門式斗輪堆取料機起升機構變速運行改造

王喜龍

（通化鋼鐵股份公司煉鐵事業(yè)部，吉林 通化 134003）

門式斗輪堆取料機又被稱為門式斗輪機，其是基于我國散料裝卸需要而研發(fā)的一種連續(xù)性散料裝卸設備。與傳統(tǒng)的壁式、橋式及圓形料場堆料機相比，門式斗輪堆取料機的操作過程較為方便，而且具有較高的回取率，加之堆料平整、管理方便、自動化控制特點突出，其能有效地提升散料的裝卸效率和質量，對于我國現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展具有重大影響[1]。然而受諸多因素影響，門式斗輪堆取料機在散料裝卸過程中，容易發(fā)生起升機構變速運行失控的狀況，即在門式斗輪堆取料機液壓驅動過程中，活動梁起升機構無法實現(xiàn)變速運行，這使得散料裝卸效率大大降低。新時期，進行起升機構變速運行改造已經成為提升門式斗輪堆取料機運作性能的關鍵所在。

1 門式斗輪堆取料機工作原理

作為現(xiàn)代散料裝卸中應用較為廣泛的機械設備，門式斗輪堆取料機在現(xiàn)代工業(yè)中的應用逐漸普遍。從應用過程來看，裝料與取料是其運作的兩個重要環(huán)節(jié)。就堆料而言，其能在地面系統(tǒng)膠帶機經尾車的支撐下，將散料輸送到活動梁頭部的堆料落煤斗，并傳輸?shù)蕉讶×夏z帶機，然后通過活動梁中間的落煤斗，將散料收集到下部移動的膠帶機。該環(huán)節(jié)中，移動膠帶機堆料方向涉及正轉和反轉兩種狀況，其中，前者會將物料堆放在柔性支腿的側料場，而在反轉過程中，物料會被盛放在剛性支腿的側料場。需注意的是，在移動膠帶機堆料方向正轉過程中，膠帶機會完全退出中部料斗，此時，物料保持著直接進入料斗的狀態(tài)，這能有效地填平料堆中間的凹陷。

取料過程中，物料挖取通過滾輪機構完成。該結構套裝在活動梁之上，完成物料挖取后，所有物料會通過斗輪溜料斗進行轉移，并進入堆取料膠帶機或取料膠帶機，最終在尾車料斗的支撐下，物料會被放置在尾車膠帶機上取出，滿足具體取料要求[2]。

2 門式斗輪堆取料機起升機構的工況要求

2.1 分層、定點取料工況要求

分層堆料和定點堆料是門式斗輪堆取料機堆料控制的兩種基本形式，而在取料過程中，具體工況不僅有分層取料，而且有頂部垂直取料[3]。這種多樣化的堆取料方式對設備的工況控制提出了較高要求，操作人員需要結合料場的實際情況，嚴格選取堆取料作業(yè)方式。實際作業(yè)中，不論哪種取料方式，都需要活動梁起升機構參與運作，而且從取料過程來看，起升機構工況不同時，其具體的工作時間和速度也存在差異。

2.2 垂直取料工況要求

就頂部垂直取料作業(yè)方式而言，活動梁取料的區(qū)域與堆料高度保持一致，這要求起升結構在運作中，應注重活動梁起升速度的嚴格控制，即進行起升機構起升速度的嚴格控制，實現(xiàn)進給深度與取料要求的吻合[4]。而在其他堆取料操作時，活動梁起升變化的高度值各不相同，這樣就能實現(xiàn)取料斗輪挖掘深度和堆料、落料高度的有效調節(jié)，確保堆取料工作的安全、高效。從作業(yè)工況來看，此時活動梁起升變化動作歸屬于設備的輔助工作，確保在規(guī)定時間內產生額定生產率，即在不影響設備運作安全性的情況下，應盡可能縮短設備的工作時間，提升整體工作效率。實踐過程中，只有不斷地提升門式斗輪堆取料機起升機構自由變速的運行效率，才能滿足實際工況應用需要，進而實現(xiàn)散料的快速裝卸。

