弧形對開閘門液壓放料裝置在太平礦業公司的應用

張瑋 唐金玲 高曉國

摘要：太平礦業公司采用普通平板閘門液壓放料裝置時頻繁出現故障，尤其在冬季發生故障后倉門難以開啟，導致物料不能及時放出，凍結在料倉中。在參考DEZ-80型平板閘門的基礎上，通過加大功率、增加自主設計的小型液壓站、提高裝置動作速度、改變倉門結構等，進行了多次試驗，設計并實踐了一種新型的弧形對開閘門液壓放料裝置。現場應用表明：該裝置能在惡劣環境下穩定可靠運行800?h以上，冬季設備運轉率由89?%提高至98.6?%，車輛滿載率由75?%提高至100?%，減少了運輸車輛，可快速更換配件，且僅需每月檢查維護一次，大大節省了檢修時間，值得推廣。

關鍵詞：破碎系統;放料裝置;液壓系統;閘門;設備運轉率

中圖分類號：TD45文獻標志碼：A開放科學（資源服務）標識碼（OSID）：

文章編號：1001-1277（2021）02-0055-04doi：10.11792/hj20210211

引?言

原礦破碎后的成品料，一般情況下會被輸送至緩沖礦倉或成品料倉，然后通過倉口的放料裝置，由工程車輛或輸送帶輸送至下一工序或堆浸場。放料裝置閘門開閉頻繁、運行環境惡劣、單位時間內流量大。成品料倉的放料是破碎系統最末端的一個環節，也是極為重要的一個環節，放料裝置是否高效、可靠，對生產影響極大，一旦發生故障不能在短時間內解決，特別是在露天堆浸礦山，成品料倉就會滿倉，導致停產。內蒙古太平礦業有限公司（下稱“太平礦業公司”）采購的普通平板閘門液壓放料裝置時常發生故障，尤其在冬季發生故障后倉門難以開啟，導致物料不能及時放出，凍結在料倉中。因此，亟需對現有普通平板閘門液壓放料裝置進行技術改造，以達到安全高效生產的目的。

放料裝置多種多樣，在驅動形式上有液壓式、氣動式、絲杠式和電磁式等，在結構上有單開門式、雙開門式和插板式等，需要根據生產工況的具體要求合理選用、改進或重新設計。目前各企業采用的放料倉門驅動方式多為氣動式和液壓式[1]，在同等體積下，液壓裝置能比電氣裝置產生更大的動力;在同等功率下，液壓裝置的體積小、質量輕，即其功率密度大，結構緊湊且易于實現過載保護。堆浸礦山企業由于生產量大，作業環境惡劣，放料裝置尺寸大，倉內物料對倉門壓力大，需要較大的驅動力，基本都采用液壓驅動式的放料裝置[2]。這種液壓放料裝置的應用是實現生產過程自動化，提高勞動生產率等的重要手段之一，且其正向著小型化、微型化、高度組合化、集成化和模塊化、智能化、工作介質多元化發展。

1?工程背景

太平礦業公司破碎廠地處高寒偏僻地區，采用三段一閉路破碎工藝，日均破碎礦量5.8萬t（濕量），成品料粒度-9?mm占81?%，成品料密度為1.6?t/m3。成品料倉進礦量2?420?t/h左右，料倉高度14??m，容積400?m3，料倉放料口位于室外，無任何保溫設施，冬季室外溫度低于-22?℃。料倉內的成品礦通過倉口的放料裝置放至工程運輸車運走。原有放料裝置為DEZ-80型平板閘門，開閉速度慢，時常卡滯，故障頻發，尤其在冬季寒冷的環境下，更不能連續可靠運行，經常導致料倉滿倉，緊急停車，嚴重制約生產。為解決該問題，太平礦業公司重新設計制作了一種新型的弧形對開閘門液壓放料裝置，取得了良好的應用效果。

2?液壓放料裝置設計及應用

弧形對開閘門液壓放料裝置主要由帶有方形法蘭的倉門本體、弧形對開閘門、液壓推拉桿、液壓站、電氣系統等組成（見圖1）。其中，液壓系統的設計極為關鍵，電氣系統較為簡單。啟動后，通過手柄遠程控制電液換向閥改變液壓油流向，實現液壓推拉桿的伸縮，由液壓推拉桿驅動弧形閘門開啟或關閉，使料倉中的物料按要求間歇性放出。

