王喜龍

（通化鋼鐵股份公司煉鐵事業(yè)部，吉林 通化 134003）

門式斗輪堆取料機又被稱為門式斗輪機，其是基于我國散料裝卸需要而研發(fā)的一種連續(xù)性散料裝卸設(shè)備。與傳統(tǒng)的壁式、橋式及圓形料場堆料機相比，門式斗輪堆取料機的操作過程較為方便，而且具有較高的回取率，加之堆料平整、管理方便、自動化控制特點突出，其能有效地提升散料的裝卸效率和質(zhì)量，對于我國現(xiàn)代工業(yè)發(fā)展具有重大影響[1]。然而受諸多因素影響，門式斗輪堆取料機在散料裝卸過程中，容易發(fā)生起升機構(gòu)變速運行失控的狀況，即在門式斗輪堆取料機液壓驅(qū)動過程中，活動梁起升機構(gòu)無法實現(xiàn)變速運行，這使得散料裝卸效率大大降低。新時期，進行起升機構(gòu)變速運行改造已經(jīng)成為提升門式斗輪堆取料機運作性能的關(guān)鍵所在。

1 門式斗輪堆取料機工作原理

作為現(xiàn)代散料裝卸中應(yīng)用較為廣泛的機械設(shè)備，門式斗輪堆取料機在現(xiàn)代工業(yè)中的應(yīng)用逐漸普遍。從應(yīng)用過程來看，裝料與取料是其運作的兩個重要環(huán)節(jié)。就堆料而言，其能在地面系統(tǒng)膠帶機經(jīng)尾車的支撐下，將散料輸送到活動梁頭部的堆料落煤斗，并傳輸?shù)蕉讶×夏z帶機，然后通過活動梁中間的落煤斗，將散料收集到下部移動的膠帶機。該環(huán)節(jié)中，移動膠帶機堆料方向涉及正轉(zhuǎn)和反轉(zhuǎn)兩種狀況，其中，前者會將物料堆放在柔性支腿的側(cè)料場，而在反轉(zhuǎn)過程中，物料會被盛放在剛性支腿的側(cè)料場。需注意的是，在移動膠帶機堆料方向正轉(zhuǎn)過程中，膠帶機會完全退出中部料斗，此時，物料保持著直接進入料斗的狀態(tài)，這能有效地填平料堆中間的凹陷。

取料過程中，物料挖取通過滾輪機構(gòu)完成。該結(jié)構(gòu)套裝在活動梁之上，完成物料挖取后，所有物料會通過斗輪溜料斗進行轉(zhuǎn)移，并進入堆取料膠帶機或取料膠帶機，最終在尾車料斗的支撐下，物料會被放置在尾車膠帶機上取出，滿足具體取料要求[2]。

2 門式斗輪堆取料機起升機構(gòu)的工況要求

2.1 分層、定點取料工況要求

分層堆料和定點堆料是門式斗輪堆取料機堆料控制的兩種基本形式，而在取料過程中，具體工況不僅有分層取料，而且有頂部垂直取料[3]。這種多樣化的堆取料方式對設(shè)備的工況控制提出了較高要求，操作人員需要結(jié)合料場的實際情況，嚴(yán)格選取堆取料作業(yè)方式。實際作業(yè)中，不論哪種取料方式，都需要活動梁起升機構(gòu)參與運作，而且從取料過程來看，起升機構(gòu)工況不同時，其具體的工作時間和速度也存在差異。

2.2 垂直取料工況要求

就頂部垂直取料作業(yè)方式而言，活動梁取料的區(qū)域與堆料高度保持一致，這要求起升結(jié)構(gòu)在運作中，應(yīng)注重活動梁起升速度的嚴(yán)格控制，即進行起升機構(gòu)起升速度的嚴(yán)格控制，實現(xiàn)進給深度與取料要求的吻合[4]。而在其他堆取料操作時，活動梁起升變化的高度值各不相同，這樣就能實現(xiàn)取料斗輪挖掘深度和堆料、落料高度的有效調(diào)節(jié)，確保堆取料工作的安全、高效。從作業(yè)工況來看，此時活動梁起升變化動作歸屬于設(shè)備的輔助工作，確保在規(guī)定時間內(nèi)產(chǎn)生額定生產(chǎn)率，即在不影響設(shè)備運作安全性的情況下，應(yīng)盡可能縮短設(shè)備的工作時間，提升整體工作效率。實踐過程中，只有不斷地提升門式斗輪堆取料機起升機構(gòu)自由變速的運行效率，才能滿足實際工況應(yīng)用需要，進而實現(xiàn)散料的快速裝卸。

