袁建明1 谭翌冀1 田颖辉2 韦 浩21 武汉理工大学 武汉 4300632 武汉开锐海洋起重技术有限公司 武汉 430076
摘 要 ：针对目前库内粮食堆高工艺及设备存在的低效率、仓内场地利用不充分、高能耗、设备繁多、安全性低等问题，结合堆场提出的移动灵活、转场便利、节约场地等堆高性能需求，提出一种新型库内粮食埋刮板堆高机，通过对其结构组成、工作原理、工艺流程、关键技术及经济性进行分析，表明其可以实现连续高效、机动灵活、安全稳定、料堆高度大的堆高工作，并具备节能环保、物料适应性好的特点，应用于库内堆高作业将带来显著的经济效益。关键词：埋刮板堆高机；粮食；仓库中图分类号：TH246 文献标识码：B 文章编号：1001-0785（2018）06-0108-04
0 引言目前，专业化的大型散货堆场多配备大型散货堆取设备，如悬臂堆料机[1] 和斗轮堆取料机等[2]，进行散体物料的堆存。非专业化散货堆场，通过自卸车堆存转运物料，主要使用三种堆存工艺：装载机与挖掘机组合、自卸车与装载机组合、卸车平台与带式输送机组合以及一些新型堆料设备[3，4]。而对于仓库内粮食堆存，受库内空间限制，基本采用装载机与挖掘机组合堆高，首先通过装载机对物料进行归堆，再由多台挖掘机对料堆底部物料进行挖取并提升至料堆顶部完成堆高。这种堆高工艺存在效率低、仓内空间利用不充分、高能耗、设备繁多、安全性低、燃油排放污染、费用高等问题。为解决目前库内堆高存在的问题，本项目从工艺及设备进行创新研发，提出一种库内粮食埋刮板堆高机，并对其结构组成、工作原理、工艺流程、关键技术及经济性进行分析。
1 设备组成及工作原理该新型库内粮食埋刮板堆高机由埋刮板接料提升系统和带式输送堆料系统两部分组成，整体结构布置如图1 所示。
1. 带式输送堆料系统 2. 埋刮板接料提升系统 3. 自卸车图1 新型埋刮板堆高机结构布置示意图
埋刮板接料提升系统位于带式输送堆料系统尾部，用于承接自卸车的卸料、转运并提升物料，其出料口与带式输送堆料系统接料口相接，在顶部通过水平输送将物料运送到带式输送系统接料口上方进行装载，由带式输送堆料系统进行堆高。埋刮板接料提升系统结构型式如图2、图3 所示，主要包括刮板及牵引链条、驱动装置、驱动及导向链轮、机壳、机体支撑架、进料斗、液压支腿、车轮。机体支撑架安装在埋刮板接料提升系统机壳上，支撑架前端装有液压支杆，后部装有移动轮胎，用于整个埋刮板提升系统的支撑与移动；埋刮板接料提升系统尾部进料口装有进料斗，用于接取和缓存物料。机壳内部装有导轨，埋刮板及牵引链条沿导轨布置，用于输送及提升物料。驱动装置安装在埋刮板提升系统卸料口外的机壳上，通过驱动链轮、链条牵引刮板沿导轨运行。采用高度尺寸较小的刮板，自卸车可在地面直接卸料至进料斗内，无需卸车平台，设备具有良好的移动性，流动作业更加便捷。
1. 驱动装置 2. 机体支撑架 3. 进料斗 4. 移动车轮 5. 液压支腿图2 埋刮板接料提升系统外部结构示意图
1. 驱动链轮 2. 刮板及牵引链条 3. 隔板 4. 导轨 5. 导向链轮图3 埋刮板接料提升系统内部结构示意图
