CN114803359B - 一种料耙试验装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种料耙试验装置和方法，包括：能够自主行走的矩形的主车体，所述的主车体上设有与主车体长方向一致的轨道，所述的轨道上设有小车，所述的小车上设有能够绕与小车长方向一致的摆轴摆动的料耙，所述料耙为一平面内的大等腰三角形的钢结构架，所述的大等腰三角形和两个小等腰三角形，以及各个横梁、竖梁上设有与大等腰三角形平面垂直或接近垂直的耙齿。本发明利用能够沿轨道移动的小车和能够上下移动的横梁，模拟多种料耙扰动物料堆的情况从而获取设计料耙的数据，解决了料耙自身没有行走机构无法独立试验的问题，可利用此试验装置对散料扰动料耙进行试验研究，方便高效，设计新颖、结构简单、成本低、操作方便、实用价值高。

Description

一种料耙试验装置和方法

技术领域

本发明涉及一种料耙试验装置和方法，是一种自动化机械设备和工艺方法，是一种散装物料运输机械的辅助设施和辅助工艺方法。

背景技术

在大宗散料的生产、运输、使用过程中，取料作业都是第一步，必不可少，也是关键环节。取料作业就是将大量散料从储存点(如堆场)移动到转运设备上(如皮带)的过程，取料技术和装备是散料物流的核心技术和装备。近20年取料机装备发展遵循的是由小到大，由大到更大的求大、求高理念，一味的求大求高虽可以提高效率，但其成本显著增加、施工周期长等缺点也暴露无遗。取料设备扰动系统的体量大小直接决定着取料设备的取料效率、装备尺寸及工作稳定性等，因此，急需开展对取料设备扰动系统的研究。

取料设备扰动系统最常见的就是散料扰动料耙，目前，针对散料扰动料耙进行研究时，设计单位首先开展理论设计和模拟研究，利用计算机软件对装备进行理论模拟计算，然后生产样机进行现场试验，如果现场试验没有问题就直接投入使用，但是产品在投入使用之后，往往会出现各种问题，需要停工停产不断进行修改与优化，这样反而大大增加了成本，费时费力。如何使计算机模拟更加准确，减少产品投产后的修补，以降低成本，是一个需要解决的问题。

发明内容

为了克服现有技术的问题，本发明提出了一种料耙试验装置和方法。所述的试验装置尺寸是料耙实际实际尺寸按比例缩小版，旨在对散料扰动料耙设计提供一种试验装置和方法。

本发明的目的是这样实现的：一种料耙试验装置，包括：能够自主行走的矩形的主车体，所述的主车体上设有与主车体长方向一致的轨道，所述的轨道上设有小车，所述的小车上设有能够绕与小车长方向一致的摆轴摆动的料耙，所述料耙为一平面内的大等腰三角形的钢结构架，所述的大等腰三角形内设置两根斜梁，所述的斜梁将所述大等腰三角形分割为两个小等腰三角形，所述的大等腰三角形的中间部位设置一能够沿大等腰三角形的高方向上下调节或移动的横梁，在所述大等腰三角形高的位置设置一大竖梁，两个小等腰三角形分别在偏向外侧底角的位置设置小竖梁，所述大等腰三角形和两个小等腰三角形，以及各个横梁、竖梁上设有与大等腰三角形平面垂直或接近垂直的耙齿。

