（机械工程专业论文）液压挖掘机卸车工具的设计.pdf

摘要 目前我国散堆装物料常用的卸车设备( 方式) 有：链斗卸车机、螺旋卸车机、 翻车机、自卸车、底开车卸车系统、挖掘机、抓斗卸车机和人工卸车。该文对其 优缺点进行一一分析。 针对冬季受冻散堆装物料的卸车，该文对卸车方式：解冻后卸车、人力卸车、 采用风镐卸车、采用装载机铲斗加装大钢钎破冻、采用液压挖掘机卸车、在装车 站加装防冻液等进行分析，得出了使用挖掘机铲斗卸车是最好的方式这一结论。 为解决我单位狭窄货场的卸车问题，减少车辆在厂内停时费用，该文设计出 一种新型卸车工具：螺旋送料器。螺旋是螺旋送料器的主要部件，它的材料、参 数不仅决定着输送效率，还很大程度上决定着螺旋送料器的使用寿命 根据输送量确定螺旋送料器的参数，对螺旋送料器的滑动轴承座进行设计， 选择螺旋送料器使用的润滑油。利用微积分和公式法求出该文螺旋送料器的输送 效率，输送效率与螺旋的直径、转速和导程成正比。将螺旋送料器的卸车效率与 铲斗卸车进行效率比较，得出本次设计的螺旋送料器较铲斗卸车效率高、安全性 能高的结论。 该文对螺旋送料器的螺旋材料进行了分析，利用软件s o l i d w o r k s 2 0 0 6 对卸车 工具中螺旋送料器的螺旋建模，对螺旋所受载荷进行了分析。用c o s m o s 软件对物 料填充螺旋1 2 和填满螺旋两种情况进行应力、应变、位移等方面的分析，得出 螺旋外沿位移变形最大、磨损最严重的结论，确定了本设计的螺旋送料器的参数 满足正常工矿需求。 该文设计的卸车工具对狭窄货场的散堆状物料卸车有较好地效果，并且，将 螺旋送料器的螺旋尺寸做相应调整后，还可用于汽车装的散堆状物料的卸车。 关键词散堆状物料；螺旋送料器；卸车 t h e d e s i g no fu n l o a d i n gt o o lt h a tt h eh y d r a u f i c e x c a v a t o r a b s t r a c t i no u rc o u n t r yu n l o a db u l km a t e r i a l se q u i p m e n t s ( w a y ) t oh a v ei nc o l m n o l lu s e c u r r e n t l y ：b u c k e te l e v a t o r , s c r e w yc o n v e y e r , c a rd u m p e rs y s t e m , d u m pe a r , b o t t o m - u n l o a d c a t s y s t e m , g r a b - b u c k e tm a c h i n e t b i s 也e s i sa st oi t st h em e r i ta n ds h o r t c o m i n gc a r r y o na n a l y z i n go n e b yo n e a i ma tf r o z e nb u l km a t e r i a l st ou n l o a dac a r , t h i st h e s i sa n a l y s e st h eu n l o a d i n g m e t h o d ：a r e rd e f r o s tu n l o a dc a r s 。m a n p o w e rt ou n l o a dc a r s ，a d o p t i o nt h ep n e u m a t i c p i c ku n l o a dc a r s 。a d o p t i o nl a d i n gm a c h i n es p a d et oa d db i gs t e e l t ob r e a k , a d o p t i o nt h e h y d r a u l i ce x c a v a t i o nt ou n l o a dc l 哪a d d i n gd e f e n df r o z e nl i q u i di ns t a t i o nt oe t c d r a w ac o n c l u s i o nt h a tu s i n gt h eh y d r a u l i ci st h eb e s tw a y i no r d e rt or e s o l v em yc o m p a n yn a r r o wf i e l dp r o b l e m ，r e d u c ec a rs t o pe x p e n s e s ， t h i st h e s i sd e s i g n sak i n do f n e wu n l o a dc a rt 0 0 1 ：s c r e wc o n v e y e r t h es c r e wi st h em a i n p a r t so f c o n v e y e r , i t sm a t e r i a l ，p a r a m e t e rn o to n l yd e c i d et r a n