周昆

（天津港遠(yuǎn)航礦石碼頭有限公司，天津 300456）

摘　要：為提升斗輪機(jī)的取料效率，對(duì)制約取料效率提升的黏料、堵料、撒料、等料等4個(gè)因素進(jìn)行分析，提出技術(shù)改進(jìn)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(jí)全自動(dòng)格柵方案，增加自動(dòng)破碎篩分功能。設(shè)計(jì)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(dòng)式陣列式皮帶秤，提供準(zhǔn)確的瞬時(shí)流量和累計(jì)流量數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)一次性取料到位，減少裝車等料時(shí)間。實(shí)施改進(jìn)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(jī)取料效率大幅提升。

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

0　引言

目前，斗輪式取料機(jī)（以下簡稱“斗輪機(jī)”）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(jī)的取料系統(tǒng)主要包括斗輪驅(qū)動(dòng)、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(jī)取料作業(yè)的額定效率和極限效率由原設(shè)計(jì)決定，但因物料種類繁多、作業(yè)環(huán)境復(fù)雜、設(shè)計(jì)不完善等原因，導(dǎo)致經(jīng)常出現(xiàn)取料效率達(dá)不到額定效率和生產(chǎn)能耗較高的情況。在實(shí)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(jī)取料效率降低的主要原因，本文從這4個(gè)方面進(jìn)行分析、研究。

1　取料系統(tǒng)黏料分析與改進(jìn)措施

1.1　黏料對(duì)取料效率的影響

黏料是指在斗輪機(jī)構(gòu)運(yùn)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(huì)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(jī)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(duì)料斗和溜槽進(jìn)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(shí)，料斗和溜槽的黏料問題更加嚴(yán)重，取料作業(yè)效率較低。

1.2　黏料機(jī)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(dá)斗輪Z高點(diǎn)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?zèng)Q定的，在設(shè)計(jì)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(duì)于粒度很小的礦石物料，例如巴西粉、紐曼粉、麥克粉等，當(dāng)物料含水量較大時(shí)，物料容易黏附在斗輪取料裝置上。

當(dāng)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(duì)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(tuán)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(xì)孔的抽吸作用也會(huì)產(chǎn)生真空吸力，使黏附作用[2]增強(qiáng)，從而導(dǎo)致黏附的物料越來越多。料斗長時(shí)間運(yùn)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(jī)械互鎖作用形成永久性黏附。

溜槽內(nèi)壁黏料機(jī)理與料斗內(nèi)壁黏料機(jī)理不完全一致。當(dāng)?shù)V石團(tuán)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(shí)，礦石團(tuán)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(xì)孔的抽吸作用下，黏附力會(huì)越來越大。溜槽表面的平整情況對(duì)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(shí)，礦石極易先黏附在這些不平整的地方，然后黏附范圍會(huì)逐漸擴(kuò)大。

1.3　減少取料系統(tǒng)黏料的方法和改進(jìn)措施

根據(jù)以上的黏料機(jī)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(gè)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(dá)到防黏料的目的，該方法會(huì)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(jī)振動(dòng)料斗母板使物料脫落的方法，但在斗輪機(jī)料斗上安裝振打電機(jī)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(jī)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(tuán)聚物與料斗內(nèi)壁之間的黏附力，達(dá)到防黏料的目的。該方法的可操作性較強(qiáng)。

料斗內(nèi)壁的材料既要防黏，又要耐磨。經(jīng)過對(duì)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(jì)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(duì)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(qiáng)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(jìn)措施后，斗輪溜槽黏料問題得到解決。改進(jìn)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(jì)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(jìn)措施