进一步的，所述大竖梁和两个小竖梁上沿梁的长方向设置多个用以调节横梁不同位置的螺孔。

进一步的，所述大竖梁或两个小竖梁上设有带动横梁上下移动的电动推杆或液压缸。

进一步的，所述的主车体设有由电力推动的能够使主车体沿地平面任意方向移动的自走设施。

进一步的，所述的轨道上设有齿条，所述的小车设有由电机带动的齿轮。

进一步的，所述的轨道是工字钢，所述的小车设有四组能够扣住所述轨道的轮组，所述的轮组设有夹持在钢轨两侧上下的六个轮子。

进一步的，所述的小车设有带动料耙摆动的电动推杆或液压缸。

进一步的，所述的主车体设有动力电池，所述的动力电池设置在主车体与耙架相对的另一侧。

进一步的，所述的主车体上还设有为动力电池充电的发电内燃机。

一种使用上述装置的料耙试验方法，所述方法的步骤如下：

步骤1，达到实验位置：利用主车体自走设施将整个装置移动到料堆的一侧，使料耙平面与料堆的倾斜面接近吻合，这时输料机的料斗在料耙下方，位于所述装置的与料堆之间；

步骤2，调整料耙横梁位置：如果是作业初始，则根据经验或物料堆稳定性分析方法设定横梁位置，如果是作业过程中，则根据当前工作状态，调整横梁位置；

步骤3，放下料耙：摆动放下料耙，使料耙平面与物料堆的倾斜面吻合，并使耙齿插入物料堆中；

步骤4，扰动料堆：在输料机进行输料作业的状态下，启动小车，小车带动料耙沿轨道方向移动，使插在料堆中的耙齿划动物料形成对物料堆的扰动；

步骤5，观察分析：观察物料堆在输送机和料耙的共同作用下崩塌的情况，根据物料堆崩塌的情况调整小车的运动速度，并观察耙横梁上的耙齿的扰动效果；如果料耙横梁上的耙齿维持插在料堆中，并且能够维持高效的对料堆进行扰动，则记录当前各项参数，并进入下一步骤，如果相反则回到步骤2，抬起料耙，调整横梁位置；

步骤6，调整主车体位置：抬起料耙，与输送机一起向料堆方向推进，并回到步骤3，继续对料堆进行作业，直到得到满意的数据而结束。

本发明的优点和有益效果是：本发明利用能够沿轨道移动的小车和能够上下移动的横梁，模拟多种料耙扰动物料堆的情况从而获取设计料耙的数据，解决了料耙自身没有行走机构无法独立试验的问题，可利用此试验装置对散料扰动料耙进行试验研究，方便高效，设计新颖、结构简单、成本低、操作方便、实用价值高。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明实施例一所述装置的结构示意图；

图2是本发明实施例一所述料耙的结构示意图，是图1中A向视图；

图3是本发明实施例六所述小车轮组的结构示意图；

图4是本发明实施例六所述料耙小车一侧的轮组的结构示意图，是图3中的B-B向视图；

图5是本发明实施例六所述与料耙相对的另一侧小车轮组的结构示意图，是图3中的B-B向视图；

图6是本发明实施例十所述方法的流程图。

具体实施方式

实施例一：

本实施例是一种料耙试验装置，如图1、2所示。本实施例包括：能够自主行走的矩形的主车体1，所述的主车体上设有与主车体长方向一致的轨道2，所述的轨道上设有小车3，所述的小车上设有能够绕与小车长方向一致的摆轴4摆动的料耙5，所述料耙为一平面内的大等腰三角形501的钢结构架，所述的大等腰三角形内设置两根斜梁502、503，所述的斜梁将所述大等腰三角形分割为两个小等腰三角形，所述的大等腰三角形的中间部位设置一能够沿大等腰三角形的高方向上下调节或移动的横梁504，在所述大等腰三角形高的位置设置一大竖梁505，两个小等腰三角形分别在偏向外侧底角的位置设置小竖梁506、507，见图2，所述大等腰三角形和两个小等腰三角形，以及横梁、各个竖梁上设有与大等腰三角形平面垂直或接近垂直的耙齿6，见图1。

本实施例是以试验检测料耙工作效率设置的，因此设置了活动小车、活动的横梁等设施，以便提供不同的实验条件进行测试。

所述的主车体的水平投影是矩形，与一般车的概念相同，矩形的两个短边分别为车头、车尾，矩形的两个长边为车的左右两侧。主车体上设置的轨道可以是工字型的通用钢轨，或者是槽型钢。使用槽型钢或工字钢的目的是用轨道即向下的承载压力，也承载向上的拉力，用以克服一侧安装料耙所产生的翻转力矩。

主车体至少安装四个轮组或更多轮组作为支撑。轮组可以是万向形的，即能够向地平面内的任何方向移动，也可以像一般车那样只有前轮组具有转向。

主车体还设有动力系统，以使主车体能够自走并驱动车上的其他运动部件。动力系统可以是动力电池，以及带有内燃机的发电装置，以增加主车体的活动范围。动力电池可以安装在主车体上与料耙相对的另一侧，以平衡料耙所产生的翻转力矩。

所述的小车上设置能够驱动小车运动的装置，使小车可以在轨道上自走，以模拟常规料耙的横向扰动运动。小车驱动装置可以是齿轮齿条，或电动推杆，或轮驱动方式等。

所述的料耙与小车通过铰链连接，料耙通过电动推杆或液压缸等动力设施等的推动能够绕铰链摆动，产生料耙升起和放下的动作。

料耙可以是平面三角形的钢结构架，由钢管焊接而成，耙齿焊接在耙架上。平面三角形内的结构形成可以有多种选择，本实施例采用了外围用大等腰三角形，内部用两根斜梁形成两个小等腰三角形的形式。这种大、小等腰三角形的形式结构稳定，各个梁的长度规整，切割方便，材料利用率高，成本相对较低。