s p o r te f f i c i e n c y , a l s ot h e g r e a td e g r e et h a tt h es e r v i c el i f co f s c r e w c o n v e y e r a c c o r d i n gt ot r a n s p o r to f s c r e wc o n v e y e r , d e 丘n ei t sp a r a m e t e r d e s i g nt h e 百i d e b e a r i n g so f t h es c r e wc o n v e y e r c h o o s et h el u b r i c a t i n go i lt h a t 也es c r e w su s e u s et h e c a l c u l u sa n df o r m u l at oo b t a i nt r a n s p o r te 伍c i e n e y , t r a n s p o r t i n gt h ed i a m e t e r , r e v o l v e s p e e d ，l e a d c o m p a r et h e i re f f i c i e n c y , w ec a ng e tac o n c l u s i o nt h a tt h es c r e w c o n v e y e rm u c he 伍c i e n e ya n ds a f e rt h a ns p a d e t h i st h e s i sc a r r ya n a l y s i so ns c r e wc o n v e y e r , u s et h es o f t w a r es o u d w o r 硒 2 0 0 6t oe s t a b l i s hm o d e lf o rt h es c r e w - o f c o n v e y e r , a n da n a l y s i st h el o a d i n g so f a c r e w c o n v e y e r u s et h es o f t w a r ec o s m o s t of i l lt ot h em a t o r i a ls p i r a l1 2w i t hf i l l i n gw i t h s p i r a lt w ok i n d so f c i r c u m s t a n c e st oc a r r yo ns h o u l dt h ed i n t , c o n t i n g e n c y , a n a l y s i st h a t m o v e se t c ，g e tac o n c l u s i o nt h a ts p i r a lo u t s i d et r a n s f o r mb i g g e s t , w e a rm o s ts e r i o u s , m a k e ss l l r et h a tt h i sd e s i g no f u n l o a d i n gt o o ls a r i s f yt h en o r m a lw o r k 田1 cd c s i g no f u n l o a d i n gt o o lt ob u l km a t e r i a l st ou n l o a dac a rh a v eg o o dr e s u l tt o t h en a 2 t o wg o o d sf i e l d , a n da f t e ra d j u s tt h es i z eo f s c r e wc o n v e y e r , s c r e wc o n v e y e rc a n u s ef o ra l la u t o m o b i l e 缸咄 k e yw o r d sb u l km a t e r i a l s ；s c i e wc o n v e y e r ；, u n l o a d i n gac a l 原刨性声明 本人郑重声明；所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进 行研究所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何 其他个人或集体已经发表或撰写过的科研成果。对本文的研究作出重要贡 献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本声明的法律责任由本人 承担。 论文作者签名：丝至函雪日期：左型：羔：堡 关于学位论文使用授权的声明 燃撇：一师签鹌期：一 第1 章绪论 第1 章绪论 1 1 立项背景 近年来，随着我国经济建设的快速发展，铁路货运量迅速增长，铁路装卸 量必然随之增加，迫切要求提高装卸能力和装卸效率，为此，铁道部要求使用 铁路的企业要大力提高卸车设备机械化率和自动化率，缩短车辆在企业内的停 时。