周昆

（天津港遠航礦石碼頭有限公司，天津 300456）

摘　要：為提升斗輪機的取料效率，對制約取料效率提升的黏料、堵料、撒料、等料等4個因素進行分析，提出技術(shù)改進措施。采用改變接觸表面性質(zhì)的方法，在料斗內(nèi)壁澆鑄聚氨酯耐磨層，在斗輪溜槽正面安裝新型復(fù)合陶瓷膠板，解決料斗和溜槽黏料問題。為防止格柵堵料，取消溜槽正面的格柵支座，提出雙級全自動格柵方案，增加自動破碎篩分功能。設(shè)計安裝專用斗齒和調(diào)節(jié)式圓弧擋料裙板，減少作業(yè)過程中的撒料。通過安裝高精度的移動式陣列式皮帶秤，提供準確的瞬時流量和累計流量數(shù)據(jù)，實現(xiàn)一次性取料到位，減少裝車等料時間。實施改進措施后，取料系統(tǒng)黏料、堵料、撒料和等料的情況得以改善，斗輪機取料效率大幅提升。

關(guān)鍵詞：港口；斗輪機；聚氨酯；陶瓷膠板；全自動格柵；斗齒；陣列式皮帶秤

0　引言

目前，斗輪式取料機（以下簡稱“斗輪機”）被廣泛應(yīng)用于專業(yè)化散貨碼頭、礦山、電廠等工礦企業(yè)。斗輪機的取料系統(tǒng)主要包括斗輪驅(qū)動、斗輪軸承、斗輪體、料斗、溜槽、格柵、導(dǎo)料槽、臂架皮帶等。斗輪機取料作業(yè)的額定效率和極限效率由原設(shè)計決定，但因物料種類繁多、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、設(shè)計不完善等原因，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)取料效率達不到額定效率和生產(chǎn)能耗較高的情況。在實際生產(chǎn)中，取料系統(tǒng)黏料、堵料、撒料和等料是導(dǎo)致斗輪機取料效率降低的主要原因，本文從這4個方面進行分析、研究。

1　取料系統(tǒng)黏料分析與改進措施

1.1　黏料對取料效率的影響

黏料是指在斗輪機構(gòu)運轉(zhuǎn)過程中一部分物料始終黏附在料斗和溜槽上，導(dǎo)致取料系統(tǒng)的能耗增加、效率降低。黏料現(xiàn)象主要發(fā)生在料斗內(nèi)壁和溜槽正面。黏結(jié)的物料會使料斗的斗容減小、溜槽的通貨能力下降。為避免出現(xiàn)堵料和停機故障，在每列火車裝車完成后，生產(chǎn)部門需要立即組織工人對料斗和溜槽進行清理，清理難度和工作量都很大。在冬季取裝巴西礦等物料時，料斗和溜槽的黏料問題更加嚴重，取料作業(yè)效率較低。

1.2　黏料機理分析

料斗內(nèi)壁黏料的現(xiàn)象是指料斗內(nèi)的一部分物料到達斗輪Z高點后仍然不能脫離料斗內(nèi)壁。這是由于物料黏附力與離心力的總和大于物料的自重。離心力的大小是由斗輪極限轉(zhuǎn)速決定的，在設(shè)計階段已做考慮，與黏附力相比基本可以忽略。礦粉與料斗內(nèi)壁之間的黏附力大小與礦粉粒度組成、含水量、黏土礦物含量[1]和料斗內(nèi)壁表面材料性質(zhì)等有關(guān)。粒徑較大的礦石物料不易發(fā)生黏料。對于粒度很小的礦石物料，例如巴西粉、紐曼粉、麥克粉等，當物料含水量較大時，物料容易黏附在斗輪取料裝置上。