带式输送堆料系统位于新型埋刮板堆高机前部，其尾部进料口与埋刮板提升系统出料口对接，接收提升系统转料及堆高物料，其结构如图4 所示，由回转车架、回转支承、驱动车轮、俯仰臂架、俯仰驱动液压缸、两节式伸缩带式输送机、伸缩驱动装置、驱动及张紧装置等组成，可进行俯仰、回转和伸缩等运动。回转车架尾部装有回转支承，车架前端装有2 组驱动车轮、可回转车轮架及车架顶升液压缸。带式输送堆料系统进行堆料作业前，车架顶升液压缸将车架顶升至一定高度，2 组可回转车轮架携带驱动车轮转动约90°，之后车架顶升液压缸回缩，驱动车轮接触地面；带式输送堆料系统进行堆料作业时，驱动车轮带动车架绕尾部回转支承中心回转，实现回转堆料功能。俯仰臂架尾部与回转车架铰接，通过俯仰驱动液压缸的伸缩实现臂架俯仰。俯仰臂架由固定段和伸缩段组成，布置有伸缩胶带，伸缩驱动装置驱动伸缩段运动。
1. 两节式伸缩带式输送机 2. 俯仰机构 3. 伸缩驱动装置 4. 驱动车轮 5. 俯仰臂架 6. 回转车架 7. 挡料板 8. 回转支承 9. 驱动及张紧装置图4 带式输送堆料系统结构示意图
该埋刮板堆高机结合带式输送埋刮板提升的优势，带式输送堆料系统可以完成远距离、大高度堆高作业，并且设备长度可变；埋刮板提升系统可以直接接取自卸车地面卸料并提升，从而减小整机尺寸，两者协同作业、优势互补，实现远距离、大高度堆高，同时整机尺寸便于库内小空间的灵活移动。堆高机处于非工作状态时（见图5），收回前段胶带，俯仰臂架下俯到最小角度，此时整机尺寸减小，可以灵活移动转场。堆高机处于工作状态时（见图6），带式输送堆料系统伸出前段胶带，仰起臂架，回转车架驱动车轮转动约90°，此时自卸车将物料卸载至埋刮板提升系统进料斗，由水平进料段刮板输送，再经过弯曲段和倾斜段提升至顶部水平输送段，转料至带式输送堆料系统输送带上，再通过伸缩胶带堆高。带式输送堆料系统的俯仰、回转和伸缩功能，实现多点堆高，并减少了扬尘和能耗。
图5 埋刮板堆高机非工作状态
图6 埋刮板堆高机工作状态
2 堆高工艺图7 所示为某粮食通用码头仓库的粮食堆高工艺，粮食仓库净空高约12 m、宽约30 m、长约60 m，仓库门宽4.5 m、高4 m。埋刮板堆高机在收缩、俯下状态进入粮仓仓库，切换至工作状态。带式输送堆料系统在胶带端点与仓库门水平距离21 m 处开始第一次堆料，首先回转车架向左回转19°，自卸车向进料斗卸料，由埋刮板接料提升系统转料至带式输送堆料系统的胶带上进行堆装，同时回转车架开始向右进行回转运动，转至中心角为38°后向左回转，依次循环。随着料堆高度增加，俯仰臂架不断上扬，完成目标堆高高度后，第一次堆料结束。埋刮板堆高机第一次作业完成后，收起液压支腿，由牵引车将堆高机向后移动约1.5 m，放下支腿，继续进行堆高作业，后续作业每次料堆体积相等，共循环10 次，完成堆高。
图7 埋刮板堆高机堆料工艺示意图
3 关键技术分析新型库内粮食埋刮板堆高机可以实现大高度、大幅度的堆高作业，并且机动性强、工作效率高、安全性好、环境污染小，其具有以下关键技术：1）自卸车地面低位卸料直接转接料技术。应用该技术，可实现自卸车在地面直接卸料，不再需要自卸车卸料平台，增加设备流动作业的便捷性。由于自卸车卸料时距地面高度仅为600 mm，并且卸料过程中需要通过移动车体来卸空车厢，所以要求进料斗入口高度小、内部容积大并且能及时输送走卸载的物料。
