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斗轮堆取料机的过载对散料系统和设备的影响

The Bucket Wheel Stacker and Reclaimer are overload 

it influence the bulk solids handling system and equipment  

www.bulkcn.com  2008-10-22

                                                 何振亚   朱绚文 李毅民
  斗轮堆取料机已经广泛应用在港口、电厂、钢厂的原料场,是用来装卸散装物料的大型装卸设备。随着用户对设备要求的不断提高,为增强设备的可靠性能,许多用户对设备操作方面提出了更加严格的要求以避免设备的操作失误而产生事故或故障。在使用斗轮堆取料机的过程中若操作不当会出现过载的情况使得设备或系统发生各种问题。本文从系统和设备的机构叙述设备的过载的原因、过载的后果、以及过载现象的避免。供设计者和使用者在实际工作中参考。
1.堆取料机过载对系统和设备的影响
1.1 堆取料机堆料过程中的过载
  斗轮堆取料机或堆料机在堆料作业时会发生过载现象,其主要表现为地面皮带运输机上和悬臂皮带运输机上的来料通过量超过了设备设计给定的通过量而出现过载现象。这种过载表现的主要后果是尾车的地面皮带运输机上的物料由于过载而出现撒料现象。使得设备沿地面上皮带运输机架处出现物料的堆积,这时现场需要配备大量的人力进行清理撒落的物料。
  当堆料过载时还会引起设备上的各个物料转载点撒料和堵塞。如在悬臂皮带运输机和尾车皮带上的物料因为运量过大而撒料,使得设备上堆积一定的物料妨碍设备的正常运行。堆料严重过载时也会使得部分设备的尾车漏斗堵塞。影响了设备的正常运行。
实际上,在堆取料机或堆料机堆料作业过载时在同一流程中的地面皮带运输机同样也会出现过载问题。
  堆取料机或堆料机堆料作业过载的原因无非是因为地面来料量超过了系统或设备许可的运量而发生的过载,其中包括卸车、卸船处的物料流的流量过大所致。
1. 2设备取料过程中的过载
  堆取料机或取料机的取料过程中的过载是当设备取料时取料量过大导致设备上的中心漏斗堵塞,悬臂皮带运输机和地面皮带运输机出现撒料现象。在过载时斗轮装置、悬臂皮带运输机以及地面皮带运输机都会出现过载。由于取料量过大,在取料作业的同一个流程上的所有设备都会不同程度的出现过载。如果装卸流程的末端为装船机,则装船机也会出现过载现象。取料状态的过载和堆取料机或取料机的取料进尺量过大和取料层深过大有关。
2.设备各个机构的过载
2.1斗轮装置的过载
  斗轮装置的过载主要表现在取料作业时取料量过大。后续的悬臂皮带运输机和地面皮带运输机等设备过载、撒料等。就斗轮装置本身而言,当取料作业过载时会引起斗轮驱动减速机或驱动液压马达过载,过载会直接导致减速机寿命缩短,电动机因过载而电动机过流开关跳闸。液力偶合器过热,液力偶合器易熔塞熔化,减速机齿轮断裂等。另外,也有可能由于斗轮的过载使斗轮体的结构发生塑性变形、焊缝开裂等问题。
  斗轮的过载主要是由于斗轮进尺量过大所引起的。过载时斗轮会出现闷车现象。
  虽然斗轮的驱动装置在设计上会设计测力传感器等元件对斗轮的过载进行保护。但它毕竟是被动的保护,是发生过载后进行的保护。
  斗轮驱动装置的液力偶合器通常选用限力矩型液力偶合器,对斗轮驱动装置具有一定的保护作用,但所起到的作用是有限的。电动机的电气过流保护是斗轮驱动装置的最后的保护,一般如果出现斗轮过载现象需要比较长的时间才会动作。