當黏附現(xiàn)象發(fā)生后，隨著作業(yè)的繼續(xù)，后續(xù)取裝入料斗的物料對已經(jīng)黏附在料斗內(nèi)壁上的物料不斷施加壓力，正壓力作用使礦石團聚物與襯板表面結(jié)合得更緊密。在正壓力的作用下，礦粉毛細孔的抽吸作用也會產(chǎn)生真空吸力，使黏附作用[2]增強，從而導(dǎo)致黏附的物料越來越多。料斗長時間運轉(zhuǎn)后，料斗內(nèi)壁上黏附的礦層水分逐漸減少，料斗金屬襯板表面也逐漸開始銹蝕，黏附層與襯板表面之間的微顆粒因機械互鎖作用形成永久性黏附。

溜槽內(nèi)壁黏料機理與料斗內(nèi)壁黏料機理不完全一致。當?shù)V石團聚物與溜槽內(nèi)壁之間的摩擦力大于重力和慣性力沿溜槽斜面的分力時，礦石團聚物就黏附在溜槽上，在后續(xù)物料的正壓力作用和礦粉毛細孔的抽吸作用下，黏附力會越來越大。溜槽表面的平整情況對物料黏附程度有很大影響，尤其是溜槽表面還有格柵支座等障礙物時，礦石極易先黏附在這些不平整的地方，然后黏附范圍會逐漸擴大。

1.3　減少取料系統(tǒng)黏料的方法和改進措施

根據(jù)以上的黏料機理分析，要解決黏料問題，可以從阻斷物料黏附過程和改變接觸表面性質(zhì)這2個方面著手。阻斷物料黏附過程的防黏料方法主要有噴水除料法和振打脫料法。噴水除料法是用高壓水柱沖刷黏料位置以達到防黏料的目的，該方法會大幅增加設(shè)備用水成本，廢水回收困難，且在旋轉(zhuǎn)的斗輪上安裝噴水裝置難度非常大。振打脫料法是利用振打電機振動料斗母板使物料脫落的方法，但在斗輪機料斗上安裝振打電機不具有可操作性。改變接觸表面性質(zhì)的防黏料方法主要有表面噴涂防黏劑法和澆鑄防黏性材料法。表面噴涂防黏劑法需要在每次作業(yè)前重新噴涂防黏劑，存在成本高、工作量大等問題，不適用于斗輪機連續(xù)作業(yè)。澆鑄防黏性材料法是在料斗內(nèi)壁澆鑄一層防黏性的材料，從而改變接觸表面的性質(zhì)。在料斗內(nèi)壁表面上澆鑄具有憎水特性的防黏性材料可減小水橋引力，降低礦石團聚物與料斗內(nèi)壁之間的黏附力，達到防黏料的目的。該方法的可操作性較強。

料斗內(nèi)壁的材料既要防黏，又要耐磨。經(jīng)過對多種材料的比選試用,Z終選定在料斗內(nèi)壁熱澆鑄12 mm厚的聚氨酯耐磨層。內(nèi)壁澆鑄聚氨酯耐磨層的料斗見圖1。在采取該防黏料措施后，料斗內(nèi)壁黏料問題得到解決。內(nèi)壁澆鑄聚氨酯耐磨層的料斗經(jīng)過2 a的使用，聚氨酯耐磨層厚度減少40%左右，其使用壽命預(yù)計在4 a左右。

圖1 內(nèi)壁澆鑄聚氨酯層的料斗

要解決溜槽積料、堵料問題，需要改善溜槽表面特性，保持溜槽正面平整。經(jīng)過對多種材料的比選試用，Z終選擇在溜槽正面安裝新型復(fù)合陶瓷膠板。新型復(fù)合陶瓷膠板的橡膠塊能夠吸收沖擊能，提升襯板表面憎水性，防黏料的效果良好。硫化在復(fù)合橡膠板上的圓柱陶瓷塊可大幅提高膠板的抗磨強度。安裝新型復(fù)合陶瓷膠板的斗輪溜槽見圖2。在采取該改進措施后，斗輪溜槽黏料問題得到解決。改進后的溜槽經(jīng)過1 a的使用，復(fù)合陶瓷膠板厚度減少30%左右，其使用壽命預(yù)計在3 a左右。