为模拟不同位置的耙齿的扰动作用，本实施例专门设置了一组能够活动的耙齿，即在能够活动的横梁上设置耙齿，横梁通过不同位置的螺丝孔固定，或通过机械推动的方式改变位置，从而形成耙齿的不同位置，实现模拟不同位置的耙齿扰动。

实施例二：

本实施例是实施例一的改进，是实施例一关于横梁调节的细化，本实施例所述大竖梁和两个小竖梁上沿梁的长方向设置多个用以调节横梁不同位置的螺孔。

在大竖梁、小竖梁上设置不同位置的螺孔，是为了横梁上的螺孔配合，用不同的螺孔位置调整横梁的位置。

实施例三：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于横梁调节的细化，本实施例所述大竖梁或两个小竖梁上设有带动横梁上下移动的电动推杆或液压缸。

使用电动推杆或液压缸推动横梁上下移动，并使用导轨约束横梁的左右移动，并承受耙齿的左右方向的作用力。由于是机械运动，可以在耙齿插入物料堆的时候进行，并起到扰动的作用。

实施例四：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于主车体的细化，本实施例所述的主车体设有由电力推动的能够使主车体沿地平面任意方向移动的自走设施101，如图1所示。

本实施例所述沿地平面任意方向移动的含义是各个支撑主车体的各个轮组均为万向形的，可以使主车体向任何方向转弯或前行，既可以沿车头车尾方向前进和倒退，也可以向左或右两个方向移动。因为在实验作业开始时，从一个料堆移动到另一个料堆则是按主车体前后移动的方式比较方便，在挖走-扰动的作业过程中，向料堆方向的移动则是主车体侧面移动比较方便。

实施例五：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于小车运动设施的细化，本实施例所述的轨道上设有齿条102，所述的小车设有由电机301带动的齿轮302，如图1所示。

本实施例所述的小车行走实施采用的是齿轮、齿条传动方式。

料耙在扰动物料时，首先调整料耙的俯仰至与料堆堆积角度相平行的位置，并使耙齿完全插入料堆中，保持料耙的俯仰角与料堆的堆积角一致，然后料耙以一定的速度v来回平行移动，耙齿与物料接触，不断扰动物料，破坏料堆的平衡，达到物料向下滑落的目的。

料耙主要受力为重力G和物料对耙齿的阻力F，阻力F的方向与料耙运动的方向相反。

F＝f_z·h·x·m

式中，f_z——物料切割阻力，N/m；

h——耙齿高度，m；

x——耙齿松料高度系数；

m——参与松料的耙齿个数。

由此可以看出，料耙的移动的受力相当大，一些需要较大的动力，以及较大的传动刚性，采取齿轮齿条传动比较合理。

实施例六：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于小车轮组的细化，本实施例所述轨道为工字钢，所述的小车设有四组能够扣住所述轨道的轮组201，所述的轮组设有夹持在钢轨两侧上下的六个轮子，如图3、4所示。

小车有四组轮组，每组轮组有六个轮子，这六个轮子一边各三个设置在工字钢钢轨的两侧。六个轮子的安装是这样设置的：在料耙一侧的两个小车轮组(图1中右边的两组小车轮组)，钢轨两侧有四个轮子(一边两个)设钢轨承重面的上面，有两个轮子(一边一个)设在钢轨承重面的下面，如图4所示。在小车与安装料耙相对的另一侧(图1中左边的两组小车轮组)，钢轨两侧有四个轮子(一边两个)设在钢轨承重面的下面，两个轮子(一边一个)设在钢轨承重面的上面，如图5所示。这样设置用以克服由于安装料耙对小车产生的翻转力矩。

实施例七：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于料耙摆动的细化，本实施例所述的小车设有带动料耙摆动的电动推杆或液压缸303，如图1所示。

电动推杆使用和安装方便，但功率不大，如果是尺寸较大的料耙就要使用液压缸。

实施例八：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于主车体的细化，本实施例所述的主车体设有动力电池，所述的动力电池设置在主车体与耙架相对的另一侧。

