敞車散料耙平機研制

張文新，黃長征，龍 慧

（1.韶關市賽力樂液壓件制造有限公司，廣東 韶關 512000；2.韶關學院智能工程學院，廣東 韶關 512005）

0 引言

礦山、采石場等場所需要通過敞車將礦石等散料運輸到指定位置，若敞車中的散料分布不合理、偏載等，將可能引起安全事故，因此須將敞車中散料耙平，控制敞車不偏載。目前，敞車散料普遍采用人工耙平，工人勞動強度大，工作效率低。為了降低工人勞動強度，提高敞車平料效率，敞車散料機械耙平已經成為發展趨勢[1]?，F有散料機械耙平主要用在港口鐵路運輸中。港口鐵路大宗散貨主要采用裝車樓和裝車機兩種方式。裝車樓主體系統、牽車系統、控制系統和輔助系統組成。由于裝車樓存在系統能耗大、運行成本高等缺點[2，3]。裝車機逐漸成為港口企業應用較多的方式。在現有裝車工藝條件下，火車車廂內存在尖角形料堆。為了平整散裝貨物的列車頂面物料，胡志輝等[4]設計出了一種螺旋式的平料機，采用主動方式對鐵礦粉進行平整；由于螺旋平車器必須設后側的擋料板，且螺旋機構直徑較大，不易解決車廂兩端的平料問題。湛江港研發了一種全自動火車散料螺旋平料機，平料機構主要包括螺旋和刮板構成，采用螺旋將物料沿車廂橫向進行分料，車廂縱向則采用刮板進行物料平整[5]。這種螺旋平料機整體通過行走機構在固定式支承門架頂部的軌道上行走，由于列車在支承門架下方并不是靜止而是緩慢通過，平料機與車廂在作業過程中及平料機與支承門架端頭的碰撞有可能碰撞。李菁川等[3]研制了一種智能移動式平料裝車機，這種平料裝載機主要用于港口鐵路大宗散料裝車作業。平料裝車機主要包括裝料皮帶機、橋架、司機室、電氣房、梯子平臺、分叉料斗和螺旋平料裝置等。該平料裝車機采用螺旋平整散料，通過螺旋葉片驅使物料從車廂中間向兩側或使堆料中心向，從車廂中間向中心移動[6]。然而，在螺旋平料機在應用過程中，物料在車廂端部一個螺距的位置出現物料堆積和空隙[7]。而礦山、采石場無專門的耙平機，因此研制了一種高效的敞車散料耙平機。

1 總體結構

敞車散料耙平機包括動力機車、底座、立柱、主橫梁、行走小車橫梁、液壓站總成、立柱轉動機構、耙板旋轉機構、耙板、刮板器，如圖1 所示。動力機車為雙車輪結構，采用電驅動。動力機車架上裝有立柱底座和液壓站總成，液壓站總成采用一用一備的雙泵結構，泵的額定壓力是25 MPa，最高使用壓力32 MPa。底座位于動力機車架上中間位置，底座通過立柱轉動機構與立柱形成可轉動連接。立柱轉動機構包括立柱、液壓馬達、驅動齒和齒圈。液壓馬達轉速為0 ～2 r/min。立柱通過軸承與底座連接。齒圈裝在底座上端外周上。液壓馬達固定在立柱上，液壓馬達的端部設有驅動齒，驅動齒與齒圈相互嚙合，可帶動立柱轉動。立柱的中部設有大臂孔，大臂通過大臂孔和鉸鏈連接與立柱配合。立柱的上部設有掛耳，掛耳與大臂通過斜拉鋼絲繩橫梁中部連接。支撐油缸一端連接大臂的底部，一端連接在立柱底部上，用于支撐大臂。

1—支撐油缸；2—齒圈；3—底座；4—動力機車；5—驅動齒輪；6—機架；7—液壓站；8—液壓馬達；9—立柱；10—大臂孔；11—立柱上部；12—大臂；13—拉耳；14—鋼絲繩；15—行走油缸；16—調控室；17—升降油缸；18—法蘭缸筒；19—齒輪齒條擺動缸；20—行走小車中心孔；21—行走小車；22—行走小車橫梁；23—刮板器；24—耙板軸；25—耙板。圖1 耙平機總體結構示意