2.2回转装置的过载
  正常工作的斗轮堆取料机或取料机的回转装置是不会过载的。回转装置的过载主要来自两方面的原因,一是当斗轮在取料过程中进尺量过大时或斗轮或悬臂刮料堆时会使回转阻力加大,使回转驱动装置过载。二是当风速超过设计给定的速度(通常为20.7米/秒)时开动回转机构由于风力过大使得回转驱动装置过载。过载的主要表现为电机过电流,限扭矩联轴器打滑等。如果限扭矩联轴器不能在过载时不能出现打滑则电动机会出现闷车现象直至电动机过流开关跳闸。
2.3俯仰装置的过载
  斗轮堆取料机或取料机通常不会发生俯仰装置的过载,原因是在俯仰提升的过程中无论怎样其悬臂上的负荷不会超出许多。所以,大多数情况都不会过载。但某些特殊情况例外。如果设备是由钢丝绳卷扬驱动的俯仰装置,当上升限位开关失灵时容易出现俯仰卷扬装置的过载现象,并且会发生卷扬机钢丝绳过缠绕的事故。另外,当俯仰系统的配重安装的重量偏差过大时会导致俯仰系统的驱动装置的油缸拉力或压力过大而发生过载。液压俯仰系统的过载的主要表现为液压溢流阀动作,压力油不能推动油缸动作。
2.4悬臂皮带运输机的过载
  悬臂皮带运输机的过载是在堆料或者取料状态下运送的物料量超过了设备许可的运送量时发生的过载现象。除出现皮带运输机撒料堵料外还会出现电动机过电流,液力偶合器易熔塞熔化喷油,电动机闷车等现象。
2.5大车走行装置的过载
  斗轮堆取料机或取料机大车走行装置的过载主要表现在两个方面,一是当作业的风速超过设计许可的风速时发生过载。另外一方面是如果设备在取料时大臂已经落在料堆侧面。开动大车走行装置出现斗轮推料堆现象时大车走行装置出现过载现象。
2.6各个机构过载对钢结构的影响
  在堆料和取料的过程中设备的各个机构的过载不同程度的对设备主体钢结构存在着一定的影响。这些影响严重时会使得设备出现结构的局部开裂、破断、倒塌等问题或事故。
  斗轮取料状态和设备堆料状态的取料和堆料的过载会对整体钢结构的应力发生增加的情况。具体的结构应力变化的大小与过载的程度有关。
俯仰系统在维修过程中重量分布的变化会引起俯仰系统的过载,配重量的大小会影响俯仰系统的过载,最终会导致俯仰系统的主体钢结构过载发生油缸上下支座及某些结构的局部开裂、破断。
  回转机构的过载对结构的应力变化影响比较大。尤其是当设备在取料状态严重过载,发生斗轮或悬臂推料堆时出现严重过载。悬臂承受比较大的垂直于悬臂方向的水平载荷,设备悬臂的侧向弯矩加大,悬臂后部的铰轴支承座、回转平台或回转塔架、门座架、大车走行装置等结构件也不同程度的出现过载而发生局部应力变大的情况,严重时会发生结构的开裂、破断现象。更严重的情况会发生设备的坍塌事故。
  大车走行装置的过载主要表现在取料状态开动大车时悬臂位于低位,斗轮或悬臂碰到料堆,大车继续运行,走行装置的所有过载的载荷施加到悬臂上,和回转机构的过载情况一样悬臂后部的铰轴支承座、回转平台或回转塔架、门座架、大车走行装置等结构件也不同程度的出现过载而发生局部应力变大的情况,严重时会发生结构的开裂、破断现象。大车走行装置的过载载荷要大于回转机构过载时的载荷。所以,在设备运行过程中最严重的过载是大车走行装置的过载。当走行电动机扭矩达到最大扭矩时(额定扭矩的1.6倍)尤为严重。由于走行装置的过载直接导致悬臂或斗轮承受巨大的高位置的水平载荷,除出现前述的钢结构过载情况外,设备的轨道,走行台车也承受巨大的水平载荷。历史上曾出现过设备因走行严重过载时发生设备倒塌的重大事故。
