頂堆側取式堆取料機的結構分析

【摘要】本文主要介紹了頂堆側取式堆取料機的主要結構形式，并詳細分析了各結構的特點，為設備的選型和應用提供了有力的實際和理論依據。

【關鍵詞】頂堆側取式堆取料機；俯仰式；門架式

頂堆側取式堆取料機由于其生產率高、倉儲量大、環(huán)保性好等特點，越來越受到世界各國的重視，隨著現代工業(yè)技術的發(fā)展，對其在大型化發(fā)展和安全可靠性方面的要求不斷提高，因此對頂堆側取式堆取料機的各種結構特點進行分析，可更有效的選擇合理的結構，以達到最優(yōu)的應用效果，對增強產品的竟爭力具有很大的實際價值。

1、堆取料機的主要結構形式

頂堆側取堆取料機根據取料機的形式區(qū)分有兩種：配重式（懸臂式）和門架式。根據堆料機的結構區(qū)分也有兩種：（水平）不俯仰和液壓俯仰式；根據棧橋膠帶機的入場方式也有兩種：高位上料和低位上料。低位上料以取料機門架式，堆料機液壓俯仰式結合為主，該結構要求堆料機由取料機頂部越過，堆料機調車工況需要抬高堆料臂以保證不發(fā)生碰撞。高位上料，堆料機以水平不俯仰為主，該結構因空間因素，布置俯仰堆料機意義不大。但也有堆料機不俯仰的低位上料設備，這時需要堆料機可以由棧橋下方通過，而取料機不能通過。

1.1門架式結構的來源

對于國內用戶使用情況配重式結構產生時間早于門架式，但目前國內該類型設備以門架式為主，這種現象的存在，存在多重原因。配重式于1997年后石電廠開始進入中國市場，該產品由SCHADE公司設計，我公司生產結構件，而門架式是在2000年后，奧鋼聯公司為與SCHADE公司競爭提出的一種新型結構，且提出了門架式結構優(yōu)于配重式結構的概念：安全性，取料臂斷繩時不會對基礎造成過大沖擊，配重式存在斷繩后的嚴重的傾翻力矩問題，能夠達到2萬噸米。而門架式則不存在該問題。經濟性，配重式成本高，如三套取料機回轉驅動的價格等。

1.2我們對這幾種結構的應用理念

設備成本：配重式三臺回轉驅動，因速比大，達到4000以上，輸出扭矩大，達到10萬Nm以上，因而價格較高，正常能夠達到100萬元以上。而門架式采用的行走驅動，按照三合一減速電機或分體式減速器、電機，兩套下來，也不過20～30萬。門架式鋼結構成本要比配重成本高，特別是后期配重式廣泛應用混凝土配重，混凝土成本與鋼結構相比，明顯要低很多。土建成本：門架式對周邊軌道及擋煤墻、穹頂網架的要求都要比配重式高。如網架直徑、土建面積等，包括受環(huán)境影響，軌道的維護等。門架式主要優(yōu)點：配套俯仰堆料臂時可明顯降低頂部高度，而配重式結構高度降低則非常不明顯。特別是低位上料的圓形料場，門架式有其獨特的優(yōu)點：低位上料可以有效降低中心柱處高度，同時通過調整棧橋支撐點降低棧橋的制造成本，轉載站可以不用太高，從而降低外部成本，包括占地面積都可以降低。但對于高位上料的棧橋而言，兩者區(qū)別不是很明顯。特別是針對一些土層深、高寒地區(qū)設備，配重式也有其獨特的優(yōu)勢。當料倉直徑超過120m以后，門架式因不需要考慮配重平衡問題，直徑可以繼續(xù)做大，目前已知的圓形料場的最大直徑為137m。而配重式的安全問題則突出顯現。同時對于堆料臂架而言，臂長達到一定程度后也不能繼續(xù)采用液壓變幅結構而只能采用水平不俯仰結構形式。

2、俯仰式堆料機

堆料臂采用雙工字形板梁結構，前部采用變截面形式以減輕重量，后部采用配重箱和配重進行平衡；目前頂堆側取堆取料機的所有懸臂油缸都是始終處于受壓狀態(tài)，除了斗輪堆取料機外不采用拉壓結合缸，完全沒有受拉缸。油缸在下俯狀態(tài)時壓力最大，上仰狀態(tài)下壓力最小。堆料臂在計算過程中首先是撓度變形超出允許范圍時造成設計調整，而應力因素則位于次要因素，如要求的變形量為1/300，許用應力為100MPa。

俯仰式堆料機懸臂結構上與圓形橋式刮板堆取料機的堆料機結構相似，采用雙工字形板梁結構，液壓俯仰機構，回轉驅動機構、各種轉臺等，與之不同的是由于周邊存在擋墻的因素，堆料半徑較大，因而堆料臂與常規(guī)產品相比，臂長較長，如Φ80m臂長29.2m，Φ90m臂長30.5m，Φ100m臂長35m。相對圓形橋式刮板取料機中堆料臂，Φ80m臂長22.4m，Φ90m臂長24m，Φ110m臂長27.6m。

3、不俯仰式堆料臂

不俯仰式堆料臂的結構是桁架結構，弦桿采用方管，幅桿采用矩形管、H型鋼制作。水平堆料臂尾部配重采用的是與轉臺相連的整體固定配重，配重箱與上下轉臺相連，堆料臂在另一側與上下臺鉸接。拉桿采用雙板或槽鋼對稱布置。方管結構在斷面布置上采用等腰直角三角形結構。由于該結構更易于制作，便被我們所接受。

4、取料臂

側式刮板取料機取料臂有三種結構形式：板梁式、桁架式、鋼管式。1.板梁式取料臂，這種結構上下緣板位于鏈條外側，內部增加導槽。2.桁架式取料臂，刮板和鏈條在桁架上下的導槽內運行，該結構由于臂架可以采用折線形從而降低鏈輪齒數，但該結構和圓管式同樣需要大直徑的鏈輪。3.鋼管式取料臂，由于其重量輕、便于制造的特點，目前長形料場側式刮板取料機刮板臂都在向薄壁圓管方向改進。薄壁圓管式取料臂的另一個好處是制作容易，鋼管采購專業(yè)廠家產品，原有的演裝基本可以取消。圓管結構制作周期明顯縮短。

5、門架

門架作為取料機主要承載構件，外形越過料堆。上部布置U形梁并安裝定滑輪組。外端接行走端梁，內端接中心柱。目前的圓形料場門架采用雙梁結構，分成兩片，中間無平連結構。門架要跨過料堆，這樣門架從外形上有最高處的水平段、中心柱處的水平段和最高點兩側的傾斜段幾部分構成。門架在計算過程中，水平段和傾斜段的過渡位置始終應力較大，經采用厚鋼板過度，短邊側采用圓鋼過渡抵消應力集中，該結構在有限元計算過程中發(fā)現應力集中現象降低很明顯，而該結構制作很容易，兩端箱梁同時與一塊厚鋼板焊接工藝上沒有問題，增加圓鋼只是局部處理問題，也很簡便。本文從現場實際應用和理論設計兩方面詳細分析了頂堆側取式堆取料機的各種結構，對設備的選型和應用有著很強的實用價值。

參考文獻

[1]《機械設計手冊》機械工業(yè)出版社

[2]鄒漢，劉理，王艷.圓形預均化堆場堆取料機的設計.成都建筑材料工業(yè)設計研究院有限公司

作者簡介

姓名：王丹；性別：女；籍貫：遼寧省沈陽市；出生年月1981.06.29，單位：北方重工裝卸設備分公司，職稱：工程師，研究方向：機械設計.