3 起升機構無法正常變速運行的內在原因

3.1 起升機構能量供給方式

門式斗輪起升機構常采用液壓驅動系統(tǒng)，在系統(tǒng)運行過程中，活動梁的起升控制通過兩個定量柱塞泵和兩柱塞液壓缸完成[5]。該環(huán)節(jié)中，柱塞液壓泵的運作通過定量柱塞泵帶動，并且為滿足實際控制需要，柱塞泵技術規(guī)格參數(shù)和安裝方式需確保所有參數(shù)一致。此外，裝卸料過程中，系統(tǒng)所需要的流量較大，故而在柱塞液壓缸運作中，采用雙泵供油的能量供給方式。

3.2 兩柱塞缸工作運行問題

兩柱塞缸工作行程較長，缸徑較大，實際運行中，一旦采用單泵給系統(tǒng)供油，系統(tǒng)本身就會隨著供油啟停受到影響，并產生較大的脈動。具體而言，起升結構運作中，工況不同，其啟停的頻率也就不同，單泵大流量供油會使得設備運作過程中產生較大的抖動幅度，影響設備的平穩(wěn)性。同時，隨著系統(tǒng)溫度的上升，能源浪費現(xiàn)象較為明顯。而在雙定量柱塞泵供油中，一旦設備處于低速工況運行狀態(tài)，就可采用單泵啟動進行系統(tǒng)供油；而當設備處于高速工況時，則在雙定量柱塞泵供油下，設備的起升機構得以高效運行，這滿足了門式斗輪堆取料機的貨物裝卸需要。

3.3 門式斗輪起升機構問題

現(xiàn)階段，門式斗輪起升機構的柱塞泵常采用同一油路，這對系統(tǒng)本身的運行造成較大困擾。實際起升作業(yè)中，一旦某個柱塞泵啟動作業(yè)，系統(tǒng)中的壓力油含量就會較高。在這種狀況下，另一柱塞泵要開始運作，就必須克服并消除這一壓力，這使得系統(tǒng)啟動過程中具有較大的過載壓力。然而在現(xiàn)實作業(yè)中，柱塞泵的運作受到自身結構的影響，其在運行過程中不允許帶有荷載啟動，即工況變化時，另一柱塞泵的啟動需要將單前運行的柱塞泵關閉，然后實現(xiàn)雙泵的同時啟動和變速。這在一定程度上使得設備的作業(yè)控制較為繁瑣，影響了設備的運作效率，并對當前工業(yè)生產中的裝卸料控制形成阻礙。

4 門式斗輪堆取料機起升機構變速運行改造策略

現(xiàn)階段，門式斗輪堆取料機在工業(yè)生產中的應用逐漸普遍，起升機構變速運行直接影響了設備本身的運行效率和質量，在實際應用中，要進一步提升門式斗輪堆取料機的運作性能，就應結合設備的運作能力對起升機構變速運行的系統(tǒng)進行改造。

4.1 小型設備液壓系統(tǒng)改造

小型門式斗輪堆取料機的跨距小于50m，堆取料能力低于1000t/h。從裝卸料過程來看，這類設備的載荷較小，液壓缸形成較短，在其起升結構運作中，為滿足設備的供油量控制需要，常采用定量柱塞泵完成供油操作。在其結構改造過程中，主要改造單元包括兩個方面：（1）組件柱塞泵無載啟動支路。其改造方案為以柱塞泵主供油路為基礎，在其供油周圍增加電磁溢流閥，使得不同工況狀態(tài)下，設備的啟動荷載不斷降低。（2）在現(xiàn)有門式斗輪機起升結構控制中，去除構件中的溢流閥，同時在系統(tǒng)中增加電磁溢流閥，確保電磁溢流閥的位置處于單向閥與液壓泵之間。該模式下，斗輪堆取料機的工作流程為當起升結構處于低速工況時，系統(tǒng)只會啟動柱塞泵進行系統(tǒng)供油，此時工況起升速度與系統(tǒng)供油量吻合。而當工況發(fā)生改變，系統(tǒng)中的另一個柱塞泵會啟動參與運作，此時電磁儀溢流閥會保持在失電狀態(tài)。溢流閥導閥口會連接在二位四通電磁換向閥的右側，同時電磁溢流閥會與油箱相互連接，改狀態(tài)下，溢流閥主閥的閥芯受到屏蔽。當兩個柱塞泵完全啟動后，油液無需克服溢流阻力，即可在電磁溢流閥的作用下返回到油箱當中。柱塞泵啟動且平穩(wěn)運行一定時間后，電磁溢流閥的電磁鐵會受到通電影響，并使得溢流閥竹筏產生作用，進而形成一定的壓力，實現(xiàn)系統(tǒng)的供油控制。從應用效果來看，新增電磁溢流閥雖然沒有消除門式斗輪機起升機構液壓系統(tǒng)的荷載，但能使得油壓荷載對系統(tǒng)的影響降至最低，從本質上而言，這是一種帶載啟動的控制模式，能有效滿足小型設備液壓系統(tǒng)的應用需要，實現(xiàn)散料的高效裝卸。

