劉洪寶，哈旦巴特爾，張瓊

（中交一航局安裝工程有限公司，天津 300457）

0 引言

隨著煤炭資源需求的增加，提高煤炭碼頭運輸能力、提高工作效率成為行業(yè)的主要課題之一。現(xiàn)今港口帶式輸送機系統(tǒng)中應用比較廣泛的多點落料為分叉落料布置，即三通漏斗固定于帶式輸送機頭部，通過控制電動翻板的位置，調節(jié)落料點的位置。在落料點的數(shù)量大于2時，采用分叉后再分叉的布置。當落料點的數(shù)量較多時，只能通過使整體溜槽的高度增加來增加更多的落料點，但是，這樣一來機房的高度、重量也會水漲船高，而使用伸縮給料裝置則可避免以上問題。

黃驊港三期工程中通過采用伸縮給料方案，將一條皮帶機分別向多條皮帶機給料變?yōu)楝F(xiàn)實。不僅成功降低了轉接機房的高度，又增加了堆料流程的可選擇性。本文主要闡述了伸縮給料裝置的機械結構、電控結構的設計思想以及伸縮給料裝置（簡稱伸縮裝置）在實際應用中的運行原理。

1 工程背景

黃驊港位于中國河北省滄州市區(qū)以東約90 km的渤海之濱，地處環(huán)渤海經濟區(qū)的中部。黃驊港三期工程包括新建2套四翻翻車機系統(tǒng)、24座筒倉、4個5萬噸級裝船泊位、帶式輸送機系統(tǒng)，以及配套設備及設施。其中BF10/11、BH10-1、BQ共計11條帶式輸送機配置有伸縮裝置。BF帶式輸送機、BQ帶式輸送機分別是翻堆流程、取裝流程的關鍵線路，伸縮裝置的性能直接影響整個工程的質量和經濟效益。

2 總體工藝設計

BF10和BF11帶式輸送機配備5工位伸縮裝置，有效行程28m；BH10-1帶式輸送機配備4工位伸縮裝置，有效行程12m；BQ7-1、BQ7-2、BQ8-1、 BQ8-2、 BQ9-1、 BQ9-2、 BQ10-1、BQ10-2帶式輸送機配備5工位伸縮裝置，有效行程16m。

2.1 設計工況

當帶式輸送機停止時，伸縮裝置可以行走；伸縮裝置行走至指定工位（卸料位置）且其行走驅動制動后，帶式輸送機方可啟動。帶式輸送機運行時，伸縮裝置不可啟動。在其行走驅動裝置制動后，伸縮裝置無需錨固，此時帶式輸送機可實現(xiàn)滿載啟動，物料由帶式輸送機經過伸縮裝置到達卸料位置。

2.2 行走機構

伸縮裝置行走速度0.08m/s，驅動裝置采用變頻器驅動電機，結合行星減速機與齒輪針齒條的形式。驅動裝置兩側對稱布置，兩側驅動嚴格保持同步。變頻驅動技術可使得伸縮裝置平穩(wěn)啟停，精確定位。驅動電機安裝在伸縮裝置行走車體上，齒條安裝在行走軌道支撐梁上，錨固形式為電動夾軌器制動。

伸縮裝置定位通過絕對值編碼器與接近開關相結合的方式，兩端極限位置分別設置有雙重安全保護裝置。

2.3 供電及控制形式

每臺伸縮裝置設置有一臺控制柜，由變電所抽屜柜供電。伸縮裝置行走變頻器設置在控制柜內，柜內還有PLC及其它控制元器件，在控制柜內實現(xiàn)伸縮裝置的獨立控制。上機電纜采用懸掛電纜形式。

2.4 除鐵形式

除鐵器懸掛在伸縮裝置頭部。隨著伸縮裝置的移動，除鐵器可到達不同落料點，實現(xiàn)多點給料除鐵。

3 伸縮給料裝置選型與實現(xiàn)

根據(jù)工藝總體設計，伸縮裝置驅動選型、結構設計以及精確定位的實現(xiàn)是整套系統(tǒng)的重點。伸縮裝置的電控系統(tǒng)設計需要實現(xiàn)伸縮裝置正確識別每個工位和兩端的行程極限位置；同時伸縮裝置是移動設備，在伸縮裝置移動的同時要實現(xiàn)移動供電。

