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摘要：堆取料机是工矿企业储料场专用的散料装卸机械设备，是目前应用最为广泛的一种散料堆取设备。但在工业生产规模不断扩大的今天，对堆取料机提出了更高的要求，必须要对其进行创新设计。本文主要针对堆取料机的回转平台进行设计研究，有针对性的概述设计原理和内部结构后，结合实际工程案例，对实际应用效果进行分析。
关键词：堆取料机；回转平台；设计研发；实际效益
引言：相比较其散料装卸设备而言，堆取料机的生产能力、适用范围、集成度、生产能力、设备功能、基础设施，都相对较优，值得大范围推广。近几年来，国家的资源需求量不断扩大，火力发电厂、码头、矿山、冶金、化工以及水利工地等行业发展规模进一步扩大，对堆取料机提出了更高的要求，加强优化设计势在必行。
一、堆取料机的回转平台存在的问题
作为一种大型、连续、高效的散料装卸机械设备，悬臂式斗轮堆取料机得到了广泛应用，常用于堆、取粒度0～300mm的散状物料。但在工业生产规模不断扩大的今天，对生产效率提出了更高的要求，而物料装卸搬运费用成本问题也逐渐凸显出来，在产品生产成本中的占比不断提高，还有机械设备上存在的问题也凸显出来。从目前来看，未来散料装卸机械设备将会朝着大型化、高效化、集成化、专用化、自动化、智能化等方向发展，在降低成本的同时，高效率完成工作。华电为神华天津煤码头研制的斗轮取料机，取料能力为6000t/h，但是这一能力已经不满足当前的储料场需求，必须要从生产能力的角度入手，落实技术提升。以唐山港京唐港区36号至40号煤炭泊位堆场设备系统项目为例，针对该项目中使用的超大型斗轮堆取料机进行优化，以此满足项目实际生产需求。该项目的斗轮堆取料机回转半径为52米，相比较目前国内同类型产品，也有所增加。
综合考虑到该项目工况较为复杂，要求苛刻，工程涉及的物料种类多，含水率高，物料粘性大。非常容易导致中心料斗堵料，而对于本项目采用离散元软件进行三维动态模拟分析证明，原有料斗空间结构确实造成了堵料，因此必须通过全新的技术理念对结构进行优化。
二、堆取料机的回转平台创新设计
（一）设计理念
现如今，出现了很多不同的设计理念，在创新设计的过程中，需要综合考虑到项目的实际需求，结合现场的实际情况，有针对性的展开研究分析，以此确保堆取料机可以最大程度应用在实际项目中。回转平台作为堆取料机的上部结构中最为主要部分，是承上启下的核心关键部件。最为主要的是，回转立柱在实际运转过程中，受力极其复杂、结构尺寸大、加工制造困难，但是这一结构形式直接关系到堆取料机整体结构形式的合理性。通过对这一结构的优化，可以有效减少应力集中。在实际设计的过程中，必须要对现场物料进行全面的采样实测分析，并采用离散元软件进行三维动态模拟，为中心料斗更合理的设计提供参考，从而也更准确的确定料斗相关结构的尺寸，如回转大轴承、回转平台的内部尺寸。但在实际设计的过程中，还会需要考虑到以下几点问题：
第一，当回转平台和回转轴承直径尺寸增大的同时，设备本身的重量也会随着尺寸的增加而增加，对门座架的强度提出了更高的要求，其他方面的参数也会发生改变，技术难度提高，制造成本增加。第二，传统堆取料机的回转轴承最大直径为6.4m，若是为了增大中心料斗的安装空间，而简单的增加回转平台的尺寸，则在回转平台直径尺寸增大的同时，回转支承直径尺寸至少要达到8m。国内现有技术无法制造这么大的可靠的回转轴承，因此设备可靠性无法保证；进口轴承也需要定制，成本急剧增加；这种方案是无法推广的[1]。第三，盲目增加回转平台直径尺寸，其他结构的位置也会发生变动，整体稳定性和安全性也会发生变动。
因此设计一种回转平台，在保证中心料斗安装尺寸的同时，让回转轴承、转台的有关参数保持不变，是当务之急。
（二）具体设计
在实际设计过程中，具体的技术方案如下，第一圆弧壁位于堆取料机的悬臂架延伸方向一侧，第二圆弧壁位于背向堆取料机的悬臂架延伸方向一侧，第一连接壁作为一二圆弧壁的连接构件，共同构成了内侧封闭轮廓。在实际设计的过程中，第二圆弧壁对应弦不能够超过第一圆弧壁，外侧轮廓要和内侧封闭轮廓之间形成环形间隙。外侧轮廓包括第三圆弧壁、第四圆弧壁以及连接二者的第二连接壁。需要注意的但是，环形间隙要和环形方向的径向间距保持一致。值得一提的是，在实际实施过程中，可以采用不同的实施方式，只需要保证结构之没有构成冲突就可以相互结合。比如，某新型堆取料机中，环形本体的内侧轮廓和中心料斗形成的中空安装腔，也是以回转支承作为连接。以图1中展示的堆取料机的回转平台为例，在实际设计过程中，堆取料机的悬臂架延伸方向一侧的第一圆弧壁1、第二圆弧壁2以及第一连接壁5构成了封闭轮廓，其中所述第一圆弧壁1和第二圆弧壁2的圆心均为回转平台的回转中心。