2）物料提升及卸载技术。该技术使用刮板接取物料并水平输送，其接料处高度可小于600 mm，可以实现接取自卸车地面卸料的功能；自卸车卸料过程中刮板不断输送物料，不会造成大量的物料堆积堵塞车厢，所以自卸车可以不用移动便能卸空车厢。该技术需要适当的刮板结构及合理的刮板布置方式，刮板结构不当，会造成物料输送滞后严重甚至无法正常输送物料，刮板布置方式不合理会造成物料填充率不足和卸料不充分，都会对质量流量造成影响。
3）回转带式输送及堆料技术。根据堆高机性能需求分析可知，要求堆高机具有较大的堆高高度与堆高幅度，一般输送设备在满足要求时都会出现体积大、质量大、能耗高的问题。带式输送因为自身结构原因，输送效率高，并且不会出现上述问题。本文在带式输送的基础上，选用长度可变的伸缩式带式输送机，使其具有更好的通过性，带式输送机具有俯仰、旋转功能，实现大高度、大幅度的堆高作业。
4）作业工艺优化技术。通过对以上关键技术进行理论分析、仿真计算、实验测试，对设备的作业工艺进行优化，提升设备的通用性，提高堆高效率，减小运行阻力。
4 设备性能参数及经济性分析传统堆高工艺中设备燃料主要为燃油，费用高且污染严重，新型埋刮板堆高机使用电力能源，使用成本降低且更加节能环保；新型埋刮板堆高机代替多种设备组合作业的复杂模式，操作更简单、工作效率更高；新型埋刮板堆高机在地面工作，更加稳定安全，可减少操作人员数量。粮食仓库埋刮板堆高机的主要性能参数：物料密度750 kg/m3，工作效率300 t/h，堆高高度8 m，堆高幅度15 m。
一台新型埋刮板堆高机工作效率相当于多台装载机与挖掘机组合堆高的效率，可以将工作效率从150 t/h提高到300 t/h，提高经济效益；埋刮板堆高机的创新设计使设备具有良好的流动作业特性，可以实现一机多用，使设备的购置数量大量减少，大大降低投入资本、操作人员、保养维修等相关费用；埋刮板堆高机大幅度提升料堆高度，增加场地利用率；节省挖掘机挖取物料提升时挖斗、折臂自重提升和自卸车、装载机自重爬升的能耗，从而达到节能的效果，设备输送、提升物料的工作机构均采用电力驱动，节省能耗及费用。
综合上述性能参数与经济性分析，新型库内粮食埋刮板堆高机工作效率高、堆高能力强、使用成本低，并且环保节能、安全稳定，完全可以取代传统装载机与挖掘机组合的堆高工艺，将显著提高企业用户的经济效益。
5 结束语本文研发的新型库内粮食埋刮板堆高机将带式输送堆料技术与埋刮板接料提升技术结合，可以直接接取自卸车地面卸料并提升至一定高度，进行堆高作业。通过对该埋刮板堆高机的结构、原理、堆高工艺、关键技术及经济性分析，证明其具有堆料高度及远度大、机动性强、生产率高、能耗低、环境污染小等特点，可广泛应用于库内堆场堆高作业，对改善落后的堆高工艺和提高经济与社会效益有积极影响。
参考文献[1] 韩刚华, 张起伟, 余崇义. 堆料机悬臂共振问题的分析与解决[J]. 起重运输机械，2013(9)：82-85.[2] 吴奋敬, 胡吉全, 陈定方, 等. 斗轮堆取料机关键参数离散元仿真研究[J]. 起重运输机械，2016(4)：86-89.[3] 袁建明, 姚海凌, 田颖辉, 等. 散货堆场流动式链斗堆高机的研发[J]. 起重运输机械，2017(10) ：131-143.[4] 孙远韬, 吴丹, 沈卓, 等. 新型散货移动式堆高机的设计及应用[J]. 港口装卸，2016(2)：14-16.
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