侧式悬臂堆料机的方案确定及整机设计

佟云龙 韩志永

（北方重工集团有限公司装卸设备分公司，辽宁 沈阳 110027）

1 按基本参数确定设备方案

1.1 堆料方式的选择。

堆料方式分为人字形堆料和定点堆料两种。选择哪种堆料方式取决于工艺对于均化比的要求。一般来说，主料要求颗粒均匀，均化效果好。于是采用的是人字形堆料方式。辅料相对工艺要求差，可用定点堆料方式。

堆料方式不同，与之配对的取料机取料方式的也不同。人字形堆料方法堆料机在料堆作业范围内往复行进堆料，配合桥式刮板取料机全断面取料，在断面方向上各料层均匀分布。

定点堆料就是从一个固定的点开始堆料，在此位置达到预设的堆高后，按电气程序移动相应距离开始另一点的堆料，直至完成整个料堆的作业。配合的是侧式刮板取料机，采用侧面取料。对均化比的要求不高。综上所述，我们可以根据物料种类、堆料方式、取料机形式来确定堆取料机的配合是否合理。

1.2 储量的计算

一个料场中，由于储存物料种类的不同，可能在长方向上布置了几个料堆。我们要分别对其进行储量的核算。以单个的一个料堆为例：

图1

原始参数：石灰石，容重：γ=1.4t/m3， 物料安息角α=35度，堆高H=12.5m，堆底宽A=35.5m，要求储量T=40000t

堆截面积F：

堆总体积U：

端堆体积U'：设料堆两端为理想半圆锥，两端合成可看成一个圆锥体。

可以求出料堆长度

料堆总长度

用这个数值和料场工艺布置图中的料堆长度作比较，可判断出是否达到额定的储量。

1.3 堆料层数与均化比

原始参数：堆料能力：Q=800t/h，堆料机行走速度V=20m/min

可算出：单元料层截面积

堆料层数和粒度有关，料堆每层厚度小于物料粒度会产生离析现象，不利于物料均化。

1.4 地面基础布置

地面的布置方面主要是轨道基础和电缆坑位置的选择。

轨道基础首先预设停车位置，把车档的位置确定下来。注意要留有一定的缓冲距离。然后计算轨道的长度。轨道最长的位置，是堆料机停车后，尾车一端最后一个车轮的停车位置，再留一定的余量。

电缆是提供堆料机动力和控制信号的来源。在料场长方向上，由于堆料机的特殊结构，不是单纯的把料场的中间点作为电缆坑的位置点。这样固然可以满足配送的需要，不过却不得不人为加长尾车行进方向上的电缆长度，浪费了材料。原因是相对于料场而言，堆料机上电缆卷盘的左右行驶距离不是对称相等的。所以电缆坑的位置，应是电缆卷盘在左右两极限位置停车时，所产生距离的中间点作为电缆坑的最佳地点。即节约了成本，也使电缆长度合理。

2 细化堆料机内部结构设计

根据不同料场的特点，在满足工艺的要求之后，堆料机的基本形式就定下来了。接下来就要对堆料机的各部件进行设计。堆料机主要由：配重系统、行走机构、堆料臂架、液压系统、尾车、动力电缆卷盘、控制电缆卷盘、控制室、行走限位装置等组成。工作时，物料通过来料车上的来料皮带被源源不断的送到堆料臂架上，堆料臂架按设定的程序或定点堆料或往复堆料进行堆料作业，在达到堆高要求后，臂架上仰至最高角度，准备换堆作业。在臂架上仰下俯的堆料作业过程中，行走机构带动整机在轨道上行进。各部件协同作业，完成堆料任务。

2.1 配重系统

现在的配重一般采用的是钢筋混凝土结构，而不采用以前配重箱和配重块的结构。现场制作，节约生产和运输的成本。配重的合理加载是要保证重心在两轨之间。

2.2 悬臂部分

悬臂架由两个变截面的工字型梁构成。横向用钢板连接成整体。工字型梁采用钢板焊接成型。因运输限制，臂架厂内分段制造，现场焊接焊接成整体。

悬臂架上面安有胶带输送机，胶带机随臂架可上仰、下俯。首先要确定带宽、带速等参数，再设计与之配套的臂架钢结构。

比如，堆料量Q=400t/h，煤γ=0.9t/m3

以DTII型胶带输送机手册为参考，先根据带速V，带宽B与能力Iv之间的关系表格，初定带宽和带速的值。

按手册初选Iv=496，对应B=800，V=2m/s。

则实际运量能力Iv'

