朱星華 唐明金

（中國水電四局（蘭州）機械裝備有限公司，甘肅蘭州 730000）

1 項目背景

為加快白鶴灘水電站導流洞混凝土澆筑施工進度和降低成本，提高布料機和自卸車的使用效率，降低混凝土澆筑施工成本，受建設單位委托設計研制翻斗式混凝土給料機。

目前大方量的混凝土主要采用混凝土攪拌運輸車配合布料機供料，受攪拌運輸車對混凝土性能的要求和供料速度的限制，布料機的使用效率未得到充分發(fā)揮，澆筑施工成本較高。混凝土施工采用的布料機以國外進口為主，設備價格較高，未充分得到利用，造成資源閑置。與布料機配套使用的混凝土攪拌運輸車，要求混凝土要有較高的級配和較大坍落度，造成混凝土的原材料成本較高。為降低混凝土澆筑成本，解決不同級配和坍落度的混凝土均能用給布料機供料的關鍵技術問題，設計研發(fā)采用自卸車運輸混凝土、可與布料機配套使用的翻斗式混凝土給料機。

該給料機專門用于為伸縮式皮帶輸送機等物料輸送設備提供混凝土、沙石料等，授料倉適用于自卸車、鏟車供料。該給料機的應用可以提高布料機等輸送設備的利用效率，減少混凝土運輸攪拌車的使用數(shù)量，改用自卸車運輸混凝土,降低混凝土的級配和坍落度要求，降低混凝土的原材料成本和澆筑施工成本。

2 產(chǎn)品結構組成及功能特點

2.1 產(chǎn)品結構組成

翻斗式混凝土給料機結構組成如圖1所示。

圖1 結構組成

主要由基礎鋼架、翻斗料倉、懸掛式皮帶輸送機、行走輪裝置、卷揚機、液壓站、電氣控制操作柜及拖桿等組成。

2.2 主要功能特點

（1）料倉采用自提升系統(tǒng)，料倉放下時靠近地面，料口離地面高約60 cm，任意型號自卸車均可以自由喂料，通過給料機自身的一套提升系統(tǒng)實現(xiàn)料倉翻轉卸料。

（2）采用卷揚機和鋼絲繩作為料倉提升的執(zhí)行機構，具有維修保養(yǎng)簡單、操作方便的特點，與液壓頂升油缸操作相比，更適用于混凝土裝卸料等具有一定沖擊和環(huán)境條件惡劣的工況。

（3）料倉閘門具有開度調節(jié)功能，可根據(jù)需要調節(jié)卸料速度。

（4）設置可轉向的行走輪裝置，借助裝載機等其他設備可方便短距離移動，滿足不同倉號快速布置設備的需要。

（5）料倉上下極限位置設置限位開關，確保料倉翻轉安全。

（6）在料倉底部設置振動電機，對黏度較大、可能出現(xiàn)黏結的情況用振動電機輔助清理殘留混凝土。

3 產(chǎn)品主要技術參數(shù)

產(chǎn)品優(yōu)化前后的主要技術參數(shù)如表1所示。

表1 產(chǎn)品優(yōu)化前后的主要技術參數(shù)

4 設計原理

該產(chǎn)品的核心設計部分為料倉的形狀及其提升執(zhí)行機構的設計，通過卷揚機的操作實現(xiàn)料倉的翻轉提升和下落，每提升一次可完成一倉混凝土的裝卸，且給料速度可通過設置在料倉上的倉閘門調節(jié)。懸掛式皮帶機采用變頻調速電機，可根據(jù)混凝土澆筑施工強度的需要調節(jié)給料速度。該翻斗式混凝土給料機在支腿上設置可轉向行走輪裝置，需要挪動位置時，通過拖桿借助載重汽車等其他牽引設備可將給料機整體移動。電氣和液壓系統(tǒng)操作控制統(tǒng)一集成到電控操作柜面板，電氣控制操作有懸掛式皮帶機的電機啟動、停止、調速，倉閘門打開和關閉，內(nèi)置式卷揚機啟動、停止、正轉、反轉，皮帶機變幅折疊油缸和倉閘門油缸的伸縮。

料倉提升系統(tǒng)原理見圖2所示。

圖2 料倉提升系統(tǒng)原理

5 優(yōu)化設計的難點及其解決措施

（1）基礎鋼架的設計主要考慮在滿足整體穩(wěn)定性和強度的同時，盡可能將卷揚機、滑輪、鋼絲繩以及電控操作臺和液壓站緊湊、美觀、合理布置。確定設計方案時對各種方案進行比對，選定采用內(nèi)置式卷揚機，將卷揚機布置到最底層，滑輪布置到兩側面，通過滑輪改變鋼絲繩的方向實現(xiàn)料倉翻轉起落。

