PL380/52特大型散料門式耙料機的設計*

王存明 蔣文榮 張鎖龍 劉 麟 王 光 陸憲輝

（1.信息產業電子第十一設計研究院科技工程股份有限公司 2.常州化工設備有限公司3.常州大學機械工程學院 4.常州市過程裝備工程技術中心)

PL380/52特大型散料門式耙料機的設計*

王存明**1蔣文榮2，4張鎖龍3，4劉 麟3，4王 光2，4陸憲輝2，4

（1.信息產業電子第十一設計研究院科技工程股份有限公司 2.常州化工設備有限公司3.常州大學機械工程學院 4.常州市過程裝備工程技術中心)

PL380/52特大型散料門式耙料機是大型化肥生產裝置的重要配套設備。詳細論述特大型散料門式耙料機設計的目的、依據和方法，為設計更大耙料能力和更大跨度的散料門式耙料機提供參考。

門式耙料機 設計 散料 化肥 自動化

0 前言

近十幾年來，我國化肥工業在產業布局和集中度、技術裝備水平、資源綜合利用、環境保護等方面取得了一定的進步。我國化肥工業基本形成了產、供、銷相對獨立和完善的體系，走出了一條適合我國國情的、基本自給的、資源利用和環境友好協調發展的路子。

在產業發展過程中，化肥產業組織結構調整及重組，由大型化肥企業替代小型化肥企業的生產模式，不僅是我國化肥行業提高生產效率和能源利用率、降低環境污染的必要手段，而且也是保障我國化肥行業又好又快發展的重要措施。

耙料機作為化肥生產包裝的重要設備，是大型化肥廠最大的移動設備 （見圖1）。一般大型化肥廠都設有一座大型化肥散裝庫，在無包裝條件時由膠帶輸送機將化肥均勻撒入散裝庫中，當需要包裝時再由耙料機將化肥耙到膠帶輸送機上，送到包裝工段進行定量包裝。

1 我國大型散料門式耙料裝備的現狀及發展趨勢

我國一些化肥生產企業 （中國石化安慶分公司、四川瀘天化股份有限公司、滄州大化集團有限責任公司等）從20世紀70年代開始從德國、法國等國家引進耙料機成套設備。由于當時包括耙料機成套設備在內的數種類型的大型化肥裝置核心技術由國外企業所壟斷，開發具有自主知識產權的耙料機就成了當務之急。1980年前后我國組建了由六部委參與的 “引進設備國產化辦公室”，由原化工部牽頭，對大型化肥裝置中的重要設備進行國產化開發，使之具有自主知識產權。

圖1 散料門式耙料機

近年來，隨著化肥產業結構調整及重組的深入開展，化肥生產企業的大型化和集中化迫切需要其生產過程中的設備進行更新換代。例如，目前尿素裝置生產能力正由原 “30-52工程”（即年產30萬t合成氨/52萬t尿素工程）向 “50-80工程”方向發展，并正向 “70-120工程”等更大規模發展，而與之配套的耙料機卻無法滿足生產裝置的需求?，F有的耙料機由于噸位過小，成為化肥生產企業大型裝置的短板，不但嚴重制約了現有大型裝置的生產效率，而且耙料機單位產值的能耗較高，造成能源的較大浪費。國內能生產此類設備的企業有常州化工設備有限公司、常州第二化機廠和上海大神力公司等。雖然國內有企業在原有PL240/48門式耙料機基礎上進行了放大設計，生產了PL350/50門式耙料機，但只是幾何放大，并未真正掌握其核心技術，所以在業主索要設計依據時無法提供。為了提高化肥生產大型裝置的生產效率和能源利用率，掌握開發大噸位、高性能、環保節能、安全可靠的大型耙料機技術已迫在眉睫。

掌握特大型散料門式耙料機的設計，對提高我國化肥生產大型裝置技術水平，有效降低化肥生產成本，增強我國化肥行業在國際市場的競爭力，有效節約能源都是有益的；同時，也是在我國耕地面積減少和人口增加的雙重壓力下，保障我國糧食和農產品持續穩定豐產增收的重要前提。該裝備的開發將拓展我國在東南亞的化肥設備市場，增強企業核心競爭能力，對參與大型機電設備國際競爭創造了有利條件。另外該技術還可以推廣應用于糧食、建筑、礦產等行業散料的輸送，極大地提高產品的適應性和應用領域。

2 特大型散料門式耙料機的設計

PL380/52型耙料機是跨度為52 m、耙料量為380 t/h的特大型散料門式耙料機，其設計須解決以下三個方面的關鍵技術問題：

（1）以減輕設備自重、降低材料消耗為目標的耙料機整機鋼結構受力分析與優化設計；

（2）以提高耙料能力和耙料效率、降低能源消耗為目標的耙料系統結構優化設計；

（3）以創新耙料機操作控制理念，提高設備自動化、智能化控制水平，提高耙料機操作效率為目標的操作控制系統的優化設計。

以上三方面的關鍵技術具體細分為以下內容。

2.1 耙料機整體門架的受力分析與優化設計

由于耙料門架質量達180 t，跨度達52～54 m，自重引起的變形和受力是耙料機門架優化設計主要影響因素之一。由于在制造和安裝兩種不同狀態下耙料機的變形都達到300～400 mm，其自身的變形直接影響產品的正常運行和安裝的精確度，故其受力狀態對結構設計和承載能力有很大影響。通過對耙料機整體門架的受力分析，利用理論和數值模擬相結合的方法，分別計算下述項目:

