斗轮堆取料机的尾车选型

游建能， 赵亚斌， 刘 政

（宜昌港务集团有限责任公司， 湖北宜昌443003）

0 引言

悬臂式斗轮堆取料机是一种大型连续高效的散状、粒状物料堆取作业设备，广泛应用于港口、内陆散货物料场所。 作业时，需要与货场码头的皮带机一起，组成自动运输系统，完成取料、堆料或分流作业。 分流作业又细分为堆料分流、取料分流和物料直通三种。这三种作业类型都需要尾车配合，不同结构形式的尾车，才能完成相应类型的作业。从目前来看，各类形式的尾车均能较好完成其中两种作业。 使用单位会根据自己的堆场布置和作业工艺情况，提出不同的需求。因而产生各种结构形的堆取料机和尾车形式。

宜昌港务集团枝城港区有4 台堆取料机， 建于上世纪八十年代末，作业效率为堆料600t/h，取料300t/h。其结构为固定式尾车，固定L 门架，带平衡梁的悬臂皮带机钢丝绳俯仰结构形式。这种形式的设备重心高，维修前悬臂皮带机时，需拆卸平衡配重和平衡梁，维修复杂难度大；固定式尾车皮带机落料点高，能耗高，物料对皮带机冲击力大，易损伤运输带和皮带机架。 由于使用时间已超过设计年限，设备故障率越来越高，作业能力已不适应港口发展的需要。 集团决定对枝城港区16 码头两台悬臂式斗轮机进行更新。 在原基础上新建安装2 台作业能力为堆料1000t/h，取料能力800t/h 的堆取料机。 具体参数如下：

作业物料： 煤（比重0.8-1.1t/m3），粒度：≤300mm，取料效率：800t/h，堆料效率：1000t/h，作业环境：室外煤场，工作制：连续工作，设备功能：堆存、取料和物货通过，回转半径：25m，回转角度：±110°，皮带机带宽：1200mm，堆取料高度：最高＋10m 至最低-2m，轨距：5m，皮带机角度：不超±16°。

1 悬臂斗轮机的结构和作业方式

悬臂斗轮机结构见图1，主要由旋转斗轮部分，悬臂皮带机、L 门架、旋转平台、中心料筒、下部台车平台、尾车部分、液压系统和电控系统组成。 为实现不同作业功能，设备各部分需改变姿态或运行状态。 当堆料时，这时斗轮机与尾车连接， 悬臂皮带机尾部导料槽后封板关闭成小接料斗， 首部料斗前封板打开成导料槽， 悬臂皮带机正转，斗轮停止转动，物料经尾车皮带机至悬臂皮带机，再到货场堆存。 斗轮机通过俯仰机构， 改变悬臂皮带机倾角，来保证物料堆存高度，或降低悬臂皮带机头部高度，散货落料高度，减小扬尘，通过大车运行或旋转，实现货场覆盖，这时设备就是一台轨道式旋转堆料机。当要取料机，将尾车分开，悬臂皮带机尾部导料槽后封板打开，首部料斗前封板关闭，悬臂皮带机正转悬臂皮带机反转，斗轮旋转取料至悬臂皮带机， 经中心料筒至货场皮带机系统，实现物料转场或至码头装船，设备大车在轨道上往返运行、旋转，实现货场覆盖，分层取料。当物料要通过斗轮机时，也需将尾车脱开，改变尾机皮带机姿态，让物料通过尾车后，又回到货场皮带机系统上。

图1 悬臂式斗轮机结构布置图

2 常规尾车结构的优缺点

斗轮机实现不同功能均需要与尾车配合， 斗轮机选型时会根据需要，选择不同结构形式的尾车。尾车形式多种多样，最简单分类方式就是按数量分为单尾车、双尾车和三尾车三种。单尾车有固定式和升降式。双尾车双可细分为伸缩式和升降式； 三尾车双可细分为双向堆料直通式和双向堆料折返取料式。各种结构形式有其各自优点，但其缺点同样明显。单尾车式结构简单，故障少、造价低。但其能完成作业也较单一； 双尾车在完成功能上与单尾车相同，但相对如固定单尾车能耗高，粉尘大，物料对输送带和机架冲击力等一些缺点进行了必要优化， 但也产生了新的瑕疵，就是尾车长度增加，一级尾车需有独立驱动系统等；三尾车系统能完成堆取料货物分流作业，功能强大。 但其结构也最复杂，造价高、操作难度大。