2.1　堵料對(duì)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(gè)溜槽被物料堵滿。為避免格柵發(fā)生大面積堵料，斗輪機(jī)在作業(yè)過程中需要經(jīng)常停機(jī)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(huì)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(shí)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(dòng)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(dòng)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(shí)需要暫停取料并停止斗輪和臂架皮帶。電動(dòng)翻板式格柵在功能上相對(duì)完善，當(dāng)格柵上有較多物料時(shí)，司機(jī)可以開啟電動(dòng)翻板使格柵上的部分物料翻落至料堆。由于沒有自動(dòng)破碎篩分功能，當(dāng)遇到較多大凍塊物料時(shí)，電動(dòng)翻板式格柵會(huì)頻繁動(dòng)作，Z終能通過格柵到達(dá)懸臂皮帶上的物料其實(shí)很少。

2.3　取料系統(tǒng)堵料的改進(jìn)措施

取料系統(tǒng)堵料的改進(jìn)措施主要是對(duì)斗輪溜槽格柵進(jìn)行改進(jìn)。針對(duì)傳統(tǒng)斗輪溜槽格柵的缺陷，創(chuàng)新性地提出雙級(jí)全自動(dòng)格柵方案。雙級(jí)全自動(dòng)格柵安裝布置圖見圖3。雙級(jí)全自動(dòng)格柵結(jié)構(gòu)由懸掛篩分式格柵[3]和電動(dòng)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(jī)振動(dòng)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(jìn)行調(diào)節(jié)，同時(shí)懸掛篩分式格柵要與溜槽正面保持一定的振動(dòng)間距。格柵的下方安裝1臺(tái)高頻振動(dòng)電機(jī)，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(cuò)方式與電動(dòng)翻板格柵交接。

圖3 雙級(jí)全自動(dòng)格柵安裝布置圖

當(dāng)作業(yè)黏料或凍料時(shí)，可開啟振動(dòng)電機(jī)進(jìn)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(jìn)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(jī)的振動(dòng)作用下沿格柵傾斜方向落到電動(dòng)翻板格柵上。當(dāng)電動(dòng)翻板格柵上的大塊物料累積較多時(shí)，司機(jī)開啟電動(dòng)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(jìn)措施

3.1　撒料對(duì)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(diǎn)有2個(gè)：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(jìn)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(yán)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(gè)因素導(dǎo)致料斗兩側(cè)邊角的斗齒磨損非常嚴(yán)重。取料作業(yè)時(shí)，料斗內(nèi)的物料從斗齒磨損嚴(yán)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(huì)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(shí)，料斗由下而上逐漸裝滿，固定不動(dòng)的圓弧擋料板擋住物料使其不能外流。當(dāng)料斗轉(zhuǎn)到斗輪溜槽入口時(shí)，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(huì)越來越大，取料作業(yè)時(shí)會(huì)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(jìn)措施

要減少斗輪料斗口處的撒料，需要增強(qiáng)料斗、斗齒的耐磨結(jié)構(gòu)。針對(duì)料斗兩側(cè)邊角的斗齒磨損快的情況，設(shè)計(jì)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(qiáng)度又能保護(hù)斗角，同時(shí)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(shí)踐表明該耐磨結(jié)構(gòu)不能滿足取料系統(tǒng)嚴(yán)苛的挖掘工況。為增強(qiáng)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(qiáng)，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(jìn)措施