本文主要是针对铁路散堆装物料的卸车的现状，设计一种卸车工具。 1 1 1 我国铁路运输现状 我国铁路运输行业由于其自然垄断性及其在国民生产、生活中的特殊地位， 长期以来形成一种半军事化管理，半企业化运营的状态。由于过去更多的考虑 其公益性非商业性的项目的运营，使中国铁路运输企业机制僵硬，市场化差， 效率低。长期的铁路运输企业路网合一，客货混跑，已经严重制约了快速增长 的经济。 1 9 9 1 年一 2 0 0 1 年我国铁路货运量的增长幅度很小，期间有的年份甚至出现 负增长。而这期间我国经济g d p 快速增长，铁路营运里程、铁路机车数、铁路 客货车辆等都较往年大幅度增长。这种现象能导致部分区段铁路运输能力、基 础设施设备能力处于未饱和状态。同国外铁路比较，1 9 9 9 年我国铁路的货运密 度( 货物周转量线路里程) 为1 9 0 4 8 万t k m k m ，而1 9 9 9 年世界主要国家的货 运密度分别是【1 】： 表1 - 1 世界主要国家货运密度表 中国 美国 俄罗斯 货运密度万t k m k m 1 9 0 4 81 0 4 2 51 0 4 6 3 货车牵引总重t 2 6 5 45 0 1 13 3 0 2 6 6 因此，中国铁路线路的负荷是很大的，但是机车牵引能力较弱，导致开行 次数较多 2 1 。 随着我国市场经济的逐步建立和完善，随外开放的继续扩大，以及中国已 经加入w t o ，国内客运货运市场竞争将呈现出多元化趋势，加之世界经济一体 化浪潮日益高涨，我国铁路运输必然面临更严峻的挑战，从而增加了我国铁路 运输企业参与国际竞争的难度和屏障【2 】。为此，中国铁路运输企业为了谋求企 山东大学硕士学位论文 业的生存和发展，在未来的激烈竞争中占有一席之地，必须正视现实、积极应 战，致力于建立企业集团发展战略及搞好战略管理，真正保持自己的竞争优势， 这才是铁路运输企业生存发展的重要保证。 目前，中国铁路用占世界6 的营业里程完成了占世界2 4 的换算周转量， 换算密度为世界平均水平的4 倍，成为世界上最繁忙的铁路。2 0 0 2 年铁路完成 的客货周转量占全社会的比重分别为3 6 和8 7 ( 不含远洋) 4 1 。2 0 0 4 年中国 铁路的旅客周转量、货物发送量和换算周转量均为世界第1 位。 近几年来，随着国民经济持续快速增长，铁路货运需求加大，全路申请车 皮量已达日均2 0 万车，而铁路只能满足9 5 万车左右。在运输能力全面紧张的 情况下，尽管铁路部门千方百计挖潜，重点物资运量增幅也大大高于全路货运 量的平均增幅，但仅靠现有能力挖潜，仍然不能从根本上满足需求。这样，铁 路部门在加快新线建设，增加路网规模总量，完善路网结构，提高路网质量的 同时，加大车辆停时的处罚力度，要求进厂车辆尽快的出厂，同时要求企业再 卸车的同时，不能损坏车辆，否则予以罚款。 1 1 2 国内企业铁路现状 国内大中型重工业企业，主要是石油、化工、电力冶金等企业，普遍铺设 铁路专用线。据不完全统计，企业专用线长度达7 0 0 0 公里。铁路运输作业量占 国铁相当大的份额。企业铁路主要担负着企业大宗货物、原材料以及产品的进 出厂发送任务，是企业整体生产流程的咽喉部位，它的畅通以及运输服务质量 状况直接关系到企业的总体利益。 现有企业铁路专用线运营方式主要有三种：第一种方式是自备机车和车辆。 专用线上设置交接站，在交接站上完成企业与国铁车辆的交接，国铁负责企业 自备车辆的外运和进厂前的运输作业。自备机车主要负责企业内部车辆的编组 作业。专用线，由企业自行经营和维护。第二种方式：自备机车和专用线租用 国铁铁路车辆，完成货物的运输作业。第三种方式是自备铁路专用线，租用国 铁的机车和车辆，完成货物运输作业。其它方式还有自备部分物种车辆与租用 国铁通用车辆相结合的运输方式( 一般铁路管理和维修企业自行解决，个别企 业委托铁路部门解决) 。 伴随国家铁路运输的新发展，企业铁路运输落后于国铁。企业铁路存在的 2 第1 章绪论 诸多弊端，不断显现，企业铁路与国铁之问的衔接存在的问题越来越多，抑制 企业的改革和发展。 1 基础设施不够健全 企业铁路，特别是5 0 年代建成的企业，由于受当时地理环境的限制，铁路 的扩建和改造的空间有限，只能在现有的厂区内进行技术改造，以满足企业不 断扩大的生产需要，而且企业铁路专业人员、技术力量比较短缺，所以原铁路 存在诸多不规范设计现象，如铁路曲线半径较小，最小的只有1 5 0 米；铁路道 床污染严重；铁路线路警示牌不规范；铁路平交道口较多，安全标志不全，而 且设置位置不合理，个别公路与铁路交角小于4 5 0 ，或者在铁路曲线上铺设道口， 造成事故易发地段，埋下重大隐患；受环境的影响，铁路货场货位狭窄与铁路 运能的矛盾越来越突出；单股铁路长度不足一个专列等等。 2 装卸车方式陈旧影响运输生产 企业铁路进厂原材料一般采用6 0 年代非标卸车设备，如链斗卸车机、螺旋 卸车机或者采用汽车吊、门式吊车，个别企业甚至使用人工卸车，装车作业一 般都采用人工装车，这些方法大大降低了装卸车速度，延长车辆使用时间，降 低铁路运输作业量，增加了生产成本 3 先进技术应用方面远远落后于国铁 调车机车一般采用小功率内燃机车，牵引动力不足，部分企业尚沿用国铁 淘汰的蒸汽机车，不但污染严重，作业环境差，而且调车效率明显偏低。