3 起升機構(gòu)無法正常變速運行的內(nèi)在原因

3.1 起升機構(gòu)能量供給方式

門式斗輪起升機構(gòu)常采用液壓驅(qū)動系統(tǒng)，在系統(tǒng)運行過程中，活動梁的起升控制通過兩個定量柱塞泵和兩柱塞液壓缸完成[5]。該環(huán)節(jié)中，柱塞液壓泵的運作通過定量柱塞泵帶動，并且為滿足實際控制需要，柱塞泵技術(shù)規(guī)格參數(shù)和安裝方式需確保所有參數(shù)一致。此外，裝卸料過程中，系統(tǒng)所需要的流量較大，故而在柱塞液壓缸運作中，采用雙泵供油的能量供給方式。

3.2 兩柱塞缸工作運行問題

兩柱塞缸工作行程較長，缸徑較大，實際運行中，一旦采用單泵給系統(tǒng)供油，系統(tǒng)本身就會隨著供油啟停受到影響，并產(chǎn)生較大的脈動。具體而言，起升結(jié)構(gòu)運作中，工況不同，其啟停的頻率也就不同，單泵大流量供油會使得設(shè)備運作過程中產(chǎn)生較大的抖動幅度，影響設(shè)備的平穩(wěn)性。同時，隨著系統(tǒng)溫度的上升，能源浪費現(xiàn)象較為明顯。而在雙定量柱塞泵供油中，一旦設(shè)備處于低速工況運行狀態(tài)，就可采用單泵啟動進行系統(tǒng)供油；而當(dāng)設(shè)備處于高速工況時，則在雙定量柱塞泵供油下，設(shè)備的起升機構(gòu)得以高效運行，這滿足了門式斗輪堆取料機的貨物裝卸需要。

3.3 門式斗輪起升機構(gòu)問題

現(xiàn)階段，門式斗輪起升機構(gòu)的柱塞泵常采用同一油路，這對系統(tǒng)本身的運行造成較大困擾。實際起升作業(yè)中，一旦某個柱塞泵啟動作業(yè)，系統(tǒng)中的壓力油含量就會較高。在這種狀況下，另一柱塞泵要開始運作，就必須克服并消除這一壓力，這使得系統(tǒng)啟動過程中具有較大的過載壓力。然而在現(xiàn)實作業(yè)中，柱塞泵的運作受到自身結(jié)構(gòu)的影響，其在運行過程中不允許帶有荷載啟動，即工況變化時，另一柱塞泵的啟動需要將單前運行的柱塞泵關(guān)閉，然后實現(xiàn)雙泵的同時啟動和變速。這在一定程度上使得設(shè)備的作業(yè)控制較為繁瑣，影響了設(shè)備的運作效率，并對當(dāng)前工業(yè)生產(chǎn)中的裝卸料控制形成阻礙。

4 門式斗輪堆取料機起升機構(gòu)變速運行改造策略

現(xiàn)階段，門式斗輪堆取料機在工業(yè)生產(chǎn)中的應(yīng)用逐漸普遍，起升機構(gòu)變速運行直接影響了設(shè)備本身的運行效率和質(zhì)量，在實際應(yīng)用中，要進一步提升門式斗輪堆取料機的運作性能，就應(yīng)結(jié)合設(shè)備的運作能力對起升機構(gòu)變速運行的系統(tǒng)進行改造。

4.1 小型設(shè)備液壓系統(tǒng)改造

小型門式斗輪堆取料機的跨距小于50m，堆取料能力低于1000t/h。從裝卸料過程來看，這類設(shè)備的載荷較小，液壓缸形成較短，在其起升結(jié)構(gòu)運作中，為滿足設(shè)備的供油量控制需要，常采用定量柱塞泵完成供油操作。在其結(jié)構(gòu)改造過程中，主要改造單元包括兩個方面：（1）組件柱塞泵無載啟動支路。其改造方案為以柱塞泵主供油路為基礎(chǔ)，在其供油周圍增加電磁溢流閥，使得不同工況狀態(tài)下，設(shè)備的啟動荷載不斷降低。（2）在現(xiàn)有門式斗輪機起升結(jié)構(gòu)控制中，去除構(gòu)件中的溢流閥，同時在系統(tǒng)中增加電磁溢流閥，確保電磁溢流閥的位置處于單向閥與液壓泵之間。該模式下，斗輪堆取料機的工作流程為當(dāng)起升結(jié)構(gòu)處于低速工況時，系統(tǒng)只會啟動柱塞泵進行系統(tǒng)供油，此時工況起升速度與系統(tǒng)供油量吻合。而當(dāng)工況發(fā)生改變，系統(tǒng)中的另一個柱塞泵會啟動參與運作，此時電磁儀溢流閥會保持在失電狀態(tài)。溢流閥導(dǎo)閥口會連接在二位四通電磁換向閥的右側(cè)，同時電磁溢流閥會與油箱相互連接，改狀態(tài)下，溢流閥主閥的閥芯受到屏蔽。當(dāng)兩個柱塞泵完全啟動后，油液無需克服溢流阻力，即可在電磁溢流閥的作用下返回到油箱當(dāng)中。柱塞泵啟動且平穩(wěn)運行一定時間后，電磁溢流閥的電磁鐵會受到通電影響，并使得溢流閥竹筏產(chǎn)生作用，進而形成一定的壓力，實現(xiàn)系統(tǒng)的供油控制。從應(yīng)用效果來看，新增電磁溢流閥雖然沒有消除門式斗輪機起升機構(gòu)液壓系統(tǒng)的荷載，但能使得油壓荷載對系統(tǒng)的影響降至最低，從本質(zhì)上而言，這是一種帶載啟動的控制模式，能有效滿足小型設(shè)備液壓系統(tǒng)的應(yīng)用需要，實現(xiàn)散料的高效裝卸。