3.1 相關計算

3.1.1 機械相關參數(shù)計算

以BF皮帶機伸縮裝置計算為例進行說明。BF伸縮裝置上結構與物料共重約200 t。

根據(jù)滾動摩擦阻力公式：查表得μ輪=0.07，μ軸承=0.004。

取安全系數(shù)為1.5。

雙側：Ft=F牽引·1.5=432 kN

行走速度：v=0.08m/s

綜合考慮多重因素，最終取單臺電機功率（行走）：P=30 kW

單側：Ft=216 kN

σHP=1411（銷齒輪材料40Cr）

φ =1.5～2.5

取dp=80mm

取銷齒輪齒數(shù) z1=13（z1=9～18）。

3.1.2 電控相關參數(shù)計算

負荷計算：

伸縮給料電機 30 kW×2

輔助機構 10 kW

整機裝機容量 70 kW

工作電流：

考慮最不利工況，伸縮給料電機及全部輔助機構同時運行加以計算。

P=30×2+10=70 kW

若cosφ=0.8，則S=P/0.8=70/0.8=87.5 kVA

根據(jù)計算，IQ=1.1，I=146 A，總斷路器選160 A框架斷路器，額定電流160 A，兼具短路及過流、過載保護。

3.2 機械設計

結構布置見圖1。

圖1 帶式輸送機結構布置圖

該帶式輸送機用伸縮裝置，包括電纜架和兩個彼此之間平行設置的軌道16（對應序號見圖1中相應引線序號），兩個軌道的一端的兩側分別安裝有框架，在另一端的軌道上通過滾輪安裝有行走車體1，滾輪能夠在驅動裝置的帶動下與軌道16相滾動配合，行走車體以及框架的上、下側分別安裝有多個改向滾筒，多個改向滾筒14上環(huán)繞安裝有與其滑動配合的皮帶，行走車體的頭部沿皮帶上物料流出的方向安裝有漏斗9，在位于行走車體頭部的滾輪上安裝有絕對值編碼器11，絕對值編碼器的輸出信號端與驅動裝置相連，行走車體的頭部通過安裝架安裝有除鐵器8，安裝架上連接有防傾覆裝置2，電纜架上安裝有多個電纜滑車3，電線通過電纜滑車以及防傾覆裝置與驅動裝置相連，防傾覆裝置與電纜架能夠相接觸設置，軌道的兩端分別安裝有限位器13。限位器第一道設置正常停止工作限位，第二道設置極限停止限位，第三道為彈簧緩沖器12，保證了該伸縮裝置的安全運行。除鐵器實時作業(yè)，確保了伸縮裝置的除鐵效果。

驅動裝置包括分別安裝在行走車體兩側的兩臺電機，兩臺電機7與控制柜中的變頻器相連，在每臺電機的輸出軸上均安裝有一個齒輪，兩個軌道下方支撐結構上分別安裝有齒條5，每個齒輪能夠與對應設置的齒條相嚙合配合。行走車體驅動裝置采用了雙電機驅動，保證了該伸縮裝置兩套驅動同步運行，避免行走輪兩側受力不均導致的啃軌現(xiàn)象。當然也可以采用現(xiàn)有的其它傳動形式傳動。

優(yōu)選的行走車體上安裝有清掃器15，清掃器的刮板與皮帶相對間隔設置。設置清掃器可以確?；爻唐o附著物料。

優(yōu)選的在位于每一個工位位置的軌道上分別安裝有一個接近開關10，行走車體上安裝有一個感應塊。定位裝置使用編碼器精確實時反饋行走位置，同時行走車體上設有感應塊，行走車體走到某一工位后相對應的接近開關動作，即時校正由編碼器累計誤差引起的定位不準的情況，確保了行走車體定位準確。

