散料碼頭物料輸送全流程控制技術(shù)

秦皇島港股份有限公司第七港務(wù)分公司

1 引言

散料碼頭物料輸送量大、周轉(zhuǎn)率高、物料種類繁雜、作業(yè)工況復(fù)雜，要求物料輸送全流程各環(huán)節(jié)在多種復(fù)雜作業(yè)工況下，最大限度減少物料灑漏損失以及物料灑漏對(duì)設(shè)備和裝卸生產(chǎn)的不利影響，實(shí)現(xiàn)高效率、高可靠性綠色生產(chǎn)已然成為當(dāng)今港口行業(yè)的發(fā)展趨勢(shì)[1]。但在現(xiàn)有條件下，物料給料、轉(zhuǎn)接、傳輸環(huán)節(jié)的物料控制綜合治理方面仍存在諸多問(wèn)題和不足，嚴(yán)重影響了散料裝卸系統(tǒng)的實(shí)際運(yùn)行效率和運(yùn)行穩(wěn)定性。針對(duì)散料港口物料轉(zhuǎn)輸過(guò)程中存在的共性技術(shù)問(wèn)題，秦皇島港股份有限公司對(duì)物料輸送的全流程進(jìn)行系統(tǒng)的分析和綜合控制，為散料港口物料控制的根本性改善和輸送效率的提升提供一些參考。

2 物料源頭料頭控制技術(shù)

振動(dòng)給料系統(tǒng)是整個(gè)物料控制的源頭，其給料性能的好壞將直接影響物料的輸送性能[2]。傳統(tǒng)給料閘門結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)不合理、故障率高、工作可靠性差，其首末循環(huán)無(wú)法正常實(shí)現(xiàn)開啟、關(guān)閉功能，無(wú)法有效控制作業(yè)啟停階段空斗工況造成的沖擊料頭現(xiàn)象，易造成下部受料帶式輸送機(jī)沿線物料的大量灑漏，并引發(fā)一系列流程故障。

閘門及閘門裝置的基本組成見圖1、2，其主要由閘門體、縱向滾輪、導(dǎo)軌、驅(qū)動(dòng)軸、半軸套支撐、驅(qū)動(dòng)銷輪/銷齒組成。

1.導(dǎo)軌 2.閘門體 3.驅(qū)動(dòng)軸 4.半軸套支撐 5.銷輪、銷齒圖1 新型給料器閘門裝置結(jié)構(gòu)示意

1.滾輪 2.傳動(dòng)銷齒及連接板 3.閘門體 4.加強(qiáng)筋板圖2 新型給料閘門結(jié)構(gòu)示意

新型給料閘門將原有平板式閘門改為兩側(cè)帶滾輪的閘門結(jié)構(gòu)，與滑道間的滑動(dòng)摩擦優(yōu)化為滾輪滾動(dòng)摩擦，有效降低了傳動(dòng)力矩；驅(qū)動(dòng)齒輪、齒條傳動(dòng)機(jī)構(gòu)優(yōu)化為銷輪、銷齒傳動(dòng)，既有效增大嚙合深度，又能對(duì)閘門體起到可靠的橫向定位功能。在驅(qū)動(dòng)軸中部增加半軸套支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，解決了大跨度驅(qū)動(dòng)軸受載時(shí)彎曲變形過(guò)大的問(wèn)題，保證了傳動(dòng)平穩(wěn)性和可靠性，可有效防止跳齒現(xiàn)象的發(fā)生。

3 單機(jī)轉(zhuǎn)接點(diǎn)出料口物料自動(dòng)聚中技術(shù)

3.1 自動(dòng)聚料、導(dǎo)料功能的溜槽優(yōu)化設(shè)計(jì)