2.7非作业时的过载
  非作业时的过载是指设备在未进行堆料或取料时的过载。一般是维修当中出现的过载,过载主要和设备拆卸、装配部件的重量变化有关。当拆卸和装配部件时发生设备重量分布的变化导致载荷的变化出现结构的局部过载。
3.斗轮堆取料机过载的避免
3.1操作中防止过载的注意事项
  堆料作业时严格限制流程源头设备的流量,避免因为源头设备流量过大致使整个流程上的设备和堆取料机或堆料机过载。
当风速大于20.7m/s时,应停止工作将堆取料机锚定住。
  凡采用固定平衡重式的堆取料机,其臂架不应着地或落在料堆上。
  不允许用堆取料机悬臂吊装重物,不应用堆取料机的各个机构作牵引动力。
  只有当悬臂架抬起并与轨道方向平行时,才允许堆取料机快速行走。
  当斗轮被塌方物料埋没时,俯仰机构和回转机构不应动作,只能由走行装置行走退出料堆后才可投入正常运转。
  堆取料机在取料时严禁超载运行。取料工艺过程应严格按照产品电气说明书给定的工艺进行。在堆取料过程中不允许斗轮和悬臂推料堆,调车时严禁斗轮和悬臂碰撞料堆,以避免造成回转机构严重过载,损坏钢结构及传动部件。在堆取料过程中不允许用走行高速,调车时不允许使用走行低速运行。
  不允许采用以走行的方式进行取料作业。
  取料作业时严格控制设备的进尺量,不允许超过设备允许的取料进尺量。
  取料作业时严格控制设备的取料层深,不允许超过设备允许的取料层深。
  俯仰装置在上仰或下俯过程中超出了许可的范围时必须停止。不论是液压俯仰系统还是钢丝绳卷扬俯仰系统当斗轮已经接触到地面或料堆时必须停止,俯仰装置不可继续下俯。
设备运行时操作者要严格按照操作规程精心进行操作,任何时间操作司机不允许出现任何睡眠状态的操作。
3.2安装与维护中注意的事项
  为避免设备的各个结构出现过载现象设备在日常维护过程中需要注意以下事项:
1)设备的各个部件在安装和维护的过程中要充分考虑设备各个部位的载荷的变化。安装和拆除某一部分时要核算载荷与应力的变化,避免发生结构的局部应力过大而发生事故或故障。
2)设备上的各种限位开关、过载保护装置的功能要完善正常。限位开关和保护装置的功能不正常的设备不能继续使用。
3)设备配重的安装应当严格按照设备安装使用说明书进行施工和安装,不允许实际竣工时的配重量偏离设计要求过大的配重安装。配重的安装要符合原设备设计的要求。
3.3斗轮堆取料机设计中采取的过载保护措施
在斗轮堆取料机的设计中通常采用如下几种保护措施来减少过载对设备的损坏。
1)在斗轮装置中使用力传感器来检测斗轮的挖掘力。如果出现过载可以检测到过载信号控制斗轮驱动电动机在一定的延时时间后停车。斗轮退出过载位置后重新启动。斗轮驱动采用液力偶合器作为电动机和减速机的联轴器,液力偶合器具有缓冲和限制扭矩的作用。低速大扭矩液压马达驱动的斗轮装置可以在液压系统中设置过载保护系统直接卸掉过载载荷。
2)在回转装置中使用限扭矩联轴器来限制回转装置的过载。当出现回转装置的过载时限扭矩联轴器出现打滑,可以避免更大的载荷施加在悬臂和斗轮上。
3)对俯仰装置等因某些过限位产生的过载采用限位开关等电气元件对设备的过载进行保护。
4)在液压系统中通过溢流阀、压力继电器等元件对过载进行保护。
5)在电气方面采用过流保护的方式切断电源,使得电动机不长期在过流状态下运行。
4 小结
  堆取料机的过载包括机构的过载和结构的过载,过载不仅发生在设备的作业过程中,也发生在设备的维护过程中。为此,需要在设备的使用和维护的过程中必须严格按照操作规范进行操作和维护,避免过载现象的发生影响设备的正常运行。