底部收口斜板处的装置开始工作：电机驱动链轮，使履带缓慢运转，搅动其附近致密的积料使之松动，且履带上的矿料不断地被下清扫器刮掉，循环运转，达到防止矿料堆积堵料的效果。余下漏料由罩壳收集并回收线上，避免了二次污染、浪费。如图2 防堵料装置安装及料流示意。

1.3 装置的技术特点

因为此装置工作环境恶劣复杂，为了提高其可靠性，整套装置不增设任何传感器，由4 颗螺栓固定在漏斗溜槽底部的斜板上。当需要清理矿料时，开启装置后履带便持续匀速运转。装置各部件应具有耐磨损、耐腐蚀、可靠性高等，所以履带板、销轴、驱动链轮和各支撑链轮采用锰合金钢，销轴直径d=16mm。履带防护采用料打料保护策略。

考虑到上下清扫器工作寿命和经济因素，采用铸铁材质并可更换设计。为防止履带与下清扫器因夹料导致装置崩坏，下清扫器设置弹簧悬挂器，有效避免上述问题发生。采用行星齿轮和蜗轮蜗杆混合的减速器驱动履带，使装置结构紧凑，且保证履带的基础推力，轻松带走履带与下清扫器之间的夹杂矿石。

图2 防堵料装置安装及矿料运动状况示意图

2 防堵料装置的危险部件强度校核

卸料过程中，矿料对漏斗溜槽内有倾斜角度衬板的冲击较大，装置代替了原有部位陶瓷衬板，须承受冲击而不发生损坏。根据漏斗溜槽结构结构分析，履带的部分是校核的重点，履带上的销轴（直径最细）属于危险部件。

结合黄骅港矿石码头卸船给出分析，建模选参数：选取T4 转接机房的漏斗进行分析，漏斗最大高度为11m，铁矿石密度为4800kg/m3，矿料垂直初始速度v0=0m/s，皮带机运力设为超载值7500t/h，假设不考虑内摩擦，漏斗内倾斜衬板的平均角度为60 度，矿料在漏斗溜槽内运行轨迹如图2-1，矿料滑行到倾斜溜槽结束时的垂直速度为v1，运动到最后倾斜衬板前一刻垂直速度为v2，矿料出口（经测量）垂直速度约为v3=5m/s。

如图2 矿料运动状况所示，斜溜槽为漏斗总高度的2/5，倾角为60°。根据上述条件，求解矿料下落到底部冲击防堵料装置前一刻的垂直速度v2。

根据（1）、（2）式带入数据得v2=13.3m/s。

根据皮带机最大运力和铁矿石密度，求得每秒冲击在防堵料装置的质量为m=2083kg，根据冲量守恒mv2−mv3=F1t，假设每秒钟的矿料冲击在单块履带板上，单履带板承受的冲力为F1=17289N。

履带销轴采用直径d=16mm 的40Cr（调质处理）材质，查销轴常用材料力学性能表得；此直径的40Cr 销轴许用剪切应力为σ=210MPa，根据此装置履带的铰接特点，每块履带板相当由4 处销轴链接。如果履带被撕裂则需要冲力F2。

代入数据得：F2=168806NF2/F1≈9.8，即矿料的冲击力是履带承受最大冲力的1/9.8 倍，又因建模数据取极限值，故履带性能满足重载矿料持续冲击。

3 防堵料装置在码头现场的应用

此装置结构坚固、紧凑，适用于运力较大的矿料运输环境以及码头现有的普通漏斗改造安装。不需要更换现有底部漏斗和专业厂家的协助。只需拆卸普通漏斗斜面上的陶瓷衬板并切割出与防堵料装置匹配的方孔，开4 个尺寸合适的装配孔并垫上橡胶密封圈，然后，用吊车、手拉葫芦等起重工具把装置固定装配，即可完成防堵料漏斗的改造。

为了适应其恶劣的工作环境，紧固装置的4 颗螺栓加强了防锈处理，漏斗内部设有沉槽孔，装配好螺栓后在沉槽孔内塞入陶瓷塞，防止矿料对螺栓帽的冲击破坏。为了防堵料装置自身漏料，专门设置了余料收集罩壳，罩壳的材料采用不锈钢材料制作，收集零散泄漏料流向皮带机的工作面，目的是为了不造成二次污染和浪费。

4 结语

通过实践分析码头运输中潮湿粉状矿料在漏斗内发生堵料的原理，研制出一种履带式防堵料装置，并通过3D 建模分析其机械结构布局的合理性、关键部件的可靠性和整体装置的经济性，分析其处理堵料核心部件的机械强度，此装置的普遍适应性和对现有机房漏斗改造成防堵料漏斗的成本低的特点，得出此装置有较高的实际应用价值。