一種基于礦石碼頭的履帶式防堵料裝置

王海瀾

（交機電工程局有限公司，北京 100088）

在礦石碼頭卸船過程中，半塊狀和粉狀礦石變成礦料時，容易在轉接機房的漏斗溜槽底部的收口處發生堆積，礦石流量過大就會發生堵料，嚴重影響卸船效率。通常采用人工捅料和開啟振打器，但疏導礦料效率低下、收效甚微。針對以上狀況研制的履帶式防堵料裝置可有效地解決堵料問題。提高了卸船效率，節省了總成本。

1 防堵料裝置的工作原理及特點

1.1 裝置的結構組成

如圖1 所示，1 和5 分別為上、下清掃器，用來清除履帶上粘滯的礦料。2 為彈簧懸掛裝置，使下清掃器保證緊貼著履帶工作。3 為防堵料裝置機架，是整個裝置所有部件連接的結構框架。4 為電機驅動單元，由交流電機、行星減速器和蝸輪蝸桿減速器組成。6 為支撐鏈輪，共3 組，起到支撐并驅動履帶運行的作用。7 為履帶，履帶板表面有凹槽可以實現料打料，增加耐磨性；8 為罩殼，由鋼板焊接組成，起到回收余料到皮帶機的作用。

圖1 裝置結構的組成

1.2 裝置的工作原理

當碼頭卸載礦料時，設置在漏斗溜槽底部收口斜板處的裝置開始工作：電機驅動鏈輪，使履帶緩慢運轉，攪動其附近致密的積料使之松動，且履帶上的礦料不斷地被下清掃器刮掉，循環運轉，達到防止礦料堆積堵料的效果。余下漏料由罩殼收集并回收線上，避免了二次污染、浪費。如圖2 防堵料裝置安裝及料流示意。

1.3 裝置的技術特點

因為此裝置工作環境惡劣復雜，為了提高其可靠性，整套裝置不增設任何傳感器，由4 顆螺栓固定在漏斗溜槽底部的斜板上。當需要清理礦料時，開啟裝置后履帶便持續勻速運轉。裝置各部件應具有耐磨損、耐腐蝕、可靠性高等，所以履帶板、銷軸、驅動鏈輪和各支撐鏈輪采用錳合金鋼，銷軸直徑d=16mm。履帶防護采用料打料保護策略。

考慮到上下清掃器工作壽命和經濟因素，采用鑄鐵材質并可更換設計。為防止履帶與下清掃器因夾料導致裝置崩壞，下清掃器設置彈簧懸掛器，有效避免上述問題發生。采用行星齒輪和蝸輪蝸桿混合的減速器驅動履帶，使裝置結構緊湊，且保證履帶的基礎推力，輕松帶走履帶與下清掃器之間的夾雜礦石。

圖2 防堵料裝置安裝及礦料運動狀況示意圖

2 防堵料裝置的危險部件強度校核

卸料過程中，礦料對漏斗溜槽內有傾斜角度襯板的沖擊較大，裝置代替了原有部位陶瓷襯板，須承受沖擊而不發生損壞。根據漏斗溜槽結構結構分析，履帶的部分是校核的重點，履帶上的銷軸（直徑最細）屬于危險部件。

結合黃驊港礦石碼頭卸船給出分析，建模選參數：選取T4 轉接機房的漏斗進行分析，漏斗最大高度為11m，鐵礦石密度為4800kg/m3，礦料垂直初始速度v0=0m/s，皮帶機運力設為超載值7500t/h，假設不考慮內摩擦，漏斗內傾斜襯板的平均角度為60 度，礦料在漏斗溜槽內運行軌跡如圖2-1，礦料滑行到傾斜溜槽結束時的垂直速度為v1，運動到最后傾斜襯板前一刻垂直速度為v2，礦料出口（經測量）垂直速度約為v3=5m/s。

如圖2 礦料運動狀況所示，斜溜槽為漏斗總高度的2/5，傾角為60°。根據上述條件，求解礦料下落到底部沖擊防堵料裝置前一刻的垂直速度v2。

根據（1）、（2）式帶入數據得v2=13.3m/s。

根據皮帶機最大運力和鐵礦石密度，求得每秒沖擊在防堵料裝置的質量為m=2083kg，根據沖量守恒mv2?mv3=F1t，假設每秒鐘的礦料沖擊在單塊履帶板上，單履帶板承受的沖力為F1=17289N。

履帶銷軸采用直徑d=16mm 的40Cr（調質處理）材質，查銷軸常用材料力學性能表得；此直徑的40Cr 銷軸許用剪切應力為σ=210MPa，根據此裝置履帶的鉸接特點，每塊履帶板相當由4 處銷軸鏈接。如果履帶被撕裂則需要沖力F2。

代入數據得：F2=168806NF2/F1≈9.8，即礦料的沖擊力是履帶承受最大沖力的1/9.8 倍，又因建模數據取極限值，故履帶性能滿足重載礦料持續沖擊。

3 防堵料裝置在碼頭現場的應用

此裝置結構堅固、緊湊，適用于運力較大的礦料運輸環境以及碼頭現有的普通漏斗改造安裝。不需要更換現有底部漏斗和專業廠家的協助。只需拆卸普通漏斗斜面上的陶瓷襯板并切割出與防堵料裝置匹配的方孔，開4 個尺寸合適的裝配孔并墊上橡膠密封圈，然后，用吊車、手拉葫蘆等起重工具把裝置固定裝配，即可完成防堵料漏斗的改造。

為了適應其惡劣的工作環境，緊固裝置的4 顆螺栓加強了防銹處理，漏斗內部設有沉槽孔，裝配好螺栓后在沉槽孔內塞入陶瓷塞，防止礦料對螺栓帽的沖擊破壞。為了防堵料裝置自身漏料，專門設置了余料收集罩殼，罩殼的材料采用不銹鋼材料制作，收集零散泄漏料流向皮帶機的工作面，目的是為了不造成二次污染和浪費。

4 結語

通過實踐分析碼頭運輸中潮濕粉狀礦料在漏斗內發生堵料的原理，研制出一種履帶式防堵料裝置，并通過3D 建模分析其機械結構布局的合理性、關鍵部件的可靠性和整體裝置的經濟性，分析其處理堵料核心部件的機械強度，此裝置的普遍適應性和對現有機房漏斗改造成防堵料漏斗的成本低的特點，得出此裝置有較高的實際應用價值。