4.2 大型設備液壓系統(tǒng)改造

大型門式斗輪堆取料機的應用范圍更加廣泛，該堆取料機的跨距不低于50m，同時堆取料能力超過了1000t/h。與小型門式斗輪堆取料機相比，此類設備不僅具有機構載荷大的特征，而且液壓泵的行程較長。在實際應用中，若為系統(tǒng)安置定量柱塞泵，則在啟動過程中，系統(tǒng)本身具有較大的沖擊荷載。隨著當前變量泵控制技術的成熟，該沖擊荷載在一定程度上得到了有效控制。實際改造中，可對原有的定量柱塞泵進行優(yōu)化，即去除定量柱塞泵，改用負載自適應定量柱塞泵，同時省卻原有系統(tǒng)中的定壓溢流閥，改用系統(tǒng)控制安全閥，這樣不僅能滿足系統(tǒng)運行中的流量控制需要，而且能實現(xiàn)系統(tǒng)本身的有效保護。

自適應定量柱塞泵在泵壓力輸出控制方面具有突出優(yōu)勢。具體而言，在門式斗輪堆取料機液壓系統(tǒng)運作中，一旦系統(tǒng)的壓力未達到設定壓力，則柱塞泵的輸出壓力始終高于外負載壓力，具體負載壓力高出值為1.5MPa左右，同時，輸出流量與外負載需求流量保持一致。在出口壓力控制過程中，一旦泵的輸出量處于壓力調整范圍之內，則控制人員可以根據(jù)實際的需要，自由地調節(jié)泵的出口壓力，當完成泵出口壓力調節(jié)后，則在泵體本身內部，就會形成高度適應的液壓自循環(huán)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)流量由小到大啟動。從應用過程來看，優(yōu)化后的門式斗輪堆取料機液壓系統(tǒng)可以自主的完成啟動控制，同時啟動過程互不干擾，有效地保證了系統(tǒng)的運行效率。

4.3 液壓系統(tǒng)改造

不論是小型還是大型門式斗輪堆取料機起升機，在改造過程中都應注重液壓系統(tǒng)的節(jié)能化設計。在當前門式斗輪堆取料機起升機運作過程中，液壓系統(tǒng)的能耗問題較為嚴重，這不僅增加了系統(tǒng)運行的成本，更與我國節(jié)能化發(fā)展要求相互背離?；诖?，在實際改造中，不僅要注重液壓系統(tǒng)正常變速運行的硬件優(yōu)化，更要在硬件設置及系統(tǒng)運作中，注重系統(tǒng)本身的能量消耗。現(xiàn)階段，在門式斗輪堆取料機起升機液壓系統(tǒng)正常變速運行改造中，改造單元內的節(jié)能設計優(yōu)化主要涵蓋了動力單元、控制單元、回路單元以及液壓附件等內容。

5 結束語

門式斗輪堆取料機起升機在散料裝卸中的應用日益廣泛，其能在起升機構變速運行控制的基礎上，實現(xiàn)散料貨物的快速裝卸，滿足工業(yè)生產需要。實踐過程中，只有充分掌握門式斗輪堆取料機起升機的運作原理和優(yōu)勢，并在了解其起升機構工況運作要求的基礎上，分析當前影響門式斗輪堆取料機起升機構變速運行效率的原因，然后針對性地進行結構改造和優(yōu)化，才能提升門式斗輪堆取料機起升機的運作效率，進而在保證貨物裝卸需要的同時，推動現(xiàn)代工業(yè)的有序發(fā)展。