界竹口电站砂石料和混凝土生产系统增效措施

图1 破碎机的产量与排料口开度的关系图

1 概 述

　　界竹口水电站砂石料和混凝土生产系统依据主体混凝土总量20．56万m3、混凝土浇筑月平均强度1．0万m3、混凝土浇筑高峰期月平均强度1．48万m3、最高月强度1．8万m3而设计。根据施工进度安排，考虑到加工损耗、加工系统生产能力的富余度，砂石料生产系统的设计生产能力为105m3／h，混凝土生产系统的设计生产能力为75m3／h。

　　但在实际生产中，发现这两大系统都不够完善，生产能力达不到设计要求，无法满足生产要求和施工进度要求。通过不断的观察与摸索，对这两大系统做了许多改进，使之不断完善，生产能力和机械使用率大幅度提高，基本满足工程需求。

2 砂石料生产系统的改进

2．1 砂石料生产系统概况

　　本工程砂石料生产系统所使用的机械设备包括颚式破碎机1台、筛分楼1座和带式输送机8台。在生产中，发现筛分楼原来配置的筛分机日生产能力不能满足生产需要，带式输送机油冷式电动滚筒经常出现异常，影响正常生产。为了提高本系统机械设备的利用率和生产能力，通过观察与思考，对系统的一些缺陷与不足进行了改进与完善。

2．2 筛分系统的改进

2．2．1 筛分机的更换

　　按照最初的设计、安装，原筛分机振动筛为挂筛，上振动筛通过4个吊耳用钢丝绳、长螺杆和塔式弹簧悬挂在4楼顶的2根横梁上，下振动筛通过4个吊耳用钢丝绳、长螺杆和塔式弹簧悬挂在3楼顶的2根横梁上，电动机却都安装在各自楼地板上。这样一来，当原料输送量过大，速度过快的时候，挂筛重量增加，挂筛下沉，电动机传动带就会松弛，电动机空转，振动筛被压死。所以筛分楼的日生产能力仅为300m3／d，远远不能满足工程要求。

　　通过一段时间的观察、思考和论证，发现这套设备的上下筛配置极不合理，上筛尺寸比下筛尺寸要小并且它们的尺寸都偏小。故将挂筛(3KY1836型振动筛)更换为座筛(YAH1536型振动筛)；振动筛通过4根塔式弹簧安装在筛座上，弹簧产生的弹力将直接作用在振动筛上，减少了中间的损失，出现压筛的几率大大减少甚至为零。经过这样的更换，振动筛的配置更合理，生产更安全，而且操作员日常的工作量也会减少一半，很大程度的减轻了工人的劳动强度。安装完毕，经一段时间的试运行后，达到了预期的效果，生产能力由原来的300m3／d增加到现在的900m3／d，能够满足工程需求。

2．2．2 筛网及其底座的完善

　　筛分机更换后，经过一段时间运行，发现该系统生产的骨料严重不平衡，使得大中石(20～40mm，40～80mm)产量很大，小石(5～20mm)产量很低；为了满足工程小石(5～20 mm)用量要求，生产系统须加班加点运行，但这样一来又造成了大中石子的大量积压。结果是小的不够用，大的无处堆。

　　为了解决这些现状，通过分析论证，根据设备的动态参数找出了造成大、中石过量的原因是由于在设备配置时忽略了工程用料的级配平衡问题以及机械零部件制作不合理。

　　从图中可以看出排料口宽度b与产品粒径及产量有直接的关系(见图1)；也就是说当排料口宽度一定时，产品粒径越小产量越低(粒度百分比值越小)。从这一角度分析，破碎机的处理能力是动态的，随着产品粒径变化而变化。很显然，若用月强度、日强度处理能力来配置设备而忽略级配平衡问题在实际生产中是不行的。另外，我们在调整破碎机排料口宽度时必须考虑整个系统的生产效益及经济合理性。若一味将排料口宽度调小使其粒径符合要求，则此时产量很低，细碎循环次数增多，无形中增加了能耗，造成了大马拉小车的状况。

　　同理，振动筛是生产系统中的咽喉，筛分的产品质量是否合格，产量能否达到要求与筛网面积和筛孔尺寸密切相关，筛网面积大，处理能力强，反之亦然；当筛网面积一定时，筛孔的大小也和产量及质量有关。

　　综上分析得知，选择系统设备配置，系统工艺流程除了要满足生产能力之外，更重要的是做好产品级配平衡分析，深入了解各类设备的动态性能，经过分析论证后，在原来配置基础上采取了以下改革方案：