大臂上設有調控室和行走油缸。大臂的端面裝有兩根行走小車橫梁。兩根行走小車橫梁上裝有行走小車。行走油缸缸筒固定安裝在大臂上。行走油缸的活塞桿連接著行走小車，行走油缸采用直徑125/90～5600 mm 油缸水平移動，無桿腔速度設為0.1 m/s，有桿腔速度0.2 m/s，無級調速。行走小車通過耳環座與大臂上行走油缸活塞桿相連接。行走小車中部設有耙軸孔。在行走小車的面上設有齒輪齒條擺動油缸。包括耙把軸和齒輪齒條擺動油缸組成耙軸旋轉機構。齒輪齒條擺動油缸驅動扭矩可達26282 N·m，即相當于1.64 t 的耙平力，轉速0～8 r/min 無級調速。該齒輪齒條擺油缸的齒輪中設有鍵槽孔。齒輪齒條擺動油缸安裝有法蘭缸筒，法蘭缸筒與齒輪齒條擺動油缸垂直布置。法蘭缸筒上方裝有升降油缸。升降油缸活塞桿在法蘭缸筒內與耙軸端部連接。行走小車耙軸孔、齒輪齒條擺油缸中鍵槽孔、法蘭缸筒、升降油缸的軸線共線。耙板軸徑向與齒輪齒條擺油缸中鍵槽孔通過鍵連接。耙板軸軸向依次穿過行走小車耙軸孔、齒輪齒條擺油缸中鍵槽孔和法蘭缸筒，耙板軸的軸端與升降油缸活寒桿連接。

刮板器通過法蘭套向連接在行車小車上。耙板軸的下端裝有耙板，耙把軸與耙板相互垂直。齒輪齒條擺動油缸的油缸兩端外側部裝有接近傳感器。齒條液壓工作時，齒條往復移動，驅動齒輪順時針或逆時鐘轉動，從而帶動耙把軸及其耙板順時針或逆時鐘轉動，從而快捷、有效地耙平列車車箱散裝物料，達到運輸要求。

2 控制系統

耙平機集PLC 控制技術、傳感技術、液壓技術和電機變頻控制技術于一體?？刂葡到y設計既可采用自動控制，也可手動控制，控制流程見圖2。

圖2 控制流程

耙平機的自動控制流程：

（1）按下自動按鈕發信號給PLC，PLC 正常運行，驅動固態繼電器，固態繼電器驅動電磁閥。電磁閥得電后線圈吸合，立柱與大臂開始擺動，行走小車沿著小車橫梁導軌前進，同時耙板開始轉動。