铁路 信号控制c - q 别企业采用人工搬道) 部分还使用国铁6 5 年设计的产品6 5 0 2 电 气集中系统，该控制系统技术落后，易发生故障，检修频繁，使用费用较高， 按铁道部技术标准，应报废更新。 4 与国铁站段运输之间的矛盾突出 随着国铁的一次次提速，国铁的铁路运输能力不断增加，国铁对企业铁路 运输的要求也越来越高，国铁通过不定期检查企业专用线情况、接发车能力、 调车作业方式等方面，来督促企业铁路尽快与国铁“接轨”，达到“双赢”的目 的。同时国铁铁路运输计划的不平衡，造成企业铁路进厂货物时常集中到达， 而企业卸车速度不能达到要求，造成车辆在厂停时费用增加。个别时段，国铁 强制异地卸车，给企业造成很大浪费 山东大学硕士学位论文 1 1 3 本单位现状 中国铝业股份有限公司山东分公司( 以下简称山东分公司) 是一家有着5 0 余年历史的老国企，是新中国第一个氧化铝生产基地，1 9 5 4 年投产。我们运输 部主要负责公司大宗原材物料和产品进出厂的铁路运输发送工作，辖内铁路线 全长4 2 6 公里，装卸设备老化，大部分使用卸车机卸车。 近几年来，随着氧化铝、化学品氧化铝产量的不断增加，铁路运输量、装卸 量也在成倍增长，卸车方式的落后逐渐凸现出来。但是，就像大多数5 0 年代建 成的企业一样，由于受当时地理环境、初期产量的限制，铁路等设施是根据建 厂时设计的，现在铁路的扩建和改造的空间有限，只能在现有的厂区内进行技 术改造，以满足企业不断扩大的生产需要，对于较先进的卸车设备如翻车机等， 则需要对铁路进行改造，对企业的影响较大，短期内很难在企业里实现。 目前，我公司对于不能使用卸车机卸车的矿石主要是采用挖掘机( 反铲) 进行卸车，但由于视线等因素铲斗容易对车辆造成损伤，而国铁对造成车辆损 伤的企业不仅要求修复被损伤的车辆，追加车辆在厂停时费，还要对企业进行 罚款，造成卸车成本增加。而如果使用人工卸车，则效率更低。 为解决这一矛盾，本课题对我国目前使用的各种卸车机械：卸车机、翻车 机、自翻车及挖掘机等卸车方式的优缺点进行一一比较，针对散堆装物料的物 理特性，设计出适合场地狭小、卸车迅速的卸车工具。 1 2 螺旋卸车方式简介 螺旋机构包括螺旋组和驱动装置【5 】，作为卸车时用；摇摆机构能调整螺旋 在车厢内的纵向倾角。卷扬机构可使螺旋机构随货层高度升降螺旋机构的工 作装置是一个或两个的螺旋。螺旋旋转时，叶片将物料从车辆的侧门推出。根 据生产率的要求，可使用一根螺旋或二根螺旋进行卸车，螺旋可用一头、双头 或三头，采用双头或三头螺旋时，物体较易移动，生产率较高。螺旋按构造有 以下三种1 6 】： 1 实体板式螺旋：叶片用4 8 毫米钢板制成，焊在轴上，或用铸铁和轴铸 成一体。这种螺旋适用于输送干的、不粘结的小粒和粉末状物料。 2 带式螺旋：叶片用钢板制成，用径向销子固定在轴上。这种螺旋运用于输 送块状的黏性的物料。 4 第1 章绪论 3 叶片式螺旋：叶片用钢板制成，用销子固定在轴上，各叶片按螺旋线位置 安装。使用于输送易粘结成块或易被压实的物料。 螺旋可升降以适应物料的高度。螺旋卸车机的作业能力最高可达5 0 0 吨小 时，但它要求配用侧开门铁路敞车，同时卸料地段应有高路基或坑道货场，对 于较浅的货场坑道不适合。冬季，若物料在敞车内冻结，在使用上述链斗卸车 机和螺旋卸车机卸料前，应先加热解冻或将冻块破碎同链斗卸车机一样，螺 旋卸车机卸车车底常残留物料，需要人工清扫残料。另外，螺旋卸车机对螺旋 的强度要求较高，目前，一般是在螺旋的外侧附上锰钢板。 1 3 散堆状物料卸车现状 1 3 1 我国散堆状物料卸车现状 我国散堆装物料的卸车工具( 方式) 比国外发展较晚和落后。目前在钢铁、 冶金、矿产、运输、电力等企业和码头上使用较多的是链斗卸车机、螺旋卸车 机、翻车机系统、自翻车、底开车系统、挖掘机、抓斗卸车机和人工卸车等， 其中，链斗卸车机、螺旋卸车机较为普遍，少数大型新兴企业使用翻车机系统。 链斗卸车机和螺旋卸车机为上世纪5 0 年代设计的产品，在当时比较先进。然而 目前使用的链斗卸车机和螺旋卸车机相比上世纪5 0 年代在设计上并无较大改 变，在某些9 5 年出版的资料上仍然说它们高效，可见我国卸车设备之落后。 当然，我国也有较为先进的卸车设备：翻车机。我国的第一套翻车机系统 1 9 5 6 年由大连重型机器厂设计，鞍山钢铁公司使用。我国翻车机发展到目前虽 然只有短短的5 1 年历史，但我国的翻车机技术却发展非常迅速目前，我国正 在投产运行的翻车机系统约3 5 0 台套，其中大连重型机器厂约2 0 0 台套，武汉 电力设备厂约1 5 0 台套。 从目前来看，我国对散堆装物料使用的卸车设备主要是链斗卸车机和螺旋 卸车机：我们单位的散堆装物料( 矿粉、煤炭等) 的卸车主要由4 台链斗卸车 机、2 台螺旋卸车机完成；附近的电厂采用3 台螺旋卸车机卸车。通过对中铝公 司其他分公司了解来看，也主要是利用链斗卸车机或螺旋卸车机卸车。 以上几种卸车设备卸车各有优缺点，会在后面介绍。但针对狭窄货场的卸 车，大多数采用人工卸车或直接用挖掘机卸车，没有安全有效的卸车设备。 山东大学硕士学位论文 1 3 。