2.1?機械部分

1）為滿足成品料逐車運輸的效率，弧形對開閘門液壓放料裝置采用雙扇弧形對開閘門，每扇閘門均安裝1根雙作用單活塞桿的液壓油缸作為推拉桿，兩扇閘門同時開閉，保證較快的開啟速度，最大開度時，橫截面積1?m2，確保物料快速通過。這種形式的對開閘門，通過液壓系統實現同步，不同于單液壓缸驅動一扇閘門，另一扇閘門作為從動部件，通過齒輪與主動閘門相連接的方式強制同步。

2）放料裝置內部靠近弧形閘門處焊接有緩沖板，以改變物料的沖擊角度和速度，減緩對裝置本體的磨損，內部其他部位貼有聚氨酯耐磨板。

2021年第2期/第42卷??機電與自動控制機電與自動控制??黃?金

3）弧形閘門在液壓推拉桿的推拉下，圍繞2個固定軸運動，實現開閉，單扇閘門開啟速度150?mm/s，關閉速度110?mm/s，具備任意位置停止的功能。液壓推拉桿與基座和閘門通過可靈活轉動的銷軸連接，該銷軸可以快速拆卸和安裝，在液壓推拉桿發生故障時，可以在短時間內更換整套備用推拉桿（見圖2）。在極限情況下，液壓推拉桿的最大推力可達到125?600?N，最大拉力可達49?600?N。之所以設計較大的閘門開閉壓力，是為了滿足料倉滿料時閘門大負荷的要求，并解決冬季礦料凍結時導致的閘門卡滯問題。正常使用中，液壓推拉桿的實際推拉力遠低于極限值。

4）為保證機械部分牢固可靠，倉門本體、閘門、轉軸、方形法蘭、液壓推拉桿基座等部位均進行了加強設計[3]。方形法蘭上均勻分布32個直徑30?mm的螺栓孔，通過螺栓與混凝土料倉原有的預埋件牢固連接。

2.2?液壓部分

1）液壓部分除滿足工況要求外，還應具備可靠、易維護、易排除故障、經久耐用等條件。該放料裝置摒棄了通過驅動電動機正反轉來改變油泵轉向，從而改變液壓推拉桿動作方向的方案，自主設計了一套小型液壓站，通過電液換向閥改變油液流動方向，實現液壓推拉桿的伸縮，避免了驅動電動機頻繁啟動和正反轉。液壓站與閘門推拉桿之間通過高壓軟油管連接，油管兩端均為快速接頭形式，拆裝方便。主要閥組、電動機等部件均安裝在自制油箱的上蓋，便于維護和檢修，最大額定運行壓力16?MPa。主要部件及部分型號見表1。

2）各主要參數的核算。液壓推拉桿運動過程中受力分析示意圖見圖3。依據工況可知，液壓推拉桿伸出速度v1=110?mm/s，收回速度v2=150?mm/s，液壓泵選取CBF-E440-ALP齒輪泵，排量40?mL/s，壓力等級16?MPa。油缸運行時的背壓（p2）約為0.1?MPa，在計算中可忽略[4]。計算公式如下：

3）以開啟閘門為例，該液壓放料裝置的液壓系統動作（見圖4）如下：

油泵啟動時，電液換向閥10處于中位，油泵處于空載狀態（油泵卸荷），當按下控制手柄的開門按鈕時，電磁鐵YA1通電，液壓油經過雙向分流集流閥12，雙向液壓鎖13、14進入液壓缸15、16的右腔，使液壓推拉桿退回，拉動閘門，此時閘門開啟，油缸左腔的油液經雙向液壓鎖13、14，雙向分流集流閥11后回油箱。在達到限位或控制手柄按鈕松開時，電液換向閥10回歸中位，系統卸荷，油缸左右2個腔室內的油液由于雙向液壓鎖的作用不流動，液壓缸在該位置鎖定。該液壓系統可使閘門具備任意大小的開度，以滿足裝車時的放料工況。系統維修時，可通過手動換向閥4將先導式溢流閥7的外控制口K與油箱接通，實現卸荷。實踐中，即使兩扇閘門有不同步的情況發生，在一個啟閉周期后，也會自動實現同步。