（1）門架在制造時應預留的反變形量；

（2）門架安裝后的初次變形量；

（3）將耙臂耙鏈等附件裝上后的最終變形量，以及門架中的應力水平和應力分布情況；

（4）當門架兩端出現一定量 （如300 mm）的行走偏斜時門架中的應力水平和應力分布情況。

以上計算包括空載靜止時的載荷和工作運行時的載荷兩種狀態。

2.2 耙料機最大行走誤差估計和糾偏設計

首先計算行走輪作用于軌道上的壓力載荷，而后對水平導輪作用于軌道的水平力和力矩進行計算，估算耙料機行走輪的最大行走誤差，進而對行走輪的行程和軌道進行糾偏設計，達到控制行走輪行走誤差的目的。由于跨度達50～54m，其行走偏差將對控制系統提出很高的要求。

2.3 耙料機端梁的優化設計

分別對A、B端梁的強度、剛度及撓度進行校核計算，并確定耙料機A、B端梁在制造時的反變形量 （或稱預變形量），根據計算結果對A、B端梁進行優化設計。

2.4 耙料機主副耙臂結構優化設計

對耙料機主副耙臂的強度、剛度及撓度進行校核計算，重新對耙臂結構進行全面優化設計。

2.5 耙料機耙料能力及能耗的優化設計

通過數值分析和試驗相結合的方法，對耙料機的耙料過程進行模擬分析，計算耙料機耙料能力，并建立耙料量與耙板高度、寬度、間距、速度之間的關系式，進而優化耙板和耙鏈結構。

2.6 耙鏈結構優化設計

在耙料機工作運行過程中，耙鏈承受巨大的工作載荷，一旦耙鏈斷裂，不但會造成生產停工，甚至會導致嚴重的安全事故，因此需對耙鏈工作時所承受的最大工作載荷進行計算和強度校核。在此基礎上對耙鏈進行全新優化設計，以滾子鏈取代老式的板式鏈，使耙鏈與軌道由滑動摩擦改為滾動摩擦，從而大幅降低動力消耗。對鏈輪及軌道進行優化降噪設計，以降低運動噪聲。獨創性地對耙鏈進行潤滑設計，以改善耙鏈關節潤滑狀態，延長耙鏈使用壽命，最大程度地節約能源。

2.7 耙板結構優化設計

針對原有耙板自重大、過于平直、耙板有效高度小、耙板效率較低的狀況，通過模擬試驗和理論研究，開發出自重小、板效率高的耙板，從而提高耙料機耙料能力，降低能源消耗。

2.8 主副耙臂組合結構的優化設計

現有耙料機無論是進口產品還是國產產品，由于其結構及操作控制上的原因，耙料機在自動運行結束后仍殘存有10%～15%的余料，必須通過繁瑣的、效率低下的手動操作來完成余料回收作業；且由于耙料機結構原因，最終仍殘存約1%的余料無法耙送，形成死料，只能另行安排人工清理。以設計總庫容量為25 000 t計，1%的余料也將達250 t，且都是壓實了的僵死料，人工清理特別費時費力。新設計的耙料機從操作控制理念和結構等入手，取消了手動操作的余料回收作業程序，在全自動操作狀態下實現尿素耙取完畢的功能，從而可大幅度提高操作效率，顯著減少能源、人工消耗，降低工人操作強度，提高經濟效益。

2.9 操作控制系統設計

耙料機操作控制系統將摒棄原來的機械僵化操作控制模式，創新操作控制規則，充分利用現有先進控制技術，在耙料機大車運行、大車行走糾偏、耙臂角度控制、主副耙臂安全距離保持控制、耙板吃料深度調節、各種安全保護措施設置以及耙料機各運行參數的檢測、反饋、控制等方面實現高度自動化、智能化。要求耙料機的運行狀態、故障信息方便可查，對故障具有一定的自診斷能力。耙料機的操作從自動運行程序到具體手動操作動作都進行人性化改進，以改善操作人員的勞動環境，降低勞動強度。

耙料機整體優化設計流程如圖2所示。

圖2 耙料機整體優化設計流程

3 總結

PL380/52特大型散料門式耙料機是大型化肥生產裝置的重要配套設備。本文詳細論述了特大型散料門式耙料機的設計方法，可為設計更大耙料能力和更大跨度的散料門式耙料機提供參考。本文論述的全新優化設計的耙料機操作控制理念先進、耙料能力大、耙料效率高、能源和人工消耗低、運行安全可靠，完全滿足化肥裝置大型化、自動化、信息化、環保節能、安全可靠的要求。這種優化設計代表了耙料機今后發展的方向。

Design of PL380/52 Oversize Bulk Portal Harrower

Wang Cunming JiangWenrong Zhang Soulong Liu Lin Wang Guang Lu Xianhui

PL380/52 oversize bulk portal harrower is an important matching equipment for large fertilizer plant.Detailed discussed the design objective,basis and method of oversize bulk portal harrower,to provide reference for design of harrower with larger capacity and greater span.

Portal harrower;Design;Bulk;Fertilizer;Automation

TQ 051.23

2012-12-12）

常州市科技支撐項目資助 （CE20120094）。

**王存明，男，1978年生，工程師。無錫市，214071。