斗轮取料机斗子结构对俯仰液压装置的影响及解决方法.pdf

2024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER斗轮取料机斗子结构对俯仰液压装置的影响及解决方法张辉，龚胜辉（马鞍山钢铁股份有限公司，安徽马鞍山 243000）【摘要】通过对斗轮取料机俯仰液压装置泄压造成悬臂下沉原因的分析，针对造成液压装置泄压的斗轮体斗子结构进行改进，减少斗子内部积料的产生，减少故障率，提高取料能力。【关键词】斗轮取料机；斗子；俯仰液压装置；链条【中图分类号】TH225 【文献标志码】B【文章编号】1006-6764（2024）02-0080-03 【开放科学（资源服务）标识码（OSID）】Influence of Bucket Structure of Bucket Wheel Reclaimer on Bending and Lifting Hydraulic Device and Its SolutionZHANG Hui，GONG Shenghui(Maanshan Iron and Steel Co.,Ltd.,Maanshan,Anhui 243000,China)【Abstract】By analyzing the reasons for the cantilever sinking caused by the pressure relief of bending and lifting hydraulic device of bucket wheel reclaimer,improvements are made to the bucket structure of the bucket wheel body which causes hydraulic device pressure relief,so as to reduce the generation of material accumulation inside the bucket,reduce the failure rate,and improve the reclaiming capacity.【Keywords】bucket wheel reclaimer;bucket;bending and lifting hydraulic equipment;chain引言马钢港务原料总厂一次料场的斗轮取料机主要用于向混匀配矿槽、铁厂烧结和高炉供料，主要物料为含铁原料、精矿粉、煤、块矿、石灰石等熔剂。斗子的结构需考虑到不同物料黏附性及相同物料不同含水率的黏附性，以降低物料的附着力，提高斗轮取料机取料能力。1 斗轮取料机简介斗轮取料机主要由斗轮机构、悬臂胶带机机构、回转机构、俯仰变幅机构、走行机构组成（见图1）。其中，斗轮机构由斗轮体、斗子、驱动装置等组成（见图2、图3），俯仰变幅机构由液压装置实现。斗轮取料机作业时，通过斗轮体旋转，带动安装于斗轮体上的斗子挖取物料至悬臂胶带机机构，通过悬臂胶带机运转将物料运送至料斗内，落入安装于斗轮取料机下方的胶带机上。斗轮从料堆上部往下部分层分段挖取物料，俯仰变幅机构控制悬臂胶带机机构带动斗轮上下动作，走行机构控制斗轮取料机走行位置。2 存在问题2.1 斗子结构存在缺陷斗轮体直径 6 000 mm，转速 7 r/min，斗子数量为8个。斗子结构在设计时既要考虑挖取作业时减少物料对其的磨损，又要尽可能使斗子内部平整，减少物料黏附，同时还得考虑制造工艺，使结构简单化。斗子呈楔形，内部狭长，外部宽广。因一次料场存储的物料品种多样，且物料含水率不同，造成物料黏附性差异极大，使得部分物料在取料过程中易在斗子腹部积聚1。2.2 物料黏附带来的影响（1）对俯仰液压装置的影响根据杠杆原理，动力臂是阻力臂的几倍，阻力冶金就是动力的几倍。因斗轮取料机悬臂距离铰点49.3 m，配重臂距离铰点23.5 m，俯仰液压装置位于铰点配重臂侧，距离铰点5.4 m。斗子内黏附物料重量经杠杆放大后，作用于液压缸及液压系统的力将放大至9倍2。