礦石裝車(chē)樓鋁礬土貨種裝卸適應(yīng)性改造

張 宇

（秦皇島港股份有限公司雜貨港務(wù)分公司，河北 秦皇島 066000）

1 課題背景

304礦石碼頭在2020年初為了配合股份公司與大秦鐵路的戰(zhàn)略合作，承接了鋁礬土貨種的裝卸任務(wù)。但是實(shí)際恢復(fù)生產(chǎn)后，由于鋁礬土貨種同以往的鐵礦石貨種在物料屬性方面存在的較大差距，現(xiàn)有裝車(chē)設(shè)備不能充分適應(yīng)新貨種，生產(chǎn)效率一直不高；特別是生產(chǎn)最重要的裝車(chē)環(huán)節(jié)，一直存在著以下多種問(wèn)題。

（1）鋁礬土的裝載火車(chē)限定為高度3.5m的集裝斗車(chē)廂，但現(xiàn)有裝車(chē)溜槽的最大抬升高度僅為3m，存在0.5m的干涉，需要抬高裝車(chē)溜槽的作業(yè)高度。

（2）新增貨種為鋁礬土，由于該貨種粘性較大，現(xiàn)有的裝車(chē)溜筒由于開(kāi)口位置和傾斜角問(wèn)題，容易產(chǎn)生堵料現(xiàn)象。僅僅靠提升裝車(chē)溜槽工作高度的方案仍不能完全滿(mǎn)足實(shí)際需求。

（3）鋁礬土貨種瞬時(shí)流量大，粘性強(qiáng)，從分叉溜筒下落后由于慣性容易導(dǎo)致裝車(chē)偏斜，后期需要進(jìn)行人工平車(chē)清理，嚴(yán)重影響作業(yè)效率。

（4）在充分考慮鋁礬土裝卸效率的前提下，還需要考慮充分保留原有鐵礦石的裝卸能力。

考慮到以上的實(shí)際需求，如果委托外單位進(jìn)行定制類(lèi)改造成本較高（預(yù)計(jì)200~300萬(wàn)）。為了節(jié)約維修資金，和加快生產(chǎn)進(jìn)度。我單位技術(shù)人員決定自行設(shè)計(jì)改造方案，并聯(lián)合港口機(jī)械公司進(jìn)行整套裝車(chē)樓給料系統(tǒng)的改造。

通過(guò)大量咨詢(xún)、調(diào)研及考察，決定自主設(shè)計(jì)一套既滿(mǎn)足現(xiàn)有鋁礬土裝車(chē)任務(wù)，同樣保留原有的鐵礦石裝車(chē)能力的裝車(chē)系統(tǒng)。

2 改造方案

裝車(chē)溜槽移位結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)：

（1）延長(zhǎng)改造及其力學(xué)分析：在考慮裝車(chē)溜槽的移位問(wèn)題時(shí)，可以利用原有的鋼絲繩牽引滑車(chē)系統(tǒng)，可以降低成本同時(shí)縮短工期。其參考模型如下圖3所示。

圖1 鋼結(jié)構(gòu)示意圖

圖2 分析模型

圖3 添加穩(wěn)定橫梁

延長(zhǎng)出的支持軌道可以看做近似的懸臂梁。雖然經(jīng)過(guò)理論計(jì)算其鋼結(jié)構(gòu)仍然可以滿(mǎn)足需求，但懸臂梁的缺點(diǎn)在于它的受力性能不好，即使只在懸臂梁末端施加一個(gè)相對(duì)較小的力，通過(guò)較長(zhǎng)力臂的放大作用，也會(huì)對(duì)底部連接處產(chǎn)生一個(gè)很大的彎矩。因此，為了保證安全，還需要對(duì)鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行適當(dāng)加強(qiáng)。

圖4 添加加強(qiáng)筋

（2）鋼結(jié)構(gòu)加固改造：溜槽支撐梁原設(shè)計(jì)為工字型梁，現(xiàn)在工字型梁的兩側(cè)增加肋板，并且將翼板的厚度由原來(lái)的20mm增加到30mm，以提高支撐梁的強(qiáng)度。裝車(chē)溜槽行走輪螺栓由M20改為M24。溜槽行走輪底座厚度由16 mm改為20 mm，還在兩軌道盡頭焊接穩(wěn)定橫梁。