3 技术论证

根据枝城港区布置和作业特点， 枝城货场作业工艺为二航设计院设计， 经过多年使用， 非常适合枝城港需要。斗轮堆取料机也只需具备堆取料和货物通过能力，并没有物料分流需求，因而根本不需要考虑三尾车结构。枝城港区堆场紧靠码头，为实现机械自动化业，设备多垂直长江布置， 港区被分割成多个条形堆场， 受港区纵深影响，堆场长度有限。为提高堆场利用率，尾车不能太长，因此双尾车结构形式也暂未列入考虑。在单尾车中，固式单尾车因存在二次落料，扬尘大、在物料直通时，无效功耗大，皮带机架易变形而被排除。半趴式单尾车是将皮带机主梁分为前后两部分，尾部为固定部分，前半部分为活动部分，前半部分主梁的俯仰铰轴安装在尾车中部，这样活动主梁长度相对较短，但由于几何尺寸的限制，在前部主梁下俯时，皮带机折曲的角度较大。 在皮带机设计中，一般要求在皮带机长度方向上皮带凸段部分应具有足够大的曲率半径。而在这种尾车上做不到，因而此处的运输带容易因横向凸出打折而损坏。 因此我们选择对传统全趴液压升降式单尾车进行优化见图2。

图2 整体趴折式尾车

传统全趴液压升降式单发尾车在皮带机主梁的后部靠近尾车平台后部走行轮处设有两个铰轴， 尾车皮带机主梁可绕后部铰轴转动。 尾车皮带机与地面皮带机是一个整体，尾车上的皮带就是地面皮带机的皮带，地面皮带机皮带上尾车皮带机后再经过改向滚筒返回到地面皮带机。当物料从地面皮带机上升到尾车上的皮带机部分后，物料将经过前部的漏斗流到主机的悬臂皮带机上， 实际堆料作业，或又回到地面皮带机上，实现物料通过，尾车皮带机没有独立的驱动机构。 同时尾车运行靠主机牵引也没有独立运行机构。 这种尾车的优点是： 一是结构简单；二是在堆取料机取料时可以将尾车落到下位，使主机的回转机构可以较大的角度范围内左右回转， 以便在设备后退到轨道极端位置时能取到回转角度大于90°位置的物料，尽可能的减少堆场后部的剩料；三是在某些作业系统中要求设备在取料时， 地面皮带机将物料向与堆料时的相反方向输送物料，既常说的折反式尾车。这种尾车连接主机和尾车之间采用-对容易摘挂的车钩或电动推杆。变换皮带机运输机运行方向前需先摘钩，然后开动主机运行机构前行或开动电动推杆驱动尾车改变和主机间的位置。第三步是变换尾车主梁的位置，再挂上与主机挂钩。 无论是向上变换还是向下变换主梁皮带机位置都有这样一个过程。 在取料时由于尾车的主梁前部已经位于主机的下部， 主机取料时落下的物料刚好落到尾车主梁前部的缓冲托辊区间的皮带上，物料从尾车的前部，经过尾车中部和后部，最后返回地面皮带上。此时地面皮带的运行方向与堆料时相反。 当然这种尾车在没有物料折返要求的作业工艺中同样适用。

4 常见问题的处理

整体趴折式单尾车也存在一定的不足， 一是由于皮带机主梁过长，导致主梁的刚性不十分理想，容易在运行时左右摆动，造成钢结构疲劳损坏和输送带跑偏。二是在采用两个油缸工作要求左右两侧油缸同步很难达到，当不同步产生的扭矩超过尾车钢架抗扭刚度时， 尾车臂架便发生变形。 三是在皮带机主梁下降时， 油缸缩进不平稳，造成皮带机主梁抖动，易造成尾车系统损坏等问题。

