翻斗式混凝土给料机的优化设计

朱星华 唐明金

（中国水电四局（兰州）机械装备有限公司，甘肃兰州 730000）

1 项目背景

为加快白鹤滩水电站导流洞混凝土浇筑施工进度和降低成本，提高布料机和自卸车的使用效率，降低混凝土浇筑施工成本，受建设单位委托设计研制翻斗式混凝土给料机。

目前大方量的混凝土主要采用混凝土搅拌运输车配合布料机供料，受搅拌运输车对混凝土性能的要求和供料速度的限制，布料机的使用效率未得到充分发挥，浇筑施工成本较高。混凝土施工采用的布料机以国外进口为主，设备价格较高，未充分得到利用，造成资源闲置。与布料机配套使用的混凝土搅拌运输车，要求混凝土要有较高的级配和较大坍落度，造成混凝土的原材料成本较高。为降低混凝土浇筑成本，解决不同级配和坍落度的混凝土均能用给布料机供料的关键技术问题，设计研发采用自卸车运输混凝土、可与布料机配套使用的翻斗式混凝土给料机。

该给料机专门用于为伸缩式皮带输送机等物料输送设备提供混凝土、沙石料等，授料仓适用于自卸车、铲车供料。该给料机的应用可以提高布料机等输送设备的利用效率，减少混凝土运输搅拌车的使用数量，改用自卸车运输混凝土,降低混凝土的级配和坍落度要求，降低混凝土的原材料成本和浇筑施工成本。

2 产品结构组成及功能特点

2.1 产品结构组成

翻斗式混凝土给料机结构组成如图1所示。

图1 结构组成

主要由基础钢架、翻斗料仓、悬挂式皮带输送机、行走轮装置、卷扬机、液压站、电气控制操作柜及拖杆等组成。

2.2 主要功能特点

（1）料仓采用自提升系统，料仓放下时靠近地面，料口离地面高约60 cm，任意型号自卸车均可以自由喂料，通过给料机自身的一套提升系统实现料仓翻转卸料。

（2）采用卷扬机和钢丝绳作为料仓提升的执行机构，具有维修保养简单、操作方便的特点，与液压顶升油缸操作相比，更适用于混凝土装卸料等具有一定冲击和环境条件恶劣的工况。

（3）料仓闸门具有开度调节功能，可根据需要调节卸料速度。

（4）设置可转向的行走轮装置，借助装载机等其他设备可方便短距离移动，满足不同仓号快速布置设备的需要。

（5）料仓上下极限位置设置限位开关，确保料仓翻转安全。

（6）在料仓底部设置振动电机，对黏度较大、可能出现黏结的情况用振动电机辅助清理残留混凝土。

3 产品主要技术参数

产品优化前后的主要技术参数如表1所示。

表1 产品优化前后的主要技术参数

4 设计原理

该产品的核心设计部分为料仓的形状及其提升执行机构的设计，通过卷扬机的操作实现料仓的翻转提升和下落，每提升一次可完成一仓混凝土的装卸，且给料速度可通过设置在料仓上的仓闸门调节。悬挂式皮带机采用变频调速电机，可根据混凝土浇筑施工强度的需要调节给料速度。该翻斗式混凝土给料机在支腿上设置可转向行走轮装置，需要挪动位置时，通过拖杆借助载重汽车等其他牵引设备可将给料机整体移动。电气和液压系统操作控制统一集成到电控操作柜面板，电气控制操作有悬挂式皮带机的电机启动、停止、调速，仓闸门打开和关闭，内置式卷扬机启动、停止、正转、反转，皮带机变幅折叠油缸和仓闸门油缸的伸缩。

料仓提升系统原理见图2所示。

图2 料仓提升系统原理

5 优化设计的难点及其解决措施

（1）基础钢架的设计主要考虑在满足整体稳定性和强度的同时，尽可能将卷扬机、滑轮、钢丝绳以及电控操作台和液压站紧凑、美观、合理布置。确定设计方案时对各种方案进行比对，选定采用内置式卷扬机，将卷扬机布置到最底层，滑轮布置到两侧面，通过滑轮改变钢丝绳的方向实现料仓翻转起落。