3 防偏料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)研究，決定在斜溜筒開(kāi)口處設(shè)計(jì)并安裝一種調(diào)料擋板，該調(diào)料擋板采用銷(xiāo)軸鉸鏈結(jié)構(gòu)與斜溜筒內(nèi)壁固定在一起，下端設(shè)計(jì)有螺栓結(jié)構(gòu)，可以通過(guò)調(diào)節(jié)螺栓的旋入深度調(diào)整調(diào)料擋板的俯仰角度[1]。

圖5 調(diào)料擋板結(jié)構(gòu)示意圖

在完成擋料板結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)后，還需要考慮擋料板的安裝位置與安裝角度。其安裝位置可以采用如下極限位置分析方法（如圖6）。

圖6 料流分析示意圖

當(dāng)落料點(diǎn)高于A點(diǎn)時(shí)，則物料會(huì)在C點(diǎn)以上發(fā)生撞擊并落入中間，當(dāng)落料點(diǎn)低于B點(diǎn)時(shí)，經(jīng)過(guò)撞擊也會(huì)落入偏火車(chē)中間位置。因此只有落料點(diǎn)碰撞在A點(diǎn)到B點(diǎn)的中間位置時(shí)，產(chǎn)生的碰撞才容易發(fā)生較為嚴(yán)重的偏料。

運(yùn)動(dòng)過(guò)程為物料從平閘門(mén)打開(kāi)后，從靜止開(kāi)始進(jìn)行自由落體，在接觸到A點(diǎn)時(shí)速度為0V。然后物料撞擊A點(diǎn)，假設(shè)物料為理想剛體，則碰撞過(guò)程為動(dòng)量守恒。速度 0m變?yōu)閙A，方向有無(wú)數(shù)種可能。但只有當(dāng)速度為向左平拋時(shí)剛好與C點(diǎn)相切時(shí)，落料點(diǎn)偏料最為嚴(yán)重。

根據(jù)以上已知限制條件可以計(jì)算出C點(diǎn)的位置參數(shù)，該點(diǎn)即為擋板安裝的最佳位置（如圖7）。

圖7 安裝效果示意圖

表1 已知參量表

實(shí)際安裝時(shí)，除了預(yù)估算的角度外，還可以在現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行落料試驗(yàn)，并根據(jù)落料實(shí)際情況進(jìn)行微調(diào)。然后再講調(diào)整頂絲焊接固定，防止出現(xiàn)震動(dòng)偏斜。

4 給料漏斗結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

經(jīng)過(guò)分析可知：給料漏斗主要作用在于在斜溜筒外圍形成一圈固定的約束空間，約束末端料流和粉塵擴(kuò)散。因此，在實(shí)際設(shè)計(jì)時(shí)主要考慮的因素是開(kāi)口結(jié)構(gòu)、頂部液壓固定面和側(cè)裙面結(jié)構(gòu)。

（1）斗體開(kāi)口設(shè)計(jì)。開(kāi)口的功能在于輔助斜溜筒，防止物料軌跡發(fā)生過(guò)大偏差。考慮到斜溜筒的料流方向是固定的，因此可以將漏斗開(kāi)口設(shè)計(jì)成一面豎直一面傾斜的非對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)。豎直面直接阻擋斜溜筒沖出的高速料流，斜面則引導(dǎo)低速料流進(jìn)入集裝斗相對(duì)中間的區(qū)域。

（2）頂部固定面設(shè)計(jì)。頂部最外沿終點(diǎn)位置設(shè)有4個(gè)安裝孔，可以安裝電液推桿的安裝座。采用頂部設(shè)置安裝孔的目的在于節(jié)約安裝空間，為礦石裝車(chē)溜槽移動(dòng)保留足夠的空間。

（3）側(cè)裙面設(shè)計(jì)。側(cè)裙面的設(shè)計(jì)目的在于限制灰塵擴(kuò)散路徑。此外，還需要考慮到給料漏斗在升起后，避免與斜溜筒出現(xiàn)干涉現(xiàn)象。因此在一側(cè)開(kāi)有開(kāi)口。最終設(shè)計(jì)方案如圖8所示。