=Iv*γ*k=496*0.9*0.89=397.296<400

K：倾斜输送机面积折减系数

假设不成立。加大一档。

选Iv=620，对应B=800，V=2.5m/s，其余不变。

则实际运量能力Iv'

=Iv*γ*k=620*0.9*0.89=496.62>400

假设成立。

再核一下带宽。

Q=S*V*γ*k

S：胶带机物料最大横截面积;V：带速;γ：容重;k：倾斜输送机面积折减系数

将各已知值带入上述公式，可推导出横截面积S小于DTII型胶带输送机手册中的标准值，则合理。若大，按上述步骤加大一档，重校核。

值得注意的是，在胶带机的落料端，设有挡料板，和皮带拉紧装置。在皮带张紧后，挡料板用于调节落料的轨迹，使料堆中心线不产生太大的误差，以免料堆倾斜，覆盖一侧轨道。

2.3 行走机构

行走机构由支架和行走驱动装置组成。支架与上部悬臂铰接，堆料臂的全部重量压在支架上。立柱下端外侧与一套行走驱动装置连接，内侧与一套行走驱动装置连接成一体，每个端梁配一套驱动装置，驱动装置共两套。

图 2

行走驱动装置采用三合一齿轮减速电机—车轮系统的传动形式，驱动系统的同步运行是靠结构刚性实现的。

功率的计算：

P：整机总重（Kg）；w：摩擦阻力系数取w=0.006；F：胶带阻力（Kg╳g）；D：车轮直径（m）；n：电机转数；（r/min）；K：备用系数，堆取料机中通常取用1.4 ；i：总传动比；m：电机数量；

上述公式可直接计算出行走所需的功率，应用此公式时，要求已知电机转数和数量，在计算之初就要确定好。n为单台电机的功率，整机行走驱动功率值为n×m，通过以上计算得到的功率可以作为初步设计值应用。

2.4 来料车

堆料胶带机从来料车通过，将堆料胶带机运来的物料通过来料车卸到悬臂的胶带机上。来料车由卸料斗、斜梁、大小立柱、平台等组成。设计时要注意的是，来料车的尾部不宜过长。因为一般来料车的尾部是悬空设计，尾部太长在走行时，会造成抖动严重的现象。

来料车倾斜角度的设计源于堆高的高度。料堆越高，堆料臂架上仰角度也越大，来料车自然也随之抬高。一般设计中来料车的角度常取15-16度。当出现尾部过长时，也可增加1-2度。使全局合理。

2.5 液压系统

液压系统实现悬臂的变幅运动。液压系统由液压站、油缸组成，液压站安装在立柱下部的平台上，而油缸支撑在支架和悬臂之间。

2.6 电缆卷盘

动力、控制电缆卷盘由单排大直径卷盘、集电滑环、减速器及力矩堵转电机组成。提供整机动力和传递与中控室的信号。

动力和控制电缆卷盘的选取原则是：先选取对应的电缆，根据堆数、长度、压降等方面，选择对应的电缆。根据电缆的重量、对地高度等参数，选择对应的卷盘型号。

2.7 控制室

控制室的选定不是随意的。它的原则是，根据电气控制柜的数量和大小，来确定控制室的大小。方向上要注意的是，在面向料堆侧有可随时观测的大窗口设计。这才是合理的布局，方便堆料作业时的控制。

其它还有许多需要主设人员考虑的方面，比如说，当地的海拔、气候条件、是室内作业还是露天作业。相对的就要考虑是否采用高原电机，防尘、防水等级。再者当地是三相几线制的电源，频率。设计中的各个细节都要仔细分析，才能保证设备的正常动作。

结语

对产品各部件全盘的掌握和了解是进行整机设计的基础。当着眼于全局时，一要保证设备的参数和性能可以满足客户对于堆料机的作业要求，二要保证堆料机在料场中与其它接口设备的顺利相接。这样，才能使作为非标设备的堆取料机达到合格的设计要求。

[1]高长明.矿物原料预均化[M].北京：中国建筑事业出版社，1983.

[2]机械工业部北京起重运输机械研究所.DTII型固定式带式输送机设计选用手册[M].北京：冶金工业出版社，1994.