2 国外散堆状物料卸车现状 铁路首先是在英国发明的，所以国外针对散堆装物料卸车设备的研究也领 先于我国。在路网规模大、行车密度小、货运比重大、运能较富裕的美国、加 拿大、澳大利亚等国，组织开行从装车地到卸车地之间的重载单元列车，通过 货物集中发送、快速装卸、加速机车车辆周转来降低成本，从而获得较大的效 益，提高了与其他运输方式的竞争能力 7 1 。他们采用先进的装卸设备，如重载 单元列车在装车地，整列装车在线路轨道上的车位表示器与机车上的自动调速 器联控，保证装车车列匀速前进、准确对位，并与储仓装量口的开闭协调配合； 在卸车地，有条件的地区设有整列不停车卸车的环线线路，条件受限的地区则 采用分组卸车的方法，卸车主要采用漏卸和翻卸的方式。漏卸是漏斗车在高架 栈桥或卸车坑道上打开车门直接卸车；翻卸则使用列车定位器将专用敞车固定 在翻车机内旋转倾覆卸车，由于专用敞车( 每辆或两辆一组) 的一端装有高强 度旋转式车钩，可保证不摘钩连续作业【引。 1 4 课题研究目的、意义及主要内容 1 4 1 课题研究的目的和意义 近年来，随着我国经济建设的快速发展，铁路货运量迅速增长，铁路装卸 量必然随之增加，迫切要求提高装卸能力和装卸效率，为此，铁道部要求使用 铁路的企业要大力提高卸车设备机械化率和自动化率，缩短车辆在企业内的停 时。 中铝山东分公司于1 9 5 4 年投产，由于当时产量较低，在铁路设计方面考虑 得较为欠缺。随着国民经济持续快速增长，铁路货运需求加大，铁路只能满足 车皮需求量5 0 左右，这样，铁路部门加大车辆停时的处罚力度，要求进厂车 辆尽快的出厂。目前，有5 0 的矿石、煤炭通过链斗卸车机卸车，另外4 5 的 矿石、煤炭不得不通过挖掘机卸车。但由于铲斗易碰到车辆上，对车辆造成损 害，国铁对企业处以罚款，造成成本增加。我单位主要矿石、煤炭卸车区域( 1 1 股、1 4 股、1 5 股、1 6 股、1 7 股、1 8 股) 均场地狭窄，7 0 的货物只能使用挖 掘机卸车。 如果使用翻车机，需要停用铁路线路，并加深两边矿( 煤) 槽，在铁路线 路旁铺设基础，由于山东分公司有5 台内燃机车，还需要另购机车。抛开购置 6 第l 章绪论 设备费用及改造工程费用，单是氧化铝停产1 个月，按照目前氧化铝价格3 6 0 0 元吨， 月产量8 万吨，企业就要损失2 8 8 亿元。 使用自翻车则费用太高：由于矿石密度较小( 1 5 吨立方) ，自翻车只能 装载4 5 吨，而国铁按照6 0 吨收取费用；国铁限制车辆空车运行，如果上国铁， 由于铁路计划编排的弊病，易造成找不着车的情况。我单位每年在氧化铝销售 旺季都要派专人到东北寻找我单位的罐车，就是因为国铁将罐车分开编排计划， 造成罐车不能及时返回。我单位曾经在1 9 9 8 年丢失过3 俩敞车，也是因为这个 原因。 目前，从国内和国外来看，挖掘机的主要功能是挖掘、装车、破碎、推货 场( 安装推土机的铲刀) ，在卸车方面用较少，主要是易对车辆造成损伤和小型 挖掘机动臂长度不够。 本课题主要是通过对比目前国内铁路固态散装物料的卸车方式的优劣，针 对我单位这种货场狭窄，无法使用较为先进的卸车工具的特点，参照螺旋卸车 机螺旋传动部位设计出一种适合场地小的卸车工具。安装本工具的挖掘机能够 快速安全卸车，使挖掘机的具有挖掘，破碎、装卸的功效，增加挖掘机的功能。 该工具部分尺寸经过修改，可适用于汽车卸车，扩大使用范围。 1 4 2 课题研究的主要内容 1 对散堆装物料的卸车方式( 卸车工具) ：链斗卸车机、螺旋卸车机、翻车 机、自翻车、底开车卸车系统、挖掘机、人工卸车和抓斗卸车机等进行分析， 找出各种方式( t 具) 的优点和缺点。 2 设计出适合我单位这种场地狭小而又快速、安全的卸车工具。 3 采用s o l i d w o r k s 软件对螺旋进行三维建模，用c o s m o s 对螺旋进行应变， 位移等方面的分析。 山东大学硕士学位论文 第2 章散堆装物料的特点 2 1 散堆装物料 本次课题针对的是散堆装物料【9 1 ，散堆装物料通常指各种自然堆积在一起 的块状、粒状或粉末状的货物，如煤、砂、灰、石等。因为散堆装货物没有一 定的外形界限尺寸，他们的物理特性一般指颗粒组成及块度、容积密度、自然 坡度、磨磋性和其他特性。 物料的颗粒组成是指物料中不同块度的各组成部分的质量，在物料总体质 量中所占的百分比。物料的块度指颗粒的最大线尺寸。散粒物料按其颗粒大小 分类如下： 表2 1 散堆装物料的尺寸 类别名称最大颗粒尺寸( r a m ) 大块物料1 6 0 以上 中块物科6 0 1 6 0 小块物料1 0 6 0 小颗粒物料0 5 1 0 粉末状物料 小于0 5 本次研究的课题主要针对小于1 0 m m 、容积密度在1 5 t m 3 以下、小块及其 以下的物料。 容积密度：在自然堆积的松散状态下，单位容积内散装粒物料的质量。容 积密度通常与物料质点的密度、颗粒组成、湿度等有关。 表2 - 2 散堆装物料的容积密度 类别名称容积密度( t m 3 )举例 轻型物料0 6 以下木屑、焦炭 中型物料0 6 1 1硬煤、熔渣 重型物料 1 1 2 0 片石、砂 最重性物料2 0 以上 铁矿石、黄铁矿 自然坡度角：静止状态的散粒物料堆置在平面上，其自然坡度平面与水平 面之间的夹角。