简析物料特性对土石料堆取机械性能的影响

张永丽

（辽宁轨道交通职业学院，辽宁 沈阳 110023）

1 国内土石料堆取机械的发展阶段

总体来说国内土石料堆取机械相对于国外还是有研究空间的，有些技术还是需要和国外合作开发的，国内的发展主要经历了以下3 个阶段：

（1）第一阶段。小型堆取设备在国内逐步开始设计研发，始于60 年代末，由辽宁大连工矿车辆厂设计，并投入使用。

（2）第二阶段。国外先进技术不断被引进，进入到设备的快速发展阶段。这一时期，因为我国设计水平还不高，大项目主要采取整机进口方式，尤其是当时最大、技术最先进的设备，其技术基本是来自其他先进国家的。

(3)第三阶段。随着国内大型的土石料堆取机械的需求量越来越大，我国的设计制造能力已经与国外很多企业相当，完全可以生产取代国外进口的同类产品[1]。

另外，土石料堆取机械正逐步进入智能化研究阶段，无人作业进入了土石料堆取机械的研究范畴，国内一些大型企业不断汲取国外先进经验，开始了与国外的技术合作[2]。

2 物料黏性对土石料堆取机械性能的影响

对于土石料堆取机械来说，最难解决的就是实际生产中物料黏性大的难题（图1）。由于土石料的黏性大，流动性就差，那么，在堆积土石料的过程中，土石混合料会形成自然休止角（图2），如果这样，料耙就无法正常进入到料堆内部，就无法实现相应的机械性能（图3）[3]。料耙是土石料堆取机械的关键的功能性部件，需要我们去研究影响物料流动性的主要因素，不断更新设计新型料耙和耙齿结构，提出新型料耙的设计理论，这样，才能使土石料堆取机械应用更为广泛，推动行业进步迈向新台阶。所以，针对含水率高、黏性大，流动性差的土石料，我们应该重视开展有关物料基础特性的研究[4]。

图1 湿度很大的土石混合料

图2 湿度很大的土石混合料料堆

图3 料耙在土石料面受阻

（1）分级

针对物料的物理特性，可对土石料按直径进行分级，分为0~10、10~30、30~50、50~100 mm 4 个级别，分别测定不同分级条件下土石料的外摩擦角，从而得到不同分级情况下的土石料的自然休止角[3]。

（2）含水率

物料的含水率对其外摩擦角的影响很大，我们选取4 种直径（4 种不同的物料按直径大小分级），每种直径的物料又选取两种不同的含水率：正常含水率状态和潮湿状态，正常含水率为3%~8%，潮湿状态含水率为8%~15%，利用自制的摩擦角测试仪对不同物料在两种不同含水率情况下分别测得外摩擦角[5]。

临界状态为物料沿摩擦角测试仪的倾斜表面初速度为零时可自由滑下，从测试仪中读取角度参数，由此记录摩擦角，然后进行数据分析。

含水率相同的情况下，物料的外摩擦角和颗粒直径呈现一定规律。外摩擦角的变化受物料直径大小的影响是比较明显的，所以，物料的大小可以作为物料流动性重要影响因素之一[6]。

（3）混合因素影响

可同时做含水率对外摩擦角的影响测试。当物料直径大小一定时，正常含水率情况下外摩擦角和潮湿状态下的值不同，但并不是呈现含水率越大，外摩擦角值越大的规律，与物料直径有一定关系。因此，含水率同样是我们研究物料特性的重要因素指标。可同时测定土石料的密度，可为后期设计提供主要参数和理论基础。一般情况下，含水率在3%~8%的土石料的休止角为37°~41°，含水率在8%~15%的土石料的休止角为41°~46°。

3 结 语

本文浅谈了物料特性对土石料堆取机械研究的影响，并总结了含水率和物料直径大小都是影响物料流动性的重要因素，对研究土石料堆取机械的研究有着重要意义。

可利用摩擦角测试仪开展针对物料直径和含水率对自然休止角影响的定量分析，首先获取相关实验室数据，这是可以实现的。

如有条件可以在现场开展对实验室相关数据的核实那是最好的，当然，这个过程复杂，需要在不同料场长时间积累数据，然后整理分析，对于研究土石料堆取机械的性能参数有着重要意义[7]。

另外，对于土石料堆取机械的料耙参数可否开展类似于农业机械中的仿形研究，综合物料物理特性对自然休止角的影响等因素，实现料耙性能的突破性改变是值得思考的问题[8]。