4.2 大型設(shè)備液壓系統(tǒng)改造

大型門式斗輪堆取料機的應(yīng)用范圍更加廣泛，該堆取料機的跨距不低于50m，同時堆取料能力超過了1000t/h。與小型門式斗輪堆取料機相比，此類設(shè)備不僅具有機構(gòu)載荷大的特征，而且液壓泵的行程較長。在實際應(yīng)用中，若為系統(tǒng)安置定量柱塞泵，則在啟動過程中，系統(tǒng)本身具有較大的沖擊荷載。隨著當(dāng)前變量泵控制技術(shù)的成熟，該沖擊荷載在一定程度上得到了有效控制。實際改造中，可對原有的定量柱塞泵進行優(yōu)化，即去除定量柱塞泵，改用負載自適應(yīng)定量柱塞泵，同時省卻原有系統(tǒng)中的定壓溢流閥，改用系統(tǒng)控制安全閥，這樣不僅能滿足系統(tǒng)運行中的流量控制需要，而且能實現(xiàn)系統(tǒng)本身的有效保護。

自適應(yīng)定量柱塞泵在泵壓力輸出控制方面具有突出優(yōu)勢。具體而言，在門式斗輪堆取料機液壓系統(tǒng)運作中，一旦系統(tǒng)的壓力未達到設(shè)定壓力，則柱塞泵的輸出壓力始終高于外負載壓力，具體負載壓力高出值為1.5MPa左右，同時，輸出流量與外負載需求流量保持一致。在出口壓力控制過程中，一旦泵的輸出量處于壓力調(diào)整范圍之內(nèi)，則控制人員可以根據(jù)實際的需要，自由地調(diào)節(jié)泵的出口壓力，當(dāng)完成泵出口壓力調(diào)節(jié)后，則在泵體本身內(nèi)部，就會形成高度適應(yīng)的液壓自循環(huán)系統(tǒng)，從而實現(xiàn)流量由小到大啟動。從應(yīng)用過程來看，優(yōu)化后的門式斗輪堆取料機液壓系統(tǒng)可以自主的完成啟動控制，同時啟動過程互不干擾，有效地保證了系統(tǒng)的運行效率。

4.3 液壓系統(tǒng)改造

不論是小型還是大型門式斗輪堆取料機起升機，在改造過程中都應(yīng)注重液壓系統(tǒng)的節(jié)能化設(shè)計。在當(dāng)前門式斗輪堆取料機起升機運作過程中，液壓系統(tǒng)的能耗問題較為嚴(yán)重，這不僅增加了系統(tǒng)運行的成本，更與我國節(jié)能化發(fā)展要求相互背離?；诖?，在實際改造中，不僅要注重液壓系統(tǒng)正常變速運行的硬件優(yōu)化，更要在硬件設(shè)置及系統(tǒng)運作中，注重系統(tǒng)本身的能量消耗?，F(xiàn)階段，在門式斗輪堆取料機起升機液壓系統(tǒng)正常變速運行改造中，改造單元內(nèi)的節(jié)能設(shè)計優(yōu)化主要涵蓋了動力單元、控制單元、回路單元以及液壓附件等內(nèi)容。

5 結(jié)束語

門式斗輪堆取料機起升機在散料裝卸中的應(yīng)用日益廣泛，其能在起升機構(gòu)變速運行控制的基礎(chǔ)上，實現(xiàn)散料貨物的快速裝卸，滿足工業(yè)生產(chǎn)需要。實踐過程中，只有充分掌握門式斗輪堆取料機起升機的運作原理和優(yōu)勢，并在了解其起升機構(gòu)工況運作要求的基礎(chǔ)上，分析當(dāng)前影響門式斗輪堆取料機起升機構(gòu)變速運行效率的原因，然后針對性地進行結(jié)構(gòu)改造和優(yōu)化，才能提升門式斗輪堆取料機起升機的運作效率，進而在保證貨物裝卸需要的同時，推動現(xiàn)代工業(yè)的有序發(fā)展。