堆取料機堆料工作時防溜車研究

王玉恒

（首鋼京唐鋼鐵聯(lián)合有限責任公司，河北 唐山 063000）

1 堆取料機使用現(xiàn)狀

鋼鐵廠內使用的堆取料機（俗稱大機）根據(jù)其堆、取功能可以細分成堆料機、取料機和堆取料機，其中堆料機和堆取料機都能承擔堆料的功能。普遍來說，堆料時的能力要大于取料時的能力。例如，某沿海鋼廠，物料直接從港口由抓船機從貨船上抓出，再由碼頭的皮帶直送鋼鐵廠的原料場，鋼鐵廠的堆取料機（及堆料機）堆料能力為7500t/h，取料能力則為2000t/h。

堆取料機（及堆料機）在堆料時，物料在地面皮帶上由堆取料機（及堆料機）尾車上到中心溜槽再由懸臂皮帶堆積到料堆上。在此過程中，地面皮帶機的運轉帶動及物料在尾車上的壓迫，都給了堆取料機（及堆料機）一個向前的推動力，如果制動力不足，就會造成溜車故障。

2 案例簡介

2020年6月13日4：13某鋼鐵廠礦料場內一臺堆料機在卸船堆料過程中，發(fā)生溜車故障。維護人員檢查4、5、6、7、8號走行制動器抱閘片損壞（見圖1）。事后分析時，有人提出制動器抱閘片調整間隙有問題或者線圈阻值發(fā)生變化導致磁力變小，這兩種原因最終導致制動力不足。

圖1 過磨損的抱閘片

經(jīng)過翻查維護記錄，該堆料機抱閘片于2019年12月19日進行更換；2020年2月16日、4月7日進行過間隙調整，間隙標準0.35mm，使用塞尺測量，經(jīng)檢查各項記錄；此故障之前一個月以內沒有司機反饋過設備有制動失靈的情況。綜上就可以排除掉制動器維護問題，必須研究堆料機工作過程中的受力情況找到問題原因才能對癥下藥。查看上游皮帶機皮帶秤料量記錄，溜車時瞬間料量已超過7500t/h的額定能力，達到了8329t/h（碼頭抓船機及皮帶能力最高可達9000t/h）。翻查歷年故障及詢問司機，在超料量堆積的情況下，堆取料機未發(fā)生過類似問題，但該堆料機則發(fā)生過不止一次。

3 受力分析

上文中的堆料機為大連重工起重集團生產(chǎn)，型號為DBK7500.45型，堆取料機為同廠生產(chǎn)的DQLK2000/7500.55型。但相對于堆取料機（979t），堆料機本身自重?。?61.7t），制動器也少近一半（堆取料機24個，堆料機14個）。

因礦料場內使用的堆取料機及堆料機對應的地面皮帶長度、型號、驅動等基本條件相同，在同等料量的情況下，地面皮帶對于兩種機型的推動力近似可以看成是相等的。

從維護經(jīng)驗及直觀感受上講，堆料機的抗推動能力小于堆取料機，尤其是松開抱閘走行時，即制動器產(chǎn)生的摩擦力不介入時，堆料機相對于軌道的最大靜摩擦力（外力超過最大靜摩擦力時物體才會產(chǎn)生加速度）小于皮帶的推動力時，就會出現(xiàn)被皮帶推走的情況，且推動力比摩擦力超出越多，堆料機被推動的速度就越快。下面從受力分析的角度進行定性分析。

設皮帶的推動力為F，堆料機自重質量為m，堆取料機自重質量為M，堆料機最大靜摩擦力f1=μmg，堆取料機最大摩擦力f2=μMg，μ代表車輪與鋼軌的摩擦系數(shù)，g代表重力加速度，μ，g為常數(shù)。

堆料機溜車加速度

堆取料機溜車加速度

假設F與μ確定，M大于m，綜合式（1）和（2），定性比較來看，a1要大于a2。

假設料量產(chǎn)生的推動力使得堆取料機處于與臨界平衡狀態(tài)，a2=0，車輪與鋼軌摩擦系數(shù)套用鐵路上計算使用的黏著系數(shù)取0.3，代入兩種機型的自重（忽略堆料時機上物料重量）計算可得，a1=2.2m/s2。此計算可以證明，在打開抱閘的情況下堆料機比堆取料機的抗推動能力是差很多的。

4 驗證分析

詢問當天司機作業(yè)過程，堆料給定位置為料條280～400m處，采用鱗狀堆積方式進行堆料。鱗狀堆積不同于定點堆積方式，雖然它能使物料堆積的粒度更均勻，但需要在堆料點附近頻繁前后移動，因此會頻繁開閉制動器。

料場內有一處監(jiān)控攝像頭，查看監(jiān)控視頻錄像，可以看出視頻錄像顯示時間4:12:40開始，堆料機向東出現(xiàn)明顯走行跡象（司機說當時要向東走行堆料，皮帶運行方向也是自西向東），4:12:45開始車輪及其走行電機處出現(xiàn)明顯冒煙跡象，堆料機開始制動，4:12:58懸臂皮帶卸料停止，4:13:03堆料機停止走行。

結合司機事后描述，推斷整個過程為堆料要進行鱗狀堆積，司機準備動車向東走，抱閘打開瞬間，堆料機失去制動力，僅有自重產(chǎn)生的靜摩擦力，正好趕上碼頭放過來的超額大料量，瞬間將堆料機向東推走。堆料機正常走行最高速度0.5m/s，皮帶堆料速度4m/s，推測堆料機當時被皮帶帶動，至少有2～3m/s的速度，司機見車被推走，先是將走行停止，推桿回零位自動抱緊抱閘，但此時走行速度已超過設計速度，抱閘抱緊后超速制動仍有向前的慣性，并且視頻可以看出車輪位置已經(jīng)冒出白煙，與抱閘片超量磨損相吻合。司機拍了急停，堆料機整體斷電，最終按視頻上大機對料堆的相對位置變化推斷大機被推走約40m。

5 防溜車措施

為了防止堆取料機溜車，除了常規(guī)的進行制動器的維護保養(yǎng)，還需要考慮堆取料機因原始設計不足及生產(chǎn)工況條件變化帶來的不利因素影響。

現(xiàn)在使用的堆取料機基本上都沒有速度反饋控制，只能由變頻器給定輸出，一旦出現(xiàn)上文案例中的溜車情況只能靠司機進行判斷及時停機，若溜車嚴重的情況下司機來不及停車，就可能會出現(xiàn)懸臂撞料堆等惡性事件。因此制造廠在設計制造時應對這種情況進行考慮，引入速度反饋進行閉環(huán)控制。而對于現(xiàn)有設備，主要考慮偶爾出現(xiàn)的超料量如何進行防范。

對于超料量，可以結合皮帶秤信號與整個料場的作業(yè)控制系統(tǒng)，做出超料量報警，在上游皮帶有超過額定值的大料量出現(xiàn)時，向中控室操作員和堆料機司機發(fā)出信號，如圖2，提醒注意提前防范。因報警信號到達會比大料量到達堆取料機提前幾十秒（由皮帶秤和堆取料機之間距離決定），防范措施可以有臨時停止作業(yè)，臨時改鱗狀堆積為定點堆積等。

圖2 中控室操作電腦報警