自然坡度角的大小与物料间的内摩擦力有关，即流动性越大， 第2 章散堆装物料的特点 自然坡度角越小 磨磋性：散粒物料的颗粒在运动时，对于与它相接触的物体产生磨损作用 的性质。磨磋性的大小取决于它的硬度、表面的特性、形状及尺寸。磨磋性大 的颗粒物料有：灰、氧化铝、水泥、砂子、矿石、和焦碳 散粒物料的其他特性包括吸湿性、锈蚀性、有毒性等。 2 2 装卸搬运 2 2 1 装卸搬运的概念 在同一地域范围内( 如车站范围、工厂范围、仓库内部等) 以改变“物”的 存放、支承状态的活动称为装卸，以改变“物”的空间位置的活动称为搬运， 两者全称装卸搬运有时候或在特定场合，单称“装卸”或单称“搬运”也包 含了“装卸搬运”的完整涵义。 在习惯使用中，物流领域( 如铁路运输) 常将装卸搬运这一整体活动称作 “货物装卸”；在生产领域中常将这一整体活动称作“物料搬运”实际上， 活动内容是一样的，只是领域不同而已。 在实际操作中，装卸与搬运是密不可分的，两者是伴随在一起发生的。因 此，在物流科学中并不过份强调两者差别，而是作为一种活动来对待。 搬运的“运”与运输的“运”，区别之处在于，搬运是在同一地域的小范 围内发生的，而运输则是在较大范围内发生的，两者是量变到质变的关系，中 间并无一个绝对的界限。 2 2 2 装卸搬运的特点 1 装卸搬运是附属性、伴生性的活动。装卸搬运是物流每一项活动开始及结 束时必然发生的活动，因而有时常被人忽视，有时被看作其它操作时不可缺少 的组成部分。 2 装卸搬运是支持、保障性活动。装卸搬运的附属性不能理解成被动的，实 际上，装卸搬运对其它物流活动有一定决定性。装卸搬运会影响其它物流活动 的质量和速度，许多物流活动在有效的装卸搬运支持下，才能实现高水平。 3 装卸搬运是衔接性的活动。在任何其它物流活动互相过渡时。都是以装卸 搬运来衔接，因而，装卸搬运往往成为整个物流“瓶颈”，是物流各功能之间 能否形成有机联系和紧密衔接的关键，而这又是一个系统的关键。建立一个有 山东大学硕士学位论文 效的物流系统，关键看这一衔接是否有效。比较先进的系统物流方式联合 运输方式就是着力解决这种衔接而实现的 2 3 本章小结 本章主要对散堆装物料和装卸的概念进行了分析。 1 散堆装物料物理特性一般指颗粒组成及块度、容积密度、自然坡度、磨磋 性和其他特性。 2 装卸的特点：是附属性、伴生性的活动；是支持、保障性活动；是衔接性 的活动。 1 0 第3 章卸车机械 第3 章卸车机械 目前，我国铁路车辆针对散装货物所用的卸车机械主要有链斗卸车机、螺 旋卸车机、自翻车、翻车机、抓斗起重机： 3 1 卸车机械 3 1 1 链斗式卸车机 链斗式卸车机，又名卸煤机，主要用于散堆装货物装卸作业。链斗式卸车 机主要由链斗提升机、带式输送机、链斗起升机构、整车运行机构和金属构架 组成( 图3 1 ) 。链斗卸车机的作业能力一般在3 0 0 吨，小时以下 在7 0 年代，链斗式卸车机能够显示出卸车效率，但现在，由于翻车机、自 翻车的研制使用，它的效率就显得低了，而且该机的一些问题逐渐暴露出来， 并越来越突出，主要有以下问题： 1 货源不足，闲置较多，资产利用率极低。从我单位2 0 0 6 年3 台链斗式卸 车机前l o 个月来看，平均利用率只有2 0 9 4 。 2 由于造价高，场所固定，对货物的性状要求高，以及现实货源的不确定 性，使机械效能与运量、收入与成本背离。我单位3 台卸车机其中有两台1 9 8 4 年，一台2 0 0 2 年。由于链斗式卸车机卸车原理相似，更换的意义不大，除非出 现钢结构满足不了安全要求。 表3 1 我单位3 台卸车机运行表 月份一月二月三月四月五月六月七月八月九月十月 运行台时 4 9 42 6 55 2 65 2 63 2 24 1 56 0 46 0 85 5 28 2 3 日历台时2 2 3 22 0 1 62 2 3 22 1 6 02 2 3 22 1 6 02 2 3 22 2 3 2 2 1 6 02 2 3 2 利用率2 2 11 3 12 3 62 4 41 4 41 9 42 7 12 7 22 5 63 6 9 3 工作时粉尘飞扬，污染扰民。自从人们环保意识增强后，制造厂家根据 用户要求，又增加了收尘设施或者用喷洒水来达到除尘的目的。这两种措施都 需要将链斗部位密封，虽然有一定的效果，但也带来了副作用。比如安装喷淋 系统【1 们， 它的工作原理：喷淋除尘是利用喷头把压力水转换成雾罩，保证喷头的雾化效 果和雾化角度，大大减少耗水量；使用防尘罩使尘源封闭，将尘源限制在一定 山东大学硕士学位论文 图3 - 1 链斗卸车机 的空间内，增加尘粒与水滴的碰撞几率和速度，提高除尘效率。使含尘气体的 湿度增加，尘粒相互凝聚，体积增大而沉积到燃料表面，一起送至原煤仓，而 达到消除粉尘，净化环境的目的。由于使用水，会使煤粉粘在链斗上，减少链 斗的容积，降低卸车效率。特别是到冬季时，、由于温度低，每次卸完车后，煤 粉都会冻在链斗上。 4 违背市场需求，服务对象意见大。卸车机运转时，货物抛洒，浪费资源。 块状煤炭因怕链斗搅碎，降低价钱，货主都不愿意使用机械卸车。 5 车底残留物料，卸车时粉尘飞扬。 6 受经济效益分配机制影响，有时不顾及适应范围，操作人员强行作业。 会对链斗、输送带造成较大损害，使机件受损，增加维修成本。 3 1 。