散體顆粒轉(zhuǎn)載過(guò)程中常出現(xiàn)因物料阻塞和落料不正導(dǎo)致的偏載跑偏現(xiàn)象，進(jìn)而造成環(huán)境污染等問(wèn)題。根據(jù)物料流動(dòng)特性，基于三維建模和離散元仿真技術(shù)設(shè)計(jì)了一種自動(dòng)聚料、導(dǎo)料功能的溜槽[3-4]，其結(jié)構(gòu)組成見圖3。其上部通過(guò)變角度過(guò)度圓柱狀溜槽體與上部落料斗連接固定，中部溜槽體設(shè)計(jì)成若干段分體溜槽體，連接部位采用圓柱狀法蘭結(jié)構(gòu)，以便于制造和安裝。在適當(dāng)位置安裝固定部件，以進(jìn)一步與主機(jī)或基礎(chǔ)連接固定，在中部溜槽體下端安裝小角度斜面導(dǎo)料溜槽，可對(duì)物料進(jìn)行導(dǎo)向、緩沖。在溜筒中物料工作區(qū)域設(shè)置圓弧狀耐磨襯板。

1.上部溜槽體 2.3.中間過(guò)渡溜槽體 4.導(dǎo)料溜槽 5.襯板圖3 自動(dòng)聚料、導(dǎo)料溜槽結(jié)構(gòu)示意

3.2 工作原理

為確保物料在溜槽內(nèi)的正常向下滑動(dòng)，溜槽體與上部垂直段成一傾角，溜槽的傾角應(yīng)大于所適用物料的磨擦角。為滿足可靠的聚料收料效果，上部物料的垂直投影應(yīng)位于聚料溜槽工作面上，同時(shí)溜槽體須有足夠長(zhǎng)的物料自動(dòng)聚中修正長(zhǎng)度，以滿足下部自動(dòng)收料過(guò)程所需的行程要求，確保不同方位的物料經(jīng)過(guò)圓柱狀溜筒在自身重力和一定的速度的作用下，能夠有足夠的距離保證其到達(dá)下部出料口時(shí)能夠自動(dòng)修正聚集在溜筒工作面中心區(qū)域。

此外，圓柱截面的溜槽相對(duì)于傳統(tǒng)矩形截面溜槽，夾安息角遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于90°，保證了物料的圓滑過(guò)渡。位于下部的小角度斜面導(dǎo)料溜槽，使物料拋料角度與下部受料輸送帶運(yùn)行軸線夾角變小，并對(duì)出口物料速度進(jìn)行調(diào)整，可有效改善運(yùn)行沖擊。

4 物料溢出自動(dòng)檢測(cè)控制技術(shù)

轉(zhuǎn)接溜槽位于上、下層皮帶之間，在實(shí)際接卸過(guò)程中，由于物料粘度大，物料經(jīng)常與傾斜側(cè)壁間粘接起拱而形成淤積堵塞情況，從而發(fā)生物料上淤外溢灑漏。傳統(tǒng)的溜槽堵塞檢測(cè)技術(shù)是利用γ射線原理，但γ射線具有放射性，并且容易受現(xiàn)場(chǎng)工作環(huán)境的影響，工作穩(wěn)定性差。因此，尋求一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、性能有效的溜槽物料堵塞檢測(cè)裝置，已成為迫切需要解決的問(wèn)題。

4.1 可調(diào)式轉(zhuǎn)接溜槽物料堵塞檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)組成

可調(diào)式皮帶機(jī)溜槽物料堵塞檢測(cè)裝置主要由擺動(dòng)開關(guān)門、擺動(dòng)階梯軸、接近式行程感應(yīng)開關(guān)及其支架等組成(見圖4)。

1.支座 2.階梯軸 3.連接過(guò)渡板 4.擺動(dòng)開關(guān)門 5.配重鐵 6.配重調(diào)節(jié)螺栓 7.接近式行程感應(yīng)開關(guān) 8.限位止擋圖4 新型物料堵塞檢測(cè)裝置結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 工作原理