（2）料倉的形狀應考慮便于自卸車向料倉內(nèi)卸料以及料倉內(nèi)的物料便于往皮帶機上卸料，在料倉翻轉的過程中要保證料倉的穩(wěn)定性和安全性。料倉翻轉到最高極限位置時卸料角度的確定是料倉設計的關鍵，經(jīng)過多次試驗總結，料倉倉壁卸料角度在60°以上，各種坍落度的混凝土才能順序通過倉閘門落料到皮帶機上。料倉的出料口需要與皮帶機相配合，出料口較小，倉閘門為平板閘門，倉壁拐角處容易出現(xiàn)混凝土料聚集現(xiàn)象，在對拐角進行圓弧過渡處理后，卸料變得順暢，很少黏結產(chǎn)生混凝土殘留。將料倉的拐角改為圓弧過渡的設計，平板倉閘門改為弧門設計。根據(jù)使用方的要求，為提高施工速度，將料倉容積由3 m3改為6 m3。

改進后的料倉形狀如圖3所示。

圖3 容積6 m3的料倉

（3）由于料倉在翻轉過程中對基礎鋼架空間要求不同，加上皮帶機為傾斜布置向上輸送物料，將料倉與皮帶機進行合理布置到基礎鋼架上，留出電控操作柜和液壓站的布置空間，經(jīng)過反復對比分析確定合理的布置方案。

（4）為滿足給料機短距離行走的需要，最初設計采用重型萬向腳輪，給料機自重大不便于進行方向控制，經(jīng)試驗后改為拖桿拖動行走輪轉向的方式。

（5）由于料倉有4個截面尺寸不同的截面形狀和1個與出料口倉閘門相配合的曲面，制作時需要繪制精確的展開圖，卷制時采取多次滾壓的方式控制瓦片形狀。繪制展開放樣圖時采用了Solidworks軟件，保證了放樣圖紙的準確性。

6 試驗情況

（1）在白鶴灘水電站右岸導流洞底板澆筑施工過程中，給料機結合布料機澆筑常態(tài)混凝土生產(chǎn)試驗從2013年4～8月共進行四次試驗。試驗情況如表2所示。

表2 給料機生產(chǎn)試驗情況

第四次試驗，選用4臺自卸車（容量15 m3運6 m3）水平運輸，混凝土坍落度70～90 mm，澆筑方量132 m3，用時約14 h（含布料機故障處理及操作人員用餐時間合計約3 h），平均入倉強度9.81 m3/h，最大入倉強度14.79 m3/h。

（2）2013年8月25日和26日3 m3給料機完成右岸導流洞底板連續(xù)兩個底板倉澆筑，入倉混凝土約270 m3，用時22 h（含布料機操作人員用餐和等待自卸車的時間合計約2 h），平均入倉強度約12.3 m3/h。

（3）將3 m3給料機料倉側面板進行加高，其他主要受力部位進行加固后，于2013年9月10日采用每次裝入料倉6 m3混凝土進行試驗，完成右岸導流洞半幅底板倉澆筑，入倉混凝土約135 m3，用時約7 h，平均入倉強度約19.3 m3/h?；诖舜卧囼?，仍未達到30 m3/h的要求，為此進一步優(yōu)化給料機設計，將料倉容積改為6 m3，出料口相應加大，料倉體型也進行了優(yōu)化。

（4）優(yōu)化后的6 m3混凝土給料機在左岸壩尖834 m高程平臺于2014年4月5日進行了首次生產(chǎn)試驗，設備性能穩(wěn)定，滿足各項功能要求。2014年5月22日在右岸上紅巖排導渠進行試驗，共入倉澆筑144 m3，給料機連續(xù)運行約4.5 h，平均入倉強度30～36 m3/h，澆筑速度達到預期要求，超過采用混凝土運輸攪拌車配合布料機的澆筑速度。

7 結語

通過對該翻斗式混凝土給料機的優(yōu)化設計，進一步提高布料機等物料輸送設備的利用效率，減少混凝土運輸攪拌車的使用數(shù)量，實現(xiàn)短距離采用自卸車運輸?shù)图壟浜托√涠鹊幕炷?，降低混凝土澆筑成本，幫助工程建設單位和使用單位降低施工成本，為類似工程施工提供借鑒經(jīng)驗。