如果主车体上的所有设施都采用电驱动，则需要设置较多的动力电池，并将动力电池安装在于料耙相对的一侧，以平衡料耙产生的主车体翻转力矩。

实施例九：

本实施例是上述实施例的改进，是上述实施例关于主车体的细化，本实施例所述的主车体上还设有为动力电池充电的发电内燃机。

为使动力电池有较长的续航能力，可以在主车体上设置带有发电机的内燃机，并用内燃机带动液压站，以提供液压动力，驱动主车体上的液压缸等设施。

实施例十：本实施例是一种使用上述装置的料耙试验方法。料耙实验的主要目标是，料耙达到最好的扰动效率。在实际作业中，影响料耙扰动效率的因素有许多，包括：物料的流动性、物料堆堆积的倾斜度、输送机的运送量和运送速度(挖走物料的量和挖走的速度)、料耙的插入料堆的深度、料耙的运动速度等诸多因素。在作业现场进行数据采集不可能采集所有数据，只能选取便于采集的数据，如：输送机的运动速度、小车的运动速度等。对于扰动效率需通过人工观察或专门的三维激光雷达扫描并辅以料堆分析等方式获取，本实施例的重点是进行料耙实验的过程，即通过调整小车的运动速度，也就是料耙横向移动速度，以及横梁耙齿的位置，使耙齿的扰动效率最高。虽然料耙两侧的斜梁上也有耙齿，但横梁上的位置至关重要。当横梁位置过低时，由于输送机叫物料堆底部物料挖走，使底部崩塌，耙齿可能就插不到物料中了，相反，如果横梁位置过高，由于耙齿距离物料崩塌位置较远，无法形成高效的扰动。在实际工作中，一个料耙设计建造完成后，耙齿的位置是固定的，但如果耙齿的位置不符合实际作业的要求，就需要调整耙齿的位置，结果就是需要调整横梁的位置，而横梁的位置通常与整个料耙的结构相关，结果可能出现较大的修改。而本实施例则采用横梁可调的方式，试验中可以调整横梁的位置，也就是横梁上耙齿的位置，找到横梁耙齿的最佳位置，达到指导设计的目的。

本实施例所述方法的具体步骤如下，流程如图6所示：

步骤1，达到实验位置：利用主车体自走设施将整个装置移动到料堆的一侧，使料耙平面与料堆的倾斜面接近吻合，这时输料机的料斗在料耙下方，位于所述装置的与料堆之间。

本实施例所述的主车体的移动可以是常规的前后移动，也可以是万向移动方式：即能够前后移动，也能够左右移动。本实施例所述的主车体符合常规的前后左右辨识：车子水平投影为矩形，长方向一端是车头，另一端为车尾，以及车向前方向所确定的左右。

步骤2，调整料耙横梁位置：如果是作业初始，则根据经验或物料堆稳定性分析方法设定横梁位置，如果是作业过程中，则根据当前工作状态，调整横梁位置。

调整料耙横梁的位置实际是调整横梁上耙齿的位置。对于物料堆的倾斜面，在底部被挖去时，倾斜面的某个位置以下会出现崩塌，如果横梁上的耙齿位置过低，耙齿就不能插入物料堆中，也就无法起到扰动作用，相反，如果耙齿位置过高，耙齿虽然能够插入物料堆中，但由于距离崩塌位置较远，扰动作用较小，因此，横梁的位置需要根据物料堆特性，如物料的流动性、输送机的挖料速度等因素上移或下移横梁，实现最佳的扰动。

由于本实施例所述的装置主要为了测试物料堆装载和输送特性的试验装置，需要面对各种各样的物料堆，因此将横梁的位置设置为能够调整。横梁位置调整的方式可以通过不同位置的螺栓孔进行调整，也可以通过推杆和导轨等机构，实现机械推动的横梁位置调整。

本步骤中的横梁位置调整为两种情况，一种是实验作业初始时，先根据经验或模型模拟计算，选择一个横梁的位置；另一种是已经进行了一轮或几轮挖掘-扰动作业，根据前几轮的作业情况对横梁位置进行调整。

步骤3，放下料耙：摆动放下料耙，使料耙平面与物料堆的倾斜面吻合，并使耙齿插入物料堆中。

为使料耙上尽可能多的耙齿插入到物料堆中，需要将其倾斜的角度与物料堆侧面的倾斜角度尽量吻合。物料堆侧面的倾斜角是由物料的流动特性在堆放过程中自然形成的，不同流动性的物料会形成不同侧面倾斜角的物料堆。由于散装物料的堆料场通常堆放的物料种类相对固定，因此对于特定的堆料场，在作业时料耙放下的角度范围基本确定。

通常情况下，特别是采用螺栓孔调整横梁位置的方式调整横梁时需将料耙抬起，使耙齿脱离物料堆。但如果是机械推动横梁的调整则不需要抬起耙齿，也就无所谓是否放下耙齿，本步骤可以跳过。