门架结构和液压系统我们参考了叉车门架系统。 在尾车皮带机主梁两侧各设置一套顶升系统，门架为两级，由内、外门架、顶升油缸、升降滑车、承重轴、滑链条和链轮组成。外门架固定在尾车平台前部，为减小门架受到的弯矩，门架向尾车后部倾斜7°，外侧和后方与尾车平台用杆件支承。 内门架带有滚轮，嵌在外门架中，内门架上升时可以部分地伸出外门架。升降滑车前方有钩槽，左右两侧带有滚轮，滚轮嵌在内门架中，可以上下运动。 顶升油缸的底部固定在外门架下部，油缸的活塞杆沿内门架上的导程杆上下移动。活塞杆的顶部装有链轮，起升链条一端固定在外门架上，另一端绕过链轮与升降滑车相连。当活塞杆顶部带着链轮和内门架起升时， 链条将升降滑车一起提升起来。 升降滑车的起升高度是油缸活塞杆伸出长度的2 倍。尾车皮带机主梁前部支承在承重轴上，承重轴两端放置在尾车皮带机主梁两侧门架的升降滑车的钩槽中，随升降滑车一同升降。承重轴与皮带机主梁接触处各安装有一套带轮缘的滚轮， 以适应在尾车皮带机主梁升降过程中，主梁中间长度的变化。

尾机带机作业存在油缸不同步和下降缩进不平稳问题：其一双油缸想实现完全同步难度是很大的， 节流阀开关同步及开启大小、油缸受力、管路长短、油缸磨损内泄等等都会产生油缸不同步。 油缸不同又会造成尾架皮带机主梁扭曲，油缸受力不均，使不同步更加明显，最后直至钢结构扭曲变形损坏。 考虑到尾车皮带机作业就两种姿态，高位作业姿态和低位作业姿态，高位就是堆料作业时姿态，取料和物料通过都是使用低位姿态。这样我们就可以在尾架皮带机堆料作业时，在顶升门架位置安装插销。首先要控制顶升油缸升降速度，带速度不能太快，当出现不同步时，操作人员有时间进行修正。其次在尾车架上安装顶升油缸就地操作系统， 生产任务下达需要进行堆料作业时， 操作人员先到尾架皮带机姿态调整就地操作台调整尾车姿态，开启顶升油缸，监视油缸同步，发现不同步时，可暂停快的一侧油缸，同步后同时开启。 到达高位作业点后，后插上插销，下放皮带机主梁，让门架收回插销受力。作业过程中由插销代替油缸受力，这样油缸仅在皮带机主梁升降过程受力，作业时完全不受力，大大提高了尾车系统的可靠性和液压系统的寿命。

其二尾架皮带机主梁下降过程中油缸抖动。 尾架皮带机主梁长，支承点少，头部悬臂长，抖动易造成主梁弯曲变形。 油缸抖动是由于油缸受受臂架自重及液压缸上腔负压力双重作用，当油缸下腔单向阀开启后，回油量大增，同时上腔进油量也加大，造成系统油压骤降，继而单向阀因油压太低自动关闭，封死油路，使用皮带机主梁下降动作急速停止，因皮带机重力和惯性作用，系统油压迅速恢复，皮带机主梁继续下降，如此现象反复出现，造成抖动。经分析，影响油压迅速变化的原因是下降速度太快和油缸上油腔进油，要克服这种现象，就要控制下降速度和采用单作用油缸，即上升时下油腔进油举升，下降时靠皮带机主梁重量将油缸下腔中油压回油箱， 这样就不会出现油压瞬降形成抖动。

5 结束语

斗轮机选用整体趴折式单尾车主要是结合枝城港的现状进行仔细分析决定的，枝城港16 码头作业线斗轮机作业形式较为单一，且受地形限制，每条斗轮机作业线轨道长度有限，不利选择较长的尾车。 设备制造完成后，经过一段时间的使用，总体运行良好，但依然存在一些需要继续改进的地方：一是由于地面运输带较长，运输带张力大，尾车头部改向滚筒受力较大，轴承易损坏；二是尾车尾部与地面皮带机过渡部分悬空较长， 易出现运输带跑偏和物料撒漏；三是悬臂皮带机选用了液压张紧装置，皮带机张紧装置都了输送带调偏功能， 通常输送带向一侧跑偏，就应增加该侧张力，让输送带逐步回到正常位置。但液压张紧装置为现实两侧张紧同步， 采用了同一控制阀控制，以实现两侧张紧力相等。在实际制造和使用中很难保证左右两受力完全一致。 这就造成受力大的一侧液压行程反而减少。输送带向一侧跑偏时，输送带张力对该侧液压缸压力变大，液压缸回缩，输送带跑偏更加严重，造成输送带损坏和严重撒料，使设备输送效率下降。这些在我们以后的设备制造和选型中均应认真考虑， 并采取妥善办法加以解决。