圖2 安裝新型復(fù)合陶瓷膠板的斗輪溜槽

2　取料系統(tǒng)堵料分析與改進措施

2.1　堵料對取料效率的影響

取料系統(tǒng)堵料是指由于斗輪溜槽格柵孔被物料塞滿，導(dǎo)致斗輪料斗后續(xù)取上來的物料無法通過溜槽格柵而造成整個溜槽被物料堵滿。為避免格柵發(fā)生大面積堵料，斗輪機在作業(yè)過程中需要經(jīng)常停機以便清理格柵和溜槽，使取料效率受到很大影響。特別是在冬季，雨雪融入料堆導(dǎo)致料堆表層凍結(jié)，巴西礦等含水量大的礦粉會被凍結(jié)成大塊，這些大凍塊物料更容易使格柵發(fā)生堵料，有時甚至無法作業(yè)。

2.2　取料系統(tǒng)堵料原因分析

取料系統(tǒng)發(fā)生堵料主要是由于斗輪溜槽格柵功能不完善造成的。斗輪溜槽格柵一般分為固定式格柵和電動翻板式格柵，主要作用是去除礦石中的雜物和大塊料。不管是固定式格柵還是電動翻板式格柵，都需要將格柵支座安裝在溜槽正面，這樣就很容易導(dǎo)致格柵發(fā)生黏料、堵料。若采用固定式格柵，在清理堵料時需要暫停取料并停止斗輪和臂架皮帶。電動翻板式格柵在功能上相對完善，當格柵上有較多物料時，司機可以開啟電動翻板使格柵上的部分物料翻落至料堆。由于沒有自動破碎篩分功能，當遇到較多大凍塊物料時，電動翻板式格柵會頻繁動作，Z終能通過格柵到達懸臂皮帶上的物料其實很少。

2.3　取料系統(tǒng)堵料的改進措施

取料系統(tǒng)堵料的改進措施主要是對斗輪溜槽格柵進行改進。針對傳統(tǒng)斗輪溜槽格柵的缺陷，創(chuàng)新性地提出雙級全自動格柵方案。雙級全自動格柵安裝布置圖見圖3。雙級全自動格柵結(jié)構(gòu)由懸掛篩分式格柵[3]和電動翻板格柵等2部分組成。懸掛篩分式格柵的安裝方式可借鑒卸船機振動給料器，通過鋼絲繩懸掛于斗輪溜槽兩側(cè)壁的橫梁上。懸掛篩分式格柵沿溜槽正面方向的傾斜角度可通過調(diào)整鋼絲繩長度進行調(diào)節(jié)，同時懸掛篩分式格柵要與溜槽正面保持一定的振動間距。格柵的下方安裝1臺高頻振動電機，格柵的上方布置若干鉤狀破碎裝置。懸掛篩分式格柵采用插口交錯方式與電動翻板格柵交接。

圖3 雙級全自動格柵安裝布置圖

當作業(yè)黏料或凍料時，可開啟振動電機進行物料篩分。懸掛格柵上的破碎裝置可將凍料或板結(jié)物料進行破碎。大部分物料經(jīng)篩分破碎后落入導(dǎo)料槽中，少部分不能被破碎的大塊物料或雜物在電機的振動作用下沿格柵傾斜方向落到電動翻板格柵上。當電動翻板格柵上的大塊物料累積較多時，司機開啟電動翻板將大塊物料翻落至堆場后集中處理。

3　取料系統(tǒng)撒料分析與改進措施

3.1　撒料對取料效率的影響

取料系統(tǒng)撒料主要發(fā)生在斗輪料斗旋轉(zhuǎn)提升物料的過程中。斗輪在取料過程中主要的撒料點有2個：一是料斗口處；二是圓弧擋料板與斗輪輪輞之間的間隙處。物料的大量撒落導(dǎo)致取料系統(tǒng)的效率降低。部分撒落物料進入回程皮帶、改向滾筒、托輥、軸承等零部件內(nèi)部，造成設(shè)備損壞，間接影響取料效率。