圖8 給料漏斗結(jié)構(gòu)示意圖

（4）導(dǎo)向滑道設(shè)計(jì)。由于漏斗在豎直方向上會(huì)進(jìn)行往復(fù)運(yùn)動(dòng)，這就需要設(shè)計(jì)出提供豎直方向運(yùn)動(dòng)的約束裝置，即一種可以上下往復(fù)運(yùn)動(dòng)的滑軌結(jié)構(gòu)。

圖9 導(dǎo)向滑道結(jié)構(gòu)圖

為了防止給料漏斗因物料沖擊，出現(xiàn)較大偏移，定位滑道采用壁厚4 mm的C32a槽鋼，另一側(cè)的滑道框架門(mén)使用H型鋼組成U型半封閉空間，這種設(shè)計(jì)可以保證整體結(jié)構(gòu)的牢固性，避免體積較大的物料對(duì)系統(tǒng)造成較大沖擊[2]。

給料漏斗上表面安裝承載壓輪，避免給料漏斗滑動(dòng)時(shí)左右擺動(dòng)，從而導(dǎo)致漏斗偏離油缸中心線(xiàn)，造成油缸在伸縮過(guò)程中由于偏載荷使杠桿斷裂，提高了伸縮油缸的使用壽命[3]。

5 應(yīng)用情況

5.1 安裝過(guò)程

（1）延長(zhǎng)裝車(chē)溜槽軌道。按照原定技術(shù)方案現(xiàn)將裝車(chē)溜槽牽引機(jī)構(gòu)卸載，然后利用H型對(duì)軌道進(jìn)行延長(zhǎng)；并在延長(zhǎng)端一側(cè)將拆除的扶梯恢復(fù)。

（2）安裝斜溜槽。按照計(jì)算的出的最小溜槽截面積作為下開(kāi)口尺寸，另一端開(kāi)口與分叉溜槽尺寸相同，設(shè)計(jì)溜槽尺寸并按照尺寸進(jìn)行制造。同時(shí)根據(jù)計(jì)算得出的數(shù)據(jù)安裝導(dǎo)料擋板。

（3）安裝落料漏斗。根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)情況利用手拉葫蘆將漏斗吊裝制預(yù)定位置并固定。

（4）安裝液壓推桿。

（5）安裝導(dǎo)向滑道。

6 安裝效果

圖15 改造后效果圖

改造后的裝車(chē)樓給料系統(tǒng)不僅克服了鋁礬土在裝卸中的各種物料問(wèn)題，還保留了裝車(chē)樓裝卸礦石及其他干散貨的能力。實(shí)際需要切換貨種時(shí)，僅需要將鋁礬土給料漏斗頂升至最大高度，原有礦石裝車(chē)溜筒可延滑道梁移至原位，然后進(jìn)行礦石貨種的裝車(chē)作業(yè)。

通過(guò)以上改造，實(shí)現(xiàn)了以下效果：

（1）在不拆卸礦石閘門(mén)的情況下，添加了新的鋁礬土裝卸功能。擴(kuò)展了裝車(chē)樓的適用面。

（2）采用液壓桿頂升給料漏斗，隨時(shí)可以根據(jù)落料量調(diào)整給料漏斗位置，保護(hù)了環(huán)境。

（3）通過(guò)添加落料擋板的方法，解決了偏料問(wèn)題。

（4）減輕了平倉(cāng)工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。

（5）利用H型鋼和壓輪組成的U型封閉空間，再配合滑塊式槽鋼滑道，較為精確的限定了給料漏斗在上下移動(dòng)時(shí)的垂直度誤差，延長(zhǎng)了系統(tǒng)的使用壽命。

（6）新型給料漏斗自動(dòng)升降系統(tǒng)研發(fā)方案具有良好的推廣性，可應(yīng)用于同類(lèi)型的裝車(chē)樓貨種升級(jí)問(wèn)題的解決。此次施工提高了我公司的設(shè)備改造能力，鍛煉了維修隊(duì)伍。合理的施工方案優(yōu)化了施工過(guò)程，化繁為簡(jiǎn)，施工難度和安全性有較大提高，縮短了工期。