步骤4，扰动料堆：在输料机进行输料作业的状态下，启动小车，小车带动料耙沿轨道方向移动，使插在料堆中的耙齿划动物料形成对物料堆的扰动。

料耙放下并使耙齿插入物料堆后，如果没有任何动作，则无法形成对物料堆的扰动，需要耙齿的移动才有扰动等效果，对于实际应用的料耙有采用震动的方式形成扰动，也有采用沿水平方向往复移动的方式形成扰动。本步骤则为模拟实际应用，采用了小车带动料耙做水平移动的方式，形成对物料堆的扰动。

步骤5，观察分析：观察物料堆在输送机和料耙的共同作用下崩塌的情况，根据物料堆崩塌的情况调整小车的运动速度，并观察耙横梁上的耙齿的扰动效果；如果料耙横梁上的耙齿维持插在料堆中，并且能够维持高效的对料堆进行扰动，则记录当前各项参数，并进入下一步骤，如果相反则，未能达到对料堆的有限绕度，则回到步骤2，抬起料耙，调整横梁位置。

小车的运动速度是一个十分重要的实验数据，不同流动性的物料、输送机的不同挖料速度等都会影响扰动的效果，因此，需要不断的调整小车的运动速度，以达到最佳的扰动效果。

步骤6，调整主车体位置：抬起料耙，与输送机一起向料堆方向推进，并回到步骤3，继续对料堆进行作业，直到得到满意的数据而结束。

经过一轮或几轮挖掘-扰动作业，物料堆如果没有补充则会缩小，这是需要移动主车体，使主车体向物料中心推进，接近物料堆并继续进行作业。

最后应说明的是，以上仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳布置方案对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案(比如装车的结构形式、运行方式、步骤的先后顺序等)进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (1)

1.一种料耙试验方法，所述的方法所使用的料耙实验装置，包括：能够自主行走的矩形的主车体，所述的主车体上设有与主车体长方向一致的轨道，所述的轨道上设有小车，所述的小车上设有能够绕与小车长方向一致的摆轴摆动的料耙，所述料耙为一平面内的大等腰三角形的钢结构架，所述的大等腰三角形内设置两根斜梁，所述的斜梁将所述大等腰三角形分割为两个小等腰三角形，所述的大等腰三角形的中间部位设置一能够沿大等腰三角形的高方向上下调节或移动的横梁，在所述大等腰三角形高的位置设置一大竖梁，两个小等腰三角形分别在偏向外侧底角的位置设置小竖梁，所述大等腰三角形和两个小等腰三角形，以及各个横梁、竖梁上设有与大等腰三角形平面垂直或接近垂直的耙齿；

所述大竖梁和两个小竖梁上沿梁的长方向设置多个用以调节横梁不同位置的螺孔；

所述大竖梁或两个小竖梁上设有带动横梁上下移动的电动推杆或液压缸；

所述的主车体设有由电力推动的能够使主车体沿地平面任意方向移动的自走设施；

所述的轨道上设有齿条，所述的小车设有由电机带动的齿轮；

所述的轨道是工字钢，所述的小车设有四组能够扣住所述轨道的轮组，所述的轮组设有夹持在钢轨两侧上下的六个轮子；

所述的小车设有带动料耙摆动的电动推杆或液压缸；

所述的主车体设有动力电池，所述的动力电池设置在主车体与耙架相对的另一侧；

所述的主车体上还设有为动力电池充电的发电内燃机；

其特征在于，所述方法的步骤如下：

步骤1，达到实验位置：利用主车体自走设施将整个装置移动到料堆的一侧，使料耙平面与料堆的倾斜面接近吻合，这时输料机的料斗在料耙下方，位于所述装置的与料堆之间；

步骤2，调整料耙横梁位置：如果是作业初始，则根据经验或物料堆稳定性分析方法设定横梁位置，如果是作业过程中，则根据当前工作状态，调整横梁位置；

步骤3，放下料耙：摆动放下料耙，使料耙平面与物料堆的倾斜面吻合，并使耙齿插入物料堆中；

步骤4，扰动料堆：在输料机进行输料作业的状态下，启动小车，小车带动料耙沿轨道方向移动，使插在料堆中的耙齿划动物料形成对物料堆的扰动；

步骤5，观察分析：观察物料堆在输送机和料耙的共同作用下崩塌的情况，根据物料堆崩塌的情况调整小车的运动速度，并观察耙横梁上的耙齿的扰动效果；如果料耙横梁上的耙齿维持插在料堆中，并且能够维持高效的对料堆进行扰动，则记录当前各项参数，并进入下一步骤，如果相反则回到步骤2，抬起料耙，调整横梁位置；

步骤6，调整主车体位置：抬起料耙，与输送机一起向料堆方向推进，并回到步骤3，继续对料堆进行作业，直到得到满意的数据而结束。