3.2　取料系統(tǒng)撒料的原因分析

斗輪料斗口處撒料多主要是由于料斗的斗齒、斗唇嚴重磨損引起的。斗輪裝置一般傾斜10°左右安裝，取料作業(yè)方式多以回轉(zhuǎn)取料為主，這2個因素導(dǎo)致料斗兩側(cè)邊角的斗齒磨損非常嚴重。取料作業(yè)時，料斗內(nèi)的物料從斗齒磨損嚴重的地方撒落下來。料斗的斗唇部分也直接與物料接觸，長期磨損后也會導(dǎo)致物料撒落較多。

斗輪圓弧擋料板處撒料多主要是由于圓弧擋料板功能不完善造成的。為適應(yīng)礦種多樣性和提高生產(chǎn)效率，港口一般都采用無格式斗輪裝置。無格式斗輪裝置工作時，料斗由下而上逐漸裝滿，固定不動的圓弧擋料板擋住物料使其不能外流。當料斗轉(zhuǎn)到斗輪溜槽入口時，物料在自重作用下從?斗口流出后落入溜槽內(nèi)。無格式斗輪裝置的圓弧擋料與斗輪輪輞之間要保持一定的間隙，一般要求為8 mm。但隨著設(shè)備的長期使用，受圓弧擋料板和斗輪體自身鋼結(jié)構(gòu)形變的影響，圓弧擋料板與斗輪輪輞之間的間隙會越來越大，取料作業(yè)時會有大量物料從圓弧擋料板與斗輪輪輞之間的間隙處撒落。

3.3　取料系統(tǒng)撒料的改進措施

要減少斗輪料斗口處的撒料，需要增強料斗、斗齒的耐磨結(jié)構(gòu)。針對料斗兩側(cè)邊角的斗齒磨損快的情況，設(shè)計專用斗齒。在靠近斗角的方向，加寬專用斗齒的齒面，這樣既能增加耐磨強度又能保護斗角，同時斗齒的安裝結(jié)構(gòu)不變。安裝專用斗齒的料斗見圖4。斗唇原耐磨結(jié)構(gòu)為網(wǎng)格堆焊結(jié)構(gòu)，實踐表明該耐磨結(jié)構(gòu)不能滿足取料系統(tǒng)嚴苛的挖掘工況。為增強斗唇的耐磨性，采用全堆焊耐磨層結(jié)構(gòu)，在未安裝斗齒的斗唇部分先用不銹鋼焊條打底，再用D256耐磨焊條堆焊5 mm厚的耐磨層。為防止料斗外側(cè)壁被物料磨透而漏料，在料斗外側(cè)壁增加網(wǎng)格堆焊結(jié)構(gòu)。改造后的料斗耐磨特性明顯加強，斗齒使用壽命得到延長，斗輪料斗口處的撒料明顯減少。

圖4 邊角安裝專用斗齒的料斗

要減少斗輪圓弧擋料板處的撒料，需要縮小圓弧擋料板與斗輪輪輞之間過大的間隙。為此，在圓弧擋料板側(cè)壁增加可調(diào)節(jié)式聚氨酯耐磨裙板。聚氨酯裙板的耐磨性好，且為柔性材料。這樣圓弧擋料板與斗輪輪輞之間的間隙可以被調(diào)整得更小。安裝聚氨酯裙板的圓弧擋料板見圖5。由于裙板安裝在圓弧擋料板外側(cè)，更換磨損的裙板十分方便。改造后，圓弧擋料板上的聚氨酯裙板與斗輪輪輞之間的間隙很小，圓弧擋料板處的撒料情況明顯得到改善。

圖5 安裝聚氨酯裙板的圓弧擋料板

4　取料系統(tǒng)等料分析與改進措施

4.1　等料對取料效率的影響

等料是指斗輪機司機在作業(yè)過程中刻意暫停取料，待整個流程皮帶上的所有物料全部裝入火車車廂后再接著取料，在后續(xù)物料到達裝車樓前的這段時間里裝車樓處于等料狀態(tài)。由于斗輪機到裝車樓整個流程的皮帶距離很長，每發(fā)生一次等料后再補料的情況，整個流程就要多等待10 min左右。有時一次補料不足還會再次補料，長時間的等料直接影響取料系統(tǒng)裝火車效率。