　　1)调整颚式破碎机破碎尺寸，适当减少80～150mm和40～80mm石料的产量，增加5～20mm石子产量以确保各种规格骨料平衡生产，改善粒形减少骨料针片状。

　　2)80～150mm的筛网筛孔尺寸不变，在保证骨料质量的前提下，适当增大40～80 mm、20～40mm、5mm的筛网筛孔尺寸，调整各档料的比例。

　　筛网和筛网底座易损件，在生产过程中更换频繁，不但占去很多时间，而且增加了工程成本。所以80～150mm、40～80mm的筛网按照原来尺寸改为用16钢板自制而成，筛网孔尺寸比原来稍大。改装以后，筛网虽然显得笨重，但是其耐磨性能得到大大改善，增加了筛网的使用寿命，原来只用2个月，现在可以使用10个月以上。

　　原来的筛网底使用接触面积很小的钢板条焊接而成，筛网安装后在外力的作用下受到很大的剪切力，常常发现筛网不是被石块磨损，而是被很整齐的剪切断裂。发现这一情况后，对筛网底座进行了重新制作，将原来的钢板条改为槽钢和角钢，增大了筛网与底座的接触面积，减小了剪切力，从而延长了筛网的使用寿命。

　　通过上述改进措施，系统生产出的各种骨料比例大为改善，基本解决了比例严重失调和易损件磨损的问题，从而保证了工程的顺利施工，降低了劳动强度、减少了机械费用和材料费用，从而减少了成本。

2．2．3 放砂门的改进

　　毛料筛分的最后一档料就是砂子，砂子在沉砂箱里经过沉淀，通过放砂门到达洗砂机，放砂门就是控制砂子从沉砂箱到达洗砂机的流量的部分。原来的放砂门很简单，就是在沉砂箱竖直管道的末端安装一个出口很小的三角锥体，砂子的流量没办法控制；当砂子过多的时候会溢出洗砂机，不但对砂子造成了很大的浪费，而且使洗砂机超负荷运转，更为严重的是使洗砂机停止工作，造成机械浪费。基于这种情况，对放砂门进行重新设计，改为半球式。

　　加工一个铁制球缺，在平面中间焊接一合适长度的铁条，铁条一端用螺栓连接在沉砂箱竖直钢管末端的外侧，让球面刚好能和钢管配合；铁条的另一端连接钢丝绳，钢丝绳通过一导向滑轮作用在筛分楼一立柱上，这样可以通过调节钢丝绳的长度来调节球面与钢管接触的空隙，砂子从空隙中流出，从而达到控制砂子流量的目的，使砂的利用率提高了40％。

2．2．4 油冷滚筒

　　带式输送机的油冷式电动滚筒的减速器是内置的二级减速器，在运转过程中，有1台带式输送机的油冷滚筒减速器一级减速小齿轮经常脱离传动轴，导致减速器零部件损坏，影响正常作业。

　　此一级减速小齿轮是用1只带止动垫片的长螺栓通过齿轮轴向中间孔连接固定在传动轴上，以防止在运转时脱落。但是此带式输送机的仰角很大(14°)，且由于在生产时负荷不均匀，有时是超负荷运转，导致电动滚筒受力不均，在运转时会有轻微颤动；小齿轮在不平衡力作用下与大齿轮不能完全啮合，从而引起小齿轮的跳动，长久积累，连接螺栓会松开，造成小齿轮磨损与脱落。

　　因为轴没有损坏，所以加工小齿轮时，在齿轮和轴上对称的钻2个孔，然后对轴上的孔攻丝，用M10的螺栓拧紧，轴与小齿轮的连接固定就靠这2颗螺栓，根据使用的情况断定，这种更改可行。还有，既然这样做的目的是为了小齿轮不至于脱离传动轴，那还可把齿轮和轴做成一个整体及齿轮轴，通过试验，这种方法比前种方法更好。

3 混凝土生产系统

3．1 混凝土生产系统的布置

　　混凝土生产系统布置在坝址下游约220m、高程为56．4m的右岸平台上，主要由搅拌楼、水泥系统、粉煤灰系统及外加剂系统等组成，占地9500m2，建筑面积400m2，选用2台国产自落式双锥形拌和机，拌制能力为75m3／h。本系统包括200t散装水泥罐2座，15t水泥储存罐1只，300t袋装水泥库1个，螺旋输送机4台，水泥提升机1台，125t粉煤灰罐1只，外加剂储存池1个，配料楼1座，蓄水系统1套等设备。生产混凝土时，拌和楼混和料从配料楼计量后由皮带输送机输入合料斗，加水、水泥、外加剂搅拌。