4.1　等料對(duì)取料效率的影響

等料是指斗輪機(jī)司機(jī)在作業(yè)過程中刻意暫停取料，待整個(gè)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(dá)裝車樓前的這段時(shí)間里裝車樓處于等料狀態(tài)。由于斗輪機(jī)到裝車樓整個(gè)流程的皮帶距離很長，每發(fā)生一次等料后再補(bǔ)料的情況，整個(gè)流程就要多等待10 min左右。有時(shí)一次補(bǔ)料不足還會(huì)再次補(bǔ)料，長時(shí)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(gè)環(huán)節(jié)發(fā)現(xiàn)，取料系統(tǒng)等料的主要原因是斗輪機(jī)計(jì)量系統(tǒng)精度差。斗輪機(jī)臂架上的普通皮帶秤精度較低，計(jì)量誤差有時(shí)高達(dá)20%左右。由于斗輪機(jī)司機(jī)不能準(zhǔn)確得知從料堆中取上來的物料的累計(jì)流量值，在接近本列火車裝車結(jié)束時(shí)會(huì)暫停取料。待整個(gè)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(jī)計(jì)算出剩余裝車量后才通知斗輪機(jī)司機(jī)繼續(xù)取料。另外，由于斗輪機(jī)司機(jī)不能準(zhǔn)確得知瞬時(shí)流量值，為了避免流量過大，在取料作業(yè)過程中斗輪機(jī)司機(jī)會(huì)刻意降低瞬時(shí)流量或間隙取料。暫停取料、刻意降低瞬時(shí)流量或間隙取料都會(huì)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(shí)間的改進(jìn)措施

為解決取料系統(tǒng)等料問題，需要為斗輪機(jī)司機(jī)提供準(zhǔn)確的取料累計(jì)流量和瞬時(shí)流量值，也就是要提高斗輪機(jī)計(jì)量系統(tǒng)精度。斗輪機(jī)司機(jī)在掌握準(zhǔn)確的取料累計(jì)流量和瞬時(shí)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(jī)和整個(gè)流程皮帶停機(jī)。

在斗輪機(jī)計(jì)量系統(tǒng)中，一般采用普通皮帶秤作為計(jì)量器具。普通皮帶秤通過臂架絞點(diǎn)處的重力式角度傳感器或值編碼器進(jìn)行俯仰角度補(bǔ)償，補(bǔ)償效果差。另外，普通皮帶秤一般只有1個(gè)稱重單元，無法克服皮帶漲緊效應(yīng)對(duì)其準(zhǔn)確度的影響。為提高計(jì)量精度，避免取料系統(tǒng)等料，對(duì)斗輪機(jī)計(jì)量系統(tǒng)進(jìn)行改造，在臂架上安裝移動(dòng)式陣列式皮帶秤。

移動(dòng)式陣列式皮帶秤采用三維姿態(tài)跟蹤補(bǔ)償技術(shù)，對(duì)稱重傳感器在垂直、左右、側(cè)傾等3個(gè)方向上的狀態(tài)進(jìn)行檢測和修正補(bǔ)償，有效地減少因俯仰角度變化而引起的誤差。移動(dòng)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(bǔ)償機(jī)制，而是通過一個(gè)比較單元精確計(jì)算出俯仰角度的變化對(duì)稱重?cái)?shù)據(jù)的影響并予以修正。移動(dòng)式陣列式皮帶秤安裝布置情況見圖6。

圖6 移動(dòng)式陣列式皮帶秤安裝布置情況

通過安裝高精度的移動(dòng)式陣列式皮帶秤，并對(duì)斗輪機(jī)控制系統(tǒng)軟件進(jìn)行升級(jí)，增加計(jì)量模塊，斗輪機(jī)司機(jī)可以通過觸摸屏HMI界面看到瞬時(shí)流量、本列累計(jì)流量、累計(jì)總流量等相關(guān)計(jì)量數(shù)據(jù)。改造實(shí)施后，斗輪機(jī)司機(jī)現(xiàn)在能夠?qū)崟r(shí)掌握取料?業(yè)流量和整個(gè)作業(yè)進(jìn)度情況，可實(shí)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(jìn)效果評(píng)價(jià)

在對(duì)斗輪裝置進(jìn)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(jī)作業(yè)黏礦時(shí)的效率提高30%以上。斗輪機(jī)計(jì)量系統(tǒng)改造升級(jí)后，斗輪機(jī)司機(jī)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(shí)每列火車的裝車時(shí)間可縮短15 min。這一系列的技術(shù)改進(jìn)措施有效地提高斗輪機(jī)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(jì)效益和社會(huì)效益。

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 （來源：港口科技）