（2）料仓的形状应考虑便于自卸车向料仓内卸料以及料仓内的物料便于往皮带机上卸料，在料仓翻转的过程中要保证料仓的稳定性和安全性。料仓翻转到最高极限位置时卸料角度的确定是料仓设计的关键，经过多次试验总结，料仓仓壁卸料角度在60°以上，各种坍落度的混凝土才能顺序通过仓闸门落料到皮带机上。料仓的出料口需要与皮带机相配合，出料口较小，仓闸门为平板闸门，仓壁拐角处容易出现混凝土料聚集现象，在对拐角进行圆弧过渡处理后，卸料变得顺畅，很少黏结产生混凝土残留。将料仓的拐角改为圆弧过渡的设计，平板仓闸门改为弧门设计。根据使用方的要求，为提高施工速度，将料仓容积由3 m3改为6 m3。

改进后的料仓形状如图3所示。

图3 容积6 m3的料仓

（3）由于料仓在翻转过程中对基础钢架空间要求不同，加上皮带机为倾斜布置向上输送物料，将料仓与皮带机进行合理布置到基础钢架上，留出电控操作柜和液压站的布置空间，经过反复对比分析确定合理的布置方案。

（4）为满足给料机短距离行走的需要，最初设计采用重型万向脚轮，给料机自重大不便于进行方向控制，经试验后改为拖杆拖动行走轮转向的方式。

（5）由于料仓有4个截面尺寸不同的截面形状和1个与出料口仓闸门相配合的曲面，制作时需要绘制精确的展开图，卷制时采取多次滚压的方式控制瓦片形状。绘制展开放样图时采用了Solidworks软件，保证了放样图纸的准确性。

6 试验情况

（1）在白鹤滩水电站右岸导流洞底板浇筑施工过程中，给料机结合布料机浇筑常态混凝土生产试验从2013年4～8月共进行四次试验。试验情况如表2所示。

表2 给料机生产试验情况

第四次试验，选用4台自卸车（容量15 m3运6 m3）水平运输，混凝土坍落度70～90 mm，浇筑方量132 m3，用时约14 h（含布料机故障处理及操作人员用餐时间合计约3 h），平均入仓强度9.81 m3/h，最大入仓强度14.79 m3/h。

（2）2013年8月25日和26日3 m3给料机完成右岸导流洞底板连续两个底板仓浇筑，入仓混凝土约270 m3，用时22 h（含布料机操作人员用餐和等待自卸车的时间合计约2 h），平均入仓强度约12.3 m3/h。

（3）将3 m3给料机料仓侧面板进行加高，其他主要受力部位进行加固后，于2013年9月10日采用每次装入料仓6 m3混凝土进行试验，完成右岸导流洞半幅底板仓浇筑，入仓混凝土约135 m3，用时约7 h，平均入仓强度约19.3 m3/h。基于此次试验，仍未达到30 m3/h的要求，为此进一步优化给料机设计，将料仓容积改为6 m3，出料口相应加大，料仓体型也进行了优化。

（4）优化后的6 m3混凝土给料机在左岸坝尖834 m高程平台于2014年4月5日进行了首次生产试验，设备性能稳定，满足各项功能要求。2014年5月22日在右岸上红岩排导渠进行试验，共入仓浇筑144 m3，给料机连续运行约4.5 h，平均入仓强度30～36 m3/h，浇筑速度达到预期要求，超过采用混凝土运输搅拌车配合布料机的浇筑速度。

7 结语

通过对该翻斗式混凝土给料机的优化设计，进一步提高布料机等物料输送设备的利用效率，减少混凝土运输搅拌车的使用数量，实现短距离采用自卸车运输低级配和小坍落度的混凝土，降低混凝土浇筑成本，帮助工程建设单位和使用单位降低施工成本，为类似工程施工提供借鉴经验。