優(yōu)選的行走車體上安裝有電動夾軌器6以保證本裝置作業(yè)前由電動夾軌器固定。

3.3 電控系統(tǒng)設計

供電系統(tǒng)單線圖見圖2。

圖2 供電系統(tǒng)單線圖

伸縮裝置的電控系統(tǒng)由控制柜、懸掛電纜、滑車系統(tǒng)、變頻器、驅動電機、制動裝置以及檢測裝置等組成。

控制柜是電控系統(tǒng)的核心，伸縮裝置的驅動變頻器和PLC控制器模塊等重要電控元器件均設置在柜內?？刂乒癜▌恿涂刂撇糠?。動力部分主要包括動力回路，引自變電所的電源供給變頻器，并為變頻器設置相應的保護。為了提高可靠性，除變頻驅動回路外，主回路還設計有接觸器正反轉回路，可將變頻器旁路。當變頻器出現(xiàn)故障而又需要伸縮裝置移動時，可手動旁路變頻器，將驅動電機切換到由正反轉接觸器直接驅動運行。伸縮裝置設有2臺驅動電機，由同一臺變頻器驅動，保證了兩臺電機的同步性。每臺電機均設計有熱繼電器進行過載保護，動作信號由PLC采集?？刂撇糠种饕捎肞LC控制，伸縮裝置的控制包括就地控制和遠程控制，就地控制通過設置就地操作箱，在操作箱上用轉換開關手動進行遠控/就地切換。

正常情況下，伸縮裝置為中控室遠程控制，啟動、工位選擇等信號通過通訊傳遞至控制柜PLC，控制柜PLC輸出開關量信號控制伸縮裝置以實現(xiàn)相應功能。特殊情況下，如與中控室通訊中斷，可通過就地操作箱實現(xiàn)伸縮裝置相應控制。

由于伸縮裝置的可移動特性，所有供電、控制纜需要通過電纜滑車敷設至伸縮裝置的用電設備上，電纜滑車是由在防傾覆裝置上運動的多組懸吊式電纜滑車組成，整個系統(tǒng)還設有拖拽鋼絲繩和緩沖器。所有線纜均為柔性、丙烯橡膠絕緣、氯磺?；垡蚁–SP）護套型，鑒于環(huán)境溫度的影響，設計時已適當?shù)亟档土似漕~定值。電纜滑車的選型同所懸掛的線纜規(guī)格匹配，在此基礎上合理設計線纜路由，電纜滑車的數(shù)量根據(jù)移動行程及電纜撓度確定；當多芯懸掛電纜直徑超過25 mm時采用線芯并排布置的扁電纜。懸掛線纜長度為伸縮裝置移動至最遠工位所需電纜長度、線纜自然彎曲所消耗長度、至移動/固定接線箱的線纜長度之和，當然長度可與經驗值進行比較，一般可取行程的1.2～1.3倍。

伸縮裝置行走車體上還設置有電動夾軌器，用于伸縮裝置的錨固。當伸縮裝置移動時，電動夾軌器打開，反之夾緊。通過PLC采集電動夾軌器打開、夾緊限位信號，判斷電動夾軌器狀態(tài)。電動夾軌器打開時，伸縮裝置方可運行；當行走驅動裝置制動且電動夾軌器夾緊后，帶式輸送機方可運行，此處通過PLC聯(lián)鎖控制實現(xiàn)。

控制柜內的PLC接受中控室通訊信號，同時采集現(xiàn)場伸縮裝置就地控制箱控制信號及伸縮裝置限位信號，如前進終點限位、前進極限限位、后退終點限位、后退極限限位、多個工位到位檢測限位等。伸縮裝置上同時設置有絕對值編碼器，將伸縮裝置的運行位置參數(shù)提供給PLC，結合工位到位檢測限位實現(xiàn)精確定位。

4 結語

本文所述伸縮裝置已成功應用在黃驊港三期、四期工程上，目前伸縮裝置定位準確，運行工況穩(wěn)定，除鐵效果理想。

伸縮裝置與目前傳統(tǒng)的分叉溜槽給料方式相比，具有設計上的合理性、可靠性、安全性等優(yōu)點，可以應用于一條皮帶機向多條皮帶機給料的工況，該伸縮裝置既可提高空間利用率，又可降低了轉接機房的高度。同時該伸縮裝置還具有除鐵功能，更可減少除鐵器總安裝量。其電控方面采用了變頻器、PLC等技術，結合現(xiàn)場實際，充分考慮了現(xiàn)場工況。伸縮裝置實現(xiàn)的多工位功能以及本身配備的電控系統(tǒng)必將有效提高港口的輸送能力。