（2）當耙板快要碰到車廂前方壁時，連接在行走小車上的彈片先碰到車廂前壁，彈片帶動接近傳感器平移，傳感器得電，這時行走小車開始后退。

（3）當耙板快要碰到車廂后壁時，這時連接在行走小車上的彈片先碰到車廂后壁，彈片帶動接近傳感器平移，傳感器得電，這時行走小車開始向前運動。

（4）當耙板快要碰到車廂左壁時，這時連接在行走小車上向的彈片先碰到車廂左壁，彈片帶動接近傳感器平移，傳感器得電，這時行走小車開始后退。

（5）當耙板快要碰到車廂右壁時，這時連接在行走小車上向的彈片先碰到車廂右壁，彈片帶動接近傳感器平移，傳感器得電，這時行走小車開始后前進。

（6）完成一次周期動作后，耙板開始上升，刮板器刮掉耙板上的粘物。

（7）手動使耙板下降開始第二次耙行動作。

（8）當車廂的散裝材料都耙平后，按下停止按鈕，大臂將運動到和車廂方向平行的高空。

手動控制流程設計成手動按一下的按鈕，PLC 運行相應的程序。耙平機的手動控制流程如下：

（1）觀察耙板位置，如要使耙板正轉，把主令開關拔到耙正轉的位置，耙板開始正轉。

（2）如要使耙板左或者是右運動，把主令開關拔到左或是右的位置，耙板開始向左或是向右運動。這樣每做完一個程序都要把主令開關拔到一個位置。

（3）當耙板在工作時如有緊急情況，按一下急停按鈕。耙板停止轉動，然后上升移動到與車箱成180°。

（4）當車箱里的材料都耙平后，按一下停止按鈕，大臂將運動到和車廂方向平行的高空。

采用PLC 控制技術、傳感技術、液壓技術和電機變頻控制技術，能實現自動、安全、可靠、高效耙平作業，解決了列車提速后敞箱散料運輸因偏載存在的安全問題，替代了人工繁重、低效的體力勞動。

3 關鍵部件設計

3.1 耙板

耙板裝置包括耙板軸、連接頭、橫條、耙齒，如圖3 所示。耙板軸沿軸向方向開有鍵槽。耙板軸上端通過軸承與法蘭連接。耙板軸的下端裝有連接頭。連接頭的中間裝有橫條，橫條兩端中部設有螺孔，在橫條底面設有T 形槽，T 形槽中裝有耙板片，耙板片一邊是鑲嵌在骨架中，耙把片的另一邊設有耙齒，骨架兩端中部設有蝶形螺栓。連接頭的底部設有圓螺母。裝配時，首先將帶T 形槽橫條裝在連接頭中，耙把片的上部鑲嵌在橫條的T 形槽中，通過蝶形螺栓將橫條緊固，再將連接頭的底部圓螺母旋緊，耙板片、橫條和連接頭穩定連接在一起，就形成了一個連接可靠、拆卸方便的耙板機構。

1—法蘭；2—鍵槽；3—耙板軸；4—連接頭；5—橫條；6—蝶形螺栓；7—圓螺栓；8—耙把片。圖3 耙板結構示意

3.2 刮板器

刮板器包括機架、刮板塊、刮板，機架兩端的底部裝有滑板，滑板的兩邊設有滑槽，在滑槽中裝有刮板塊。刮板塊兩端設有掛槽，刮塊板內側邊設有刮板槽，在刮板槽中裝有刮板，刮板長度大于耙板的長度。刮板機構通過法蘭與行走小連接。當粘有物料耙板經過兩刮板之間時，兩塊刮板在兩端彈簧的作用下，就能將耙板上的粘物徹底清除。如圖4 所示。

1—法蘭套筒；2—機架；3—滑槽；4—掛槽；5—耙板；6—刮板塊；7—刮板；8—彈簧。圖4 刮板器示意

3.3 耙板旋轉機構

耙板旋轉機構包括箱體、兩個齒條油缸、齒輪、接近傳感器，如圖5 所示。齒輪裝在兩個齒條之間，齒輪與齒條相嚙合。齒輪中心開有鍵槽孔，耙板軸與鍵槽孔之間通過鍵配合。兩個齒條油缸的外側部位裝有接近傳感器。齒條液壓工作時，齒條往復移動，驅動齒輪順時針或逆時鐘轉動，從而帶去耙把軸及其耙板順時針或逆時鐘轉動，從而快捷、有效地耙平列車車箱散裝物料，達到運輸要求。

1—齒輪；2—箱體；3—耙板軸；4—鍵槽孔；5—齒條；6—齒條油缸；7—接近傳感器。圖5 耙板旋轉機構示意

4 結語

耙平機設計緊湊，結構合理，使用效率高，安全可靠，使用壽命長。立柱、大臂和行車小車橫梁、耙板軸等結構設計合理，承載能力強。耙平機采用PLC 控制技術、傳感技術、液壓技術和電機變頻控制技術，集機、電、液一體化的耙平機能實現自動、安全、可靠、高效耙平作業。解決了礦石運輸過程的礦石散料必須耙平防止敞車車箱散料運輸偏載存在的安全問題。因此替代了人工繁重、低效的體力勞動，從而提高了工作效率。