当物料黏附造成斗轮体重量增加，液压缸起升动力被阻力抵消后，将造成悬臂在俯仰过程中起升困难，影响设备作业效率。当斗轮体重量增加到一定程度后，平衡被打破，液压系统油路中的压力超过安全阀设置的压力保护值，导致液压系统保护性泄压，造成斗轮体及悬臂下沉，可能造成生产中断或者只能小流量取料。当液压系统泄压时，若操作人员没有及时发现，在斗轮转动情况下斗轮体下沉至物料堆中，斗轮体挖取物料超出系统设定值，会对斗轮大轴及减速机造成伤害，甚至对整机钢结构造成不可逆的损伤。当悬臂处于水平位置时，斗轮机构、悬臂胶带机机构、配重装置及俯仰铰点组成的杠杆机构处于平衡状态，俯仰液压装置不受力，因斗子内物料黏附，造成斗轮机构重量增加，液压装置始终处于受力状态。（2）对生产、检修的影响在斗轮取料机作业过程中，多次出现起升困难及悬臂下沉现象。操作人员为了避免悬臂下沉造成事故，在取料流量上有意识进行控制，且因斗子内附着料导致斗容降低，进一步加剧取料流量的下降，导致生产效率降低，生产指挥难度增大。再者斗子内物料黏附堆积，在生产过程中不断挤压，也导致物料在斗子内部板结，在设备封堆检修时需先清理积料方能进行料斗的检修作业，增加了检修工作量。1#5#斗轮取料机在2019年1月3月间，月平均取料能力仅818 t，达不到取料机设计流量及正常作业流量，造成整个加槽系统长期低载陪运，造成能耗的浪费。2.3 日常维护的难度随着远程化、无人化的推进，操作、维护人员减少，斗轮取料机由2人操作1台设备改为1人操作1台设备、1人操作多台设备，无法及时发现、处理斗子内部积料。3 问题分析及解决措施斗轮取料机斗轮转速及最大斗容恒定，影响取料能力的主要因素就是斗子的真实斗容。现场状况反映，斗子内部积料是造成杠杆机构一端重量增加的原因。因此，消除斗子内部积料即是关键点3。3.1 斗子结构现状取料机作业主要通过斗轮体斗子挖取物料，在挖取过程中物料对斗子磨损较大，为减少物料对斗子的磨损，斗子外形设计为异型构造，内部平整度、图1 斗轮取料机结构示意图图2 斗轮机构示意图图3 斗子结构图802024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER就是动力的几倍。因斗轮取料机悬臂距离铰点49.3 m，配重臂距离铰点23.5 m，俯仰液压装置位于铰点配重臂侧，距离铰点5.4 m。斗子内黏附物料重量经杠杆放大后，作用于液压缸及液压系统的力将放大至9倍2。当物料黏附造成斗轮体重量增加，液压缸起升动力被阻力抵消后，将造成悬臂在俯仰过程中起升困难，影响设备作业效率。当斗轮体重量增加到一定程度后，平衡被打破，液压系统油路中的压力超过安全阀设置的压力保护值，导致液压系统保护性泄压，造成斗轮体及悬臂下沉，可能造成生产中断或者只能小流量取料。当液压系统泄压时，若操作人员没有及时发现，在斗轮转动情况下斗轮体下沉至物料堆中，斗轮体挖取物料超出系统设定值，会对斗轮大轴及减速机造成伤害，甚至对整机钢结构造成不可逆的损伤。当悬臂处于水平位置时，斗轮机构、悬臂胶带机机构、配重装置及俯仰铰点组成的杠杆机构处于平衡状态，俯仰液压装置不受力，因斗子内物料黏附，造成斗轮机构重量增加，液压装置始终处于受力状态。（2）对生产、检修的影响在斗轮取料机作业过程中，多次出现起升困难及悬臂下沉现象。操作人员为了避免悬臂下沉造成事故，在取料流量上有意识进行控制，且因斗子内附着料导致斗容降低，进一步加剧取料流量的下降，导致生产效率降低，生产指挥难度增大。再者斗子内物料黏附堆积，在生产过程中不断挤压，也导致物料在斗子内部板结，在设备封堆检修时需先清理积料方能进行料斗的检修作业，增加了检修工作量。1#5#斗轮取料机在2019年1月3月间，月平均取料能力仅818 t，达不到取料机设计流量及正常作业流量，造成整个加槽系统长期低载陪运，造成能耗的浪费。2.3 日常维护的难度随着远程化、无人化的推进，操作、维护人员减少，斗轮取料机由2人操作1台设备改为1人操作1台设备、1人操作多台设备，无法及时发现、处理斗子内部积料。3 问题分析及解决措施斗轮取料机斗轮转速及最大斗容恒定，影响取料能力的主要因素就是斗子的真实斗容。