因此，二者的中心也位于悬臂架的中心线上，但是第二圆弧壁2的直径应大于圆弧壁1，且圆弧壁2对应的弦长度应符合适于中心料斗8的安装需求。同时，圆弧壁2作为受力腹板要尽可能的靠近回转支承7的内侧缘。在这种设计方式下，最大程度扩大了中心料斗8的安装空间，横截面积的增加，让物料流量也随之增大，输送效率得到提高。不仅如此，这种设计模式可以更好的接住落料点下落的物料，重心更稳固，结构也更加平衡，堆料机可以实现稳定运行，避免其他因素的影响。还需要注意的一点是，圆弧壁2所对应的圆心角应该控制在60°左右，角过大，可能会导致安装价值下降。在此基础上，结合实际需求，增加了改进型接料板，降低清洁难度，延长设备使用寿命。
除此之外，还可以将中心料斗改为横截面为矩形的棱锥形，相对于传统的类圆形料斗而言，这种料斗的工艺更加简单，接料更加方便。但需要注意的是，如果需要设置成棱锥形料斗，那么要保证前后侧壁呈倾斜设置，而左右侧壁呈竖直设置。具体的设计内容可以根据物料的性状进行相应的调整。一般情况下，中心料斗的后倾斜壁相对竖直方向倾斜角度不高于30°，以此有效避免倾斜角度过大，导致物料堆积。
这种回转平台结构是一种创新结构形式，同时它也存在一定的技术风险，因此需要相关配套的技术对风险进行消除或减弱。比如设计过程就应注意工艺性，如拼接工艺、焊接工艺、机械加工；比如采取减少应力集中的设计措施；比如结构的变化会影响相应的内外受力，需要进行全面的三维建模、进行整体及局部的有限元分析计算验证。制造前应制定完善合理的制造工艺，以保证部件可以顺利实施制造加工[2]。
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图 1 堆取料机的回转平台
三、堆取料机的回转平台应用效果
唐山港京唐港区36号至40号煤炭泊位堆场设备系统工程中含有2个15万吨级煤炭卸船泊位和3个10万吨级煤炭装船泊位。该工程设计了多种不同的转运堆存方式，以最大程度满足散货进出港要求，主要包括卸火车、装火车、卸船、装船、堆存、转运、采制样等功能[3]。在该工程的堆场堆取料设备中，涉及了9台斗轮堆取料机，分为两种型号。本次堆取料机的设计，周期较短，需要达到的设计指标较高，从实际应用效果来看，具有以下特点：
新研发的超大型斗轮堆取料机相比较传统的斗轮堆取料机而言，设备出力明显提高。第二，设备解体更加容易，可以实现分部发运，在装卸现场就可以实现快速组装货焊接，极大程度避免了大尺寸锻件，有效降低成本。第三，新研发的超大型斗轮堆取料机利用三维离散元进行模拟计算，结合物料采样全面分析物料的流动性，模拟最差工况，对设计进行了进一步优化。根据所得到的计算结果，加入了挡料板弧形设计、料斗锥形设计等，最终要是采用了双圆环回转平台结构，避免了堵料问题的出现。
从实际经济效益和安全效益来看：本文阐述的堆取料机的回转平台，解决了料斗空间的问题，也就间接控制了成本增加，对于这种超大型斗轮堆取料机以及如此多的设备数量的大型项目，产生的经济效益是无法估量的。在设计过程中采用了三维建模及有限元计算，对结构进行了工艺合理性优化，提高了材料的有效利用率，因此结构提高了承载能力，可以保证堆取料机更稳定可靠的运行。
总结：综上所述，传统的堆取料机配置的回转平台，尤其是大型堆取料机内部空间不足，很难实现合理的溜料系统布置，需要创新技术改进并推出全新的堆取料机。而本文阐述的双圆环回转平台，不仅提供了充足的空间，而且保证了溜料角度，避免了堵料。同时还提高了结构的承载能力。
参考文献：
[1]赵利军,蒋巍.堆取料机回转支撑装置优化设计与改造[J].中国设备工程,2018,000(011):85-89.
[2]唐兴华.圆形料场堆取料机运行速度设计的匹配研究[J].煤炭工程,2018,50(3):108-111.
[3]佟征,董晓明,李高山,等.斗轮堆取料机回转轮压测试与分析[J].矿山机械,2019,047(006):66-68.