2.3?電氣部分

電氣部分除具備換向操作和急停操作的功能外，還具備對液壓系統的安全保護功能，在放料裝置油路上安裝有壓力傳感器，當超過指定壓力時報警并停機＼[5＼]。在弧形閘門關閉極限位置和開啟極限位置設置有位置傳感器，檢測到相應信號后，電液換向閥電磁鐵斷電，電液換向閥回至中位，使油泵處于空載狀態。自動檢測油箱溫度，適時開啟油箱加熱器，使液壓油在冬季保持合理的運行溫度。電氣部分盡可能做到設計簡單，沒有復雜的控制線路，故障率極低。在操作上也極為簡單，僅有一個操作手柄，其上布置有啟動按鈕、緊急停止按鈕、開門按鈕、關門按鈕和給工程運輸車輛發信號的警鈴按鈕5個按鈕，正常運行時，僅需操作開關門按鈕和警鈴按鈕。操作人員在室內，通過監控和現場玻璃視窗進行操作，作業環境較為舒適。

3?應用效果及故障處理

弧形對開閘門液壓放料裝置投入運行后，較以往效率大為提高，在工程運輸車輛連續時，成品料倉中的料位一直保持在1?m左右的低位。在冬季-22?℃的外部環境下運行依然可靠，故障率低，在連續800?h的生產作業中未出現任何故障，更沒有出現閘門凍結打不開的情況。

投入使用一年后，其中一根液壓推拉桿出現一次動作緩慢、時而不動作的故障，經檢查為雙向分流集流閥內部一端彈簧疲勞斷裂所致。由于該液壓放料裝置在給工程運輸車放料時，每輛車至少要動作3次，液壓閥組長期頻繁動作會導致內部彈簧疲勞斷裂，因此該故障是這個裝置的易發故障，在日后的維護中，務必要使用質量可靠的液壓閥和其他配件。

弧形對開閘門液壓放料裝置完全滿足了太平礦業公司破碎生產線每月連續生產28?d，檢修1～2?d的生產要求，冬季設備運轉率由89?%提升至98.6?%。由于該裝置的雙扇弧形閘門可以開啟任意大小，在實際操作向工程運輸車上放料時，開始時倉門開至最大，快速下料;放料快要結束時，倉門只開較小角度，物料少量、均勻流下;待車廂料滿后關閉。在不灑料的情況下，保證了工程運輸車輛的滿載，車輛滿載率由75?%提高至100?%，成品料工程運輸車輛由24輛減少為18輛即可滿足運輸要求（相同運距下，隨著堆浸場的推移，運距改變，車輛數略有不同）。

弧形對開閘門液壓放料裝置具備快速更換的要求，時間緊迫時，可將液壓站與液壓推拉桿間油管的快速接頭斷開，迅速更換備用液壓站或備用液壓推拉桿，全過程耗時約15?min，整個破碎系統不必停車。

4?結?語

弧形對開閘門液壓放料裝置主要針對偏遠高寒地區礦山開采大負荷工況及惡劣使用環境而設計，著重考慮了放料閘門開啟和關閉的推拉力及裝置的可靠性。該裝置提高了設備運轉率和車輛滿載率，能夠滿足礦山的生產要求。這種液壓放料裝置在液壓系統的設計上，也可以采用1臺電動機驅動1臺兩進兩出的液壓油泵供給液壓油缸的形式。液壓系統的設計多種多樣，對大規模開采的礦山企業來說，高效率、低故障率、易維護、穩定可靠是主要的設計要求。

[參?考?文?獻]

[1]?王積偉，田宏甲，黃誼.液壓與氣壓傳動[M].2版.北京：機械工業出版社，2005.

[2]?成大先.機械設計手冊：單行本：液壓傳動[M].北京：化學工業出版社，2004.

[3]?方乘遠.工廠電氣控制技術[M].北京：機械工業出版社，1999.

[4]?李芝.液壓傳動[M].北京：機械工業出版社，1998.

[5]?國家黃金管理局黃金經濟發展研究中心.黃金礦山實用技術薈萃[M].沈陽：東北工學院出版社，1993.