4.2　等料現(xiàn)象的原因分析

分析取料作業(yè)流程的各個環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)，取料系統(tǒng)等料的主要原因是斗輪機計量系統(tǒng)精度差。斗輪機臂架上的普通皮帶秤精度較低，計量誤差有時高達20%左右。由于斗輪機司機不能準確得知從料堆中取上來的物料的累計流量值，在接近本列火車裝車結(jié)束時會暫停取料。待整個流程皮帶和裝車樓緩沖倉內(nèi)的物料全部裝入火車后，裝車樓司機計算出剩余裝車量后才通知斗輪機司機繼續(xù)取料。另外，由于斗輪機司機不能準確得知瞬時流量值，為了避免流量過大，在取料作業(yè)過程中斗輪機司機會刻意降低瞬時流量或間隙取料。暫停取料、刻意降低瞬時流量或間隙取料都會導(dǎo)致裝車樓裝火車作業(yè)不連續(xù)，出現(xiàn)裝車樓等料現(xiàn)象。

4.3　減少等料時間的改進措施

為解決取料系統(tǒng)等料問題，需要為斗輪機司機提供準確的取料累計流量和瞬時流量值，也就是要提高斗輪機計量系統(tǒng)精度。斗輪機司機在掌握準確的取料累計流量和瞬時流量值后，可根據(jù)需要裝車的物料總量，一次性取料到位。在取料總量滿足要求后，中控室不用等待裝車樓裝車作業(yè)結(jié)束就可提前安排斗輪機和整個流程皮帶停機。

在斗輪機計量系統(tǒng)中，一般采用普通皮帶秤作為計量器具。普通皮帶秤通過臂架絞點處的重力式角度傳感器或值編碼器進行俯仰角度補償，補償效果差。另外，普通皮帶秤一般只有1個稱重單元，無法克服皮帶漲緊效應(yīng)對其準確度的影響。為提高計量精度，避免取料系統(tǒng)等料，對斗輪機計量系統(tǒng)進行改造，在臂架上安裝移動式陣列式皮帶秤。

移動式陣列式皮帶秤采用三維姿態(tài)跟蹤補償技術(shù)，對稱重傳感器在垂直、左右、側(cè)傾等3個方向上的狀態(tài)進行檢測和修正補償，有效地減少因俯仰角度變化而引起的誤差。移動式陣列式皮帶秤摒棄傳統(tǒng)皮帶秤的角度傳感器或值編碼器補償機制，而是通過一個比較單元精確計算出俯仰角度的變化對稱重數(shù)據(jù)的影響并予以修正。移動式陣列式皮帶秤安裝布置情況見圖6。

圖6 移動式陣列式皮帶秤安裝布置情況

通過安裝高精度的移動式陣列式皮帶秤，并對斗輪機控制系統(tǒng)軟件進行升級，增加計量模塊，斗輪機司機可以通過觸摸屏HMI界面看到瞬時流量、本列累計流量、累計總流量等相關(guān)計量數(shù)據(jù)。改造實施后，斗輪機司機現(xiàn)在能夠?qū)崟r掌握取料?業(yè)流量和整個作業(yè)進度情況，可實現(xiàn)一次性取料到位，基本杜絕取料系統(tǒng)等料現(xiàn)象，大幅提高取料系統(tǒng)的效率。

5　改進效果評價

在對斗輪裝置進行改造后，料斗內(nèi)壁基本無黏料，料斗口和圓弧擋料處的撒料明顯減少，斗輪機作業(yè)黏礦時的效率提高30%以上。斗輪機計量系統(tǒng)改造升級后，斗輪機司機能夠以合理、穩(wěn)定的流量一次性取料到位，在裝火車作業(yè)時每列火車的裝車時間可縮短15 min。這一系列的技術(shù)改進措施有效地提高斗輪機的性能、大幅降低沿線作業(yè)流程的能源消耗、減少取料作業(yè)造成的粉塵污染，取得良好的經(jīng)濟效益和社會效益。

參考文獻

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 （來源：港口科技）