现场状况反映，斗子内部积料是造成杠杆机构一端重量增加的原因。因此，消除斗子内部积料即是关键点3。3.1 斗子结构现状取料机作业主要通过斗轮体斗子挖取物料，在挖取过程中物料对斗子磨损较大，为减少物料对斗子的磨损，斗子外形设计为异型构造，内部平整度、图1 斗轮取料机结构示意图图2 斗轮机构示意图图3 斗子结构图812024 年第 2 期总 第 270 期冶 金 动 力METALLURGICAL POWER弧度均比较小。在物料含水率高、黏性增加时，斗子内部物料无法顺利滑落。如改变斗子形状来提高斗子内部平整度及弧度，会加剧斗子磨损，影响斗子使用寿命，增加备件费用消耗；如不改变斗子外部形状，仅增加内部平整度及弧度，则会减少真实斗容，影响取料效率。3.2 局部改柔性结构通过观察斗子内部物料黏附位置可知，物料主要集中在斗子腹部及两侧，而两侧的物料因腹部积料的多少而不同，成正比变化，因此，应重点解决斗子腹部积料问题。（1）改造方案使斗子腹部易积料部位由刚性不动改为柔性可动。在斗子运转过程中，柔性可动部分产生振动或抖动，消除黏附料的附着力，使其掉落不产生积料。将现有斗子腹部开口并用数根环形链条连接在斗子上，形成柔性封闭结构4。改造后的斗子结构图如图4所示。斗轮取料机在取料作业时，斗轮体旋转，斗子挖取物料。在斗子挖取完成随斗轮体向上圆周运动时，旋转产生的离心力造成链条振动或抖动，抵消物料产生的附着力，使斗子内部不产生积料。（2）试验验证环形链条虽不如钢板密封性好，但在单个斗子改造后试验过程中仅有少量物料泄漏，不会对斗轮取料机作业流量产生大的影响。通过一个班次的作业观察，可有效减少斗子内部积料的产生。从而减少悬臂机构前端重量，消除因杠杆产生的大阻力。4 改造后效果2019年3月改造完成后，斗子内部积料得到明显改善，检修作业时间和生产作业时间降低；取料机作业过程中悬臂下沉现象基本消除，故障率下降明显；取料流量明显增加，设备作业效率明显提升，同时检修时长也得到缩短。4.1 取料效率对比改造前：平均取料流量818 t/h。改造后：平均取料流量1 061 t/h。现场观察斗子链条处撒料情况，仅少量细粉颗粒撒漏，对斗子真实斗容影响不大。4.2 使用寿命对比改造前：根据 2016年至 2018年更换的斗子数量计算，斗子使用寿命约1.875年。改造后：因项目建设部分设备需拆除，仅对比2#、3#斗轮取料机，其斗子使用寿命为1.8年。使用寿命降低不明显。4.3 经济效益分析2019年410月运行了5台斗轮取料机，造堆加槽取料共8 860 000 t。斗轮取料机改造后相比改造前节省了运转时长为 2 480 h，平均至单台斗轮取料机节省运转时长为496 h。单台斗轮取料机及其加槽胶带机系统总电机容量约为1 105.5 kW，按电价0.6元/kWh，410月份节约电费32.9万元，5台斗轮取料机共节约电费约164.5万元。2019年1112月运行了4台斗轮取料机，造堆加槽取料共1 926 300 t。斗轮取料机改造后相比改造前节省了运转时长为539.3 h，平均至单台斗轮取料机节省运转时长为134.825 h。1112月份，单台斗轮取料机节约电费8.94万元，4台斗轮取料机共节约电费约35.76万元。综上，改造后的斗轮取料机在 2019年 412月份共节约电费200.26万元。5 总结此次对斗轮取料机斗子的改造针对性强，降低了故障率，提升了作业能力。改造方案简单实用，施工时间短，且不产生额外费用，同时减少了系统低效运转时间，取得了一定的经济效益。参 考 文 献 1 杨达.基于ANSYS结构强度分析的取料机轮斗改造 J.设备管理与维修，2017（7）：69-71.2 王虎.取料机整机配重调平技术 J.港口装卸，2020（1）：39-40.3 刘伟锋.斗轮堆取料机取料能力的提升改造 J.矿业工程研究，2012，27（3）：77-80.4 董瑞佳，张洪国，赵辉，等.斗轮取料机的轮斗修复 J.起重运输机械，2018（6）：160-161.收稿日期：2023-11-07作者简介：张辉（1983-），男，本科，工程师，现从事机械专业技术工作。图4 改造后的斗子结构图82