2 螺旋卸车机 1 螺旋卸车机的结构形式 螺旋卸车机主要有塔式( 图3 2 ) 和门式两种，卸车机由螺旋机构、摇摆机 构、卷扬机构、行走机构、机架等组成。现在卸车机采用数字化制造技术可提 高卸车机设计和生产效率“1 】：建立产品统一数据模型；建立零件三维模型库， 实现产品三维数字化；三维实体模型数字化预装配。螺旋卸车机的作业能力最 第3 章卸车机械 高可达5 0 0 吨，小时，螺旋卸车机对螺旋的强度要求较高，一般是在螺旋的外侧 附上锰钢板。 图3 2 螺旋卸车机 2 主要的问题 ( 1 ) 货源不足，闲置较多，资产利用率极低。从我单位2 0 0 6 年2 台螺旋 卸车机前1 0 个月来看，平均利用率只有8 5 4 。 ( 2 ) 设备场所固定，对货物的形状要求高，以及现实货源的不确定性，使 机械效能与运量、收入与成本背离。 ( 3 ) 车底残留物料，卸车时粉尘飞扬。另外，对于残留物料，到目前为止， 使用螺旋卸车机没有很好的解决办法，我单位一直使用民工打扫车底，以每车 6 0 吨计，机械卸车5 0 吨，民工卸车1 0 吨。并且，由于在卸车机轨道上漏料较 多，物料容易堆积在铁路轨道上和卸车机轨道上，这也必须由民工打扫。 ( 4 ) 螺旋卸车机对螺旋强度要求高，另外对于螺旋轴端密封要求也高，如 果螺旋密封不良或密封件强度不够，会造成轴承润滑不良，使轴承易损坏，增 加维修费用。 山东大学硕士学位论文 表3 - 2 我单位3 台卸车机运行表 月份一月二月 三月四月五月六月七月八月九月 十月 运行 1 1 91 0 41 1 41 1 41 0 91 0 06 98 51 4 22 7 1 台时 日历 1 4 4 81 3 4 4 1 4 4 81 4 4 01 4 4 81 4 4 01 4 4 81 4 4 81 4 4 01 4 4 8 台时 利用 8 2 7 77 97 97 56 94 85 99 91 8 7 率 综上所述，螺旋卸车机效率比链斗式卸车机较高，但它对货槽有要求，要 求有清理货位的设备配套使用。卸车机螺旋更换频繁，比较适合卸摩擦系数小 的煤粉等，不适合卸摩擦系数较高的矿石等等。 3 1 3 底开车卸车系统 底开车是一种无盖漏斗车【1 2 1 ，适用于固定编组，定点装卸，循环使用，有 营运效率高、卸车速度快等优点，适用于运距较近、矿点集中、车辆固定、物 料颗粒适宜的电厂、煤矿、钢厂等企业。 底开车卸车系统的方案设计取决于底开车卸车方式、卸车沟长度、运料系 统的缓冲能力、企业的调车方式等。 1 卸车方式 底开车的卸车方式有风控自卸、电控卸车。 风控自卸是由地面风源供气，通过风控系统实现整列卸车、分批卸车及单 节卸车。电控卸车是列车在行车中自充风能，不需要地面风源，每节车上的两 个受电靴与卸矿沟内的信号轨接触，可实现“远电控”，达到边走边卸或分批卸 车。目前国内电厂采用“近电控”和“手控”单节卸车的方式为主。 2 卸车能力 卸车系统能力为1 5 0 0 t h 。运料系统采用双路输送带，可同时运行。重车由 调车机牵引进厂后，一般采用分组手控风动卸车，分次完成卸车作业。 3 存在的问题 ( 1 ) 机械化、自动化程度低，不能实现自动控制。由于目前国内底开车卸 车方式多采用手动开车门，尚不能实现自动控制。卸车过程需自备机车进行调 1 4 第3 章卸车机械 车作业。 ( 2 ) 对货源变化的适应性差。使用底开车的企业宜定点供应，装车点不宜 超过两处，且应固定车底，专列运行。 ( 3 ) 对受冻物料适应性差。物料中水分在车门处冻结，影响车门开启，解 冻库的设置影响卸车效率；物料表层冻结或冻透，大量冻块易卡塞在车门处和 在卸料沟箅子上堆积，影响卸车效率。因此在严寒地区不宜采用底开车卸车。 ( 4 ) 对较大块物料的适应性差。由于底开车的车门开度有限，当较大块物 料和杂物较多时，易卡塞在车门处 ( 5 ) 由于卸料线较长，对于粉状物料容易引起粉尘污染 ( 6 ) 卸料沟土建工程地下施工量大，工期较长。 3 1 4 翻车机 翻车机卸车线是一种大型的、高效率的机械化设备，用于翻卸铁路敞车所 装载的矿石、精矿、粮食、煤等块状及颗粒状物料，被广泛使用在电力能源、 冶金机械、煤炭焦化、港口码头等运输行业。翻车机卸车线的系统工作效率较 高，每小时可翻卸2 0 3 0 辆铁路敞车，在冶金厂、发电厂、港口等行业有广泛 的应用价值【1 3 1 。 图3 - 5 翻车机 使用翻车机也会造成扬尘【1 4 】，对周围环境造成污染，特别是翻车机室。煤 山东大学硕士学位论文 车进入翻车机室后，当车厢与翻车机转子共同转到一定角度时，车厢中的煤开 始流入煤仓，随着反转角度的增大，流入煤仓的煤量也随之增加，由于车厢中 的煤不断占据煤仓空间，迫使该空间的空气往外流动，形成气流，附着在煤表 面的干燥微粒随气流带入空间，形成扬尘。 目前，通过安装喷淋系统，可大大降低煤粉浓度，为防止喷淋装置在冬天 上冻，还需要铺设暖气管道，确保有一定的温度，来保证喷淋系统正常工作。 不足之处是需要将车辆随时向前推进。对于内燃机车数量多的企业可用一 台机车随时将车辆推进，也可以通过牵引装置来控制车辆前进。 3 1 5 自翻车 1 自翻车结构 自翻车( 图3 6 ) 主要适用于矿山、冶金等企业，以压缩空气为倾翻动力， 可向铁路任一侧卸车，卸车风缸的压缩空气可由机车或地面设备供应。