物料堵塞檢測(cè)裝置在溜槽的安裝布置及工作原理見圖5。正常工作時(shí)，小門依靠自重處于閉合狀態(tài)，小門上反射鐵與接近開關(guān)距離超過(guò)有效接收距離，接收開關(guān)無(wú)信號(hào)反饋，顯示溜槽未發(fā)生堵斗。發(fā)生物料外溢堵斗時(shí)，上拱物料對(duì)帶拱形突起的反應(yīng)小門產(chǎn)生側(cè)壓力，物料克服配重鐵的自重推動(dòng)大開關(guān)板向外轉(zhuǎn)動(dòng)，導(dǎo)致小門向外偏轉(zhuǎn)，小門上反應(yīng)鐵與接近開關(guān)距離變小達(dá)到有效接收距離，接近開關(guān)產(chǎn)生信號(hào)反饋，顯示溜槽堵斗，從而通過(guò)行程檢測(cè)開關(guān)產(chǎn)生的電信號(hào)控制皮帶機(jī)停止運(yùn)行。

1.上部物料堵塞檢測(cè)開關(guān) 2.溜槽體 3.物料 4.下部物料堵塞檢測(cè)開關(guān) 5.高位溢出檢測(cè)開關(guān) 6.上層皮帶機(jī) 7.流程轉(zhuǎn)換擋板 8.下層皮帶機(jī)圖5 新型物料堵塞檢測(cè)開關(guān)位置示意圖

5 帶式輸送機(jī)承載工作面物料甩帶控制

新型可調(diào)式頭部清掃器結(jié)構(gòu)見圖6。清掃器支撐梁兩側(cè)采用整體帶座調(diào)心球軸承的回轉(zhuǎn)支撐結(jié)構(gòu)，軸承與支撐梁通過(guò)定位套實(shí)現(xiàn)可靠定位和連接。設(shè)計(jì)有配重杠桿式清掃壓力調(diào)整裝置，以及防清掃器內(nèi)翻和高度上下調(diào)整的頂絲定位調(diào)整裝置，可保證清掃器與頭部滾筒有效貼合，并實(shí)現(xiàn)自動(dòng)補(bǔ)償。清掃膠皮設(shè)計(jì)為整體耐磨聚氨酯材料壓制成型。清掃工作面為整體斜面，與皮帶表面為整體面接觸。

1.配重塊 2.調(diào)整桿 3.緩沖彈簧 4.聚氨酯刀頭 5.連接拉線 6.框架 7.導(dǎo)向輪 8.力臂桿 9.限位螺絲 10.頂絲限位擋板 11.帶座調(diào)心球軸承 12.配重梁 13.連接板 14.定位套圖6 新型可調(diào)式頭部清掃器結(jié)構(gòu)示意

6 結(jié)語(yǔ)

散料碼頭物料輸送全流程控制技術(shù)的應(yīng)用，成功地解決了干散料碼頭物料裝卸作業(yè)過(guò)程中各主要環(huán)節(jié)的物料料流控制、物料檢測(cè)控制以及物料甩帶控制等相關(guān)技術(shù)難題，取得了如下效果：

(1)提升了裝卸效率。在不增加設(shè)計(jì)能力的條件下，由于裝卸效率得到提升，系統(tǒng)實(shí)際臺(tái)時(shí)產(chǎn)量由3 440.7 t/h提升至3 750.95 t/h,處于現(xiàn)有同規(guī)模煤碼頭系統(tǒng)裝卸效率領(lǐng)先水平。

(2)物料灑漏清理量下降顯著。由于物料灑漏及沿線甩帶治理效果顯著，2016年煤炭清理量由55 000 t下降為9 200 t,公司現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境得到極大改善。2016年6月，煤四期及預(yù)留、擴(kuò)容工程經(jīng)中港協(xié)專家評(píng)審，獲評(píng)首批中國(guó)四星級(jí)綠色港口稱號(hào)。

(3)系統(tǒng)運(yùn)行能耗得到了顯著降低，2016年平均單耗由0.629 3 kWh/t下降為0.620 9 kWh/t。

該項(xiàng)目促進(jìn)了干散料碼頭物料控制綜合治理水平的提升，改善了散料裝卸碼頭的運(yùn)行穩(wěn)定性和安全性，具有廣泛的通用性和推廣使用價(jià)值。