使用自 翻车效率高，每小时最大卸车辆可达3 0 0 0 吨。自翻车主要由车体、底架、走行 部、制动装置、倾翻装置、车钩缓冲装置等组成。 图3 - 6 自翻车 2 自翻车倾翻原因分析 自翻车同其他物体一样，具有在各种方向的外力作用下，使自己处于能量 最小的位置特性。当它处于某种位置和状态时，其平衡形势不被破坏，则称之 为稳定；相反，如果它离开了平衡状态，又没有能力使自己恢复平衡位置，即 平衡被破坏，则称之为不稳定。自翻车之所以发生这些扣翻事故，就是倾翻时 破坏了平衡状态而又无能力复原造成的【1 5 1 。分析扣翻车的原因，主要有：操作 1 6 第3 章卸车机械 人员操作不当；货物装载不良；车辆因检修质量不合格及车辆技术状态不好； 线路状态不良。 3 存在的问题 ( 1 ) 应配有相应的设施和设备。自翻车卸料地段应有高路基或坑道货场。 使用高路基，需配有桥式( 门式) 吊车。使用吊车，还必须有地下设施或者用 抓斗将物料通过输送带运走对于仅通过地下设施来输送物料而不配备吊车的 话，则一旦地下设施出现故障，则直接影响卸车效率，并且增加车辆在厂停时。 另一种情况是配备推土机或挖掘机等工矿设备，此时路基在5 0 0 r a m 以上即可， 不用过高。但必须保证卸下的物料能够及时运走，不能影响后面的物料卸车。 ( 2 ) 当物料被冻成大块时，不允许卸车，否则会造成脱轨或车辆倾翻。 ( 3 ) 自翻车费用高。现在每辆6 0 吨容量的自卸车价格在5 5 万元以上，而 且维修费用也高，只能在国铁检修。如果没有稳定的货源，不推荐采用自翻车 卸车 ( 4 ) 由于铁路编排计划的弊病，基本上只在大型企业内部铁路上或短途使 用。 3 1 6 挖掘机 挖掘机卸车速度快，每小时卸车量最大可达1 2 0 0 吨，并且机动灵活，不占 用场地，可以避免卸车机卸车场地固定的缺点。但缺点是卸车的铁路旁的矿槽 不能太深，以免挖掘机动臂不够长。且卸车存在死角，由于视线等客观原因和 操作水平等主观原因，挖掘机铲斗易碰到车辆上，对车辆造成损害。因造成车 辆损害，国铁对企业处以罚款，造成成本增加。使用挖掘机卸车，车底也会常 残留物料，需要人工清扫残料。 3 1 7 抓斗卸车机 利用抓斗将物料卸下，主要是针对链斗卸车机卸车时造成扬尘而设计的， 由于抓斗容易对车辆侧壁造成损伤，车底常残留物料，且卸车效率较低，目前， 使用此方式卸车的不多。 3 1 8 、人工卸车 在建国初期由于卸车机械较少，基本上是用人工卸车。该方法在一些车站或小 山东大学硬士学位论文 单位至今仍在使用，主要是物料零散、量小或无法使用卸车机械情况但使用 人工速度慢，效率低。但对于采用链斗卸车机，螺旋卸车机、挖掘机、抓斗卸 车机等设备的企业来说，人工卸车也是必不可少的。因为卸车得不彻底性，车 底都需要人工来打扫。并且对于北方地区来说，有时在冬天物料会受冻，量少 而又不值得购买专门设备来破冻，此时使用人工卸车也是上佳的选择 3 2 卸受冻粉矿采用的方法 随着国民经济的发展，我国不少大型企业每年要从巴西、印度、澳大利亚、 印尼等国家进口矿粉。冬季矿粉从港口运输到北方地区时，大部分矿粉都产生 不同程度的冻结，甚至整车全部冻透，与车厢连为一体，给卸车造成了极大的 困难【1 6 1 。 3 2 1 矿粉的物理特性 由文献 z 6 ，5 1 1 可知：矿粉的颗粒都较细，并含有o 2 2 的水分，因此 在铁路运输过程中，矿粉的密度在颠簸中逐渐增加。同时，冬季北方室外气温 一般都在零度以下，再加上车辆在运输中的高速运行，造成矿粉中水分的冻结， 矿粉由原来粉状的形态变为整体固态的形状，矿粉和车厢接触的5 个面产生不 同深度的冻结，严重冻结的矿粉里致密的一体，硬度较大，但又具有黏性和韧 性，因此，给卸车造成了很大的困难。 3 2 2 卸受冻矿粉的方法 1 解冻后卸车 可以采用专门的加温车间( 大型钢厂如太原钢铁集团有加温车间) 。曾采用 过生明火烤的方法，但已被铁路部门禁止。 2 人力卸车 由装卸工用大锤、钢钎等工具进行卸车。对于表层解冻、中间有夹芯的受 冻矿粉，采用这种方式卸车还可以。使用人力卸车，一般一天只能卸一车。但 对全部冻透的矿粉，靠人力用大锤、钢钎等工具的方法，2 3 天才能卸一辆车。 3 利用炸药卸车 采用这种方法，炸药装少了不管用，装多了会把车厢炸坏。曾计划采用工 程上使用的无声爆破剂来代替传动炸药，由于操作和成本问题，也未能推广应 第3 章卸车机械 用。 4 采用风镐卸车 由于受冻矿粉有很大的黏性和韧性，不像岩石那样脆，风镐打下去，仅是 一个洞，不能像岩石一样破碎成块，根本无法连续工作，效率也比较低。 5 采用装载机铲斗加装大钢钎破冻 采用这种方法，对于未冻透且有夹芯的受冻矿粉效率较高，但对于全冻透 的矿粉同样无能无力，有时甚至将装载机铲斗顶坏。 6 采用液压挖掘机卸车 到目前为止，采用液压挖掘机卸车是较理想的卸受冻粉矿的方法，特别是 对全部冻透的矿粉效果尤其显著。熟练的司机卸一车全冻透的矿粉仅需2 0 3 0 分钟。 7 在装车站加装防冻液 需要在矿粉装车的同时加防冻液。原理是利用特制的化学物质( 以往产品 主要采用乙二醇，但对环境有污染且成本高，目前新一代产品采用几种无机盐 混合物) 来降低矿粉中水的凝固点，可将水的凝固点由0 1 2