　　骨料堆场的皮带机上部设置顶棚，以免夏季因太阳直射导致骨料温度升高，骨料仓下部由地垅皮带输送机出料，转皮带输送机进入配料楼的料仓内。

3．2 拌和楼的使用

　　界竹口工程中使用的是自落式双锥形拌和机，它是利用机内叶片将组合料提升、跌落这样重复进行的。这种拌和机结构简单，功率消耗较省；其主要组成为：搅拌筒、心轴、齿轮下罩、齿轮上罩、搅拌筒支承梁、摆线减速机、底架、气缸、小齿轮、大齿圈、行程开关箱。技术性能如下(见表1)：

3．3 混凝土生产系统的改进

3．3．1 合料斗高度适当降低

　　当合料斗装满砂石料时，拌和楼11号皮带输送机一直存在输送带被合料斗凸出石块划破的缺陷。经过大家的努力，提出将合料斗降低合适高度后可以解决这个问题。通过试运行，合料斗集满砂石料时，堆料高度明显下降，距离输送带有一段安全距离，避免了输送带被割破的危险，节约了材料。

3．3．2 配料楼的改进

　　配料楼的旋转料斗在某一方向始终旋转不灵活，操作起来很费劲。通过改变其支撑轴的滚动方式得到解决，即在钢管内装上2只圆锥滚子轴承；又将原有的旋转料斗口4只深沟球轴承改换为4只铁饼滚盘，消除了砂石对轴承的阻力影响。如此一来，旋转料斗转动就很轻便了。

　　输送带送料时始终冲击料仓仓板，使仓板磨损严重，需要经常更换或焊补，费时费力费材料。通过观察料仓的分布，在不影响料仓储料的前提下适当缩短料仓下料行程和制作料仓料槽会使磨损损失减小到最小。经过几次的改进完善，使得原有的缺陷大有改观。

3．3．3 更换拌和机大齿圈方案

　　拌和机齿轮传动为开式齿轮传动，外界杂物极易侵入，轮齿容易磨损。

　　本工程所用拌和机大齿圈的外径为1 570mm，传统的更换方法是将拌和机的2台电动机、旋转中心轴、拌和筒全部拆除，用吊车或者用手拉葫芦将拌和筒吊到平地上，再将大齿圈从拌和筒上拆下，更换新齿圈，然后依次装回拌和机，调试运行，一般6个人需要用3d左右时间才能完成。

　　大齿圈的尺寸大，构造特别，为调质碳钢铸造而成，具有很好的可焊性和热处理能力，这给我们提供了一个大胆的想法：将大齿圈沿齿槽对称切割成两半，在切口处打上坡口，分别安装上去，拧紧固定螺栓，再用电焊对接焊成整体。只要克服焊接应力产生的变形，保证齿圈的刚度和强度，焊接处与小齿轮保持正常啮合问题是可以克服的，实际更换中采取了以下措施：

　　1)齿圈采用线切割。

　　2)焊缝截面和尺寸尽可能小，焊前刚性固定并将齿圈预热到150～350℃后进行焊接，采用小能量，多层焊，尽量减小焊接变形。

　　3)焊接后，均匀地缓慢冷却，以减少焊接应力和残余应力。

　　在处理过程中齿圈没有变形，处理后保持了其整体性，与小齿轮的啮合符合齿廓啮合的基本定律，即在啮合传动的任一瞬时，两轮齿廓曲线在相应接触点的公法线必须通过按给定传动比确定的该瞬时的节点。另外在焊接过程中是小面积施焊，齿圈的刚度与强度只是在施焊处受很小的影响，保证了齿圈的力学性能和机械性能。更换完毕通过调试运行，一切正常。这样一来，除去预先进行线切割的时间，在更换时有4个人4h就可以完成。无需把搅拌筒拆下放在平地上，只需把2台电动机拆下即可，操作起来很简单。最大的好处就是省去了拆搅拌筒这一步骤，大大的节约人力和机械设备。

3．3．4 拌和楼配水系统完善

　　储存在水箱里的水经电子秤称量到水计量桶，混凝土拌和时打开电磁铁开关闸阀，水就流到搅拌机。这种流程存在一些弊端，水管经常被堵塞，电磁铁开关闸阀容易损坏，检修不方便，水管里会存留一些水，使混凝土拌和不均匀。

　　经论证，决定不用电磁铁开关闸阀，而在水计量桶上装2只气缸和电磁阀来代替它，将电磁铁开关闸阀的阀芯抽掉让水顺利流过。在水计量桶上焊接1根槽钢，2只气缸固定在槽钢上，气缸下连接拉杆、弹簧与橡胶垫片，橡胶垫片刚好可以封堵水计量桶的下水口，以此来控制水的比例。因为水计量桶在视线范围内，以上弊端在无形中得到解决。

4 结束语

　　当原有的机械设备不能满足工程需要时，我们可以根据实际情况大胆对施工机械进行合理地改进，使之满足生产需要。通过不断地改进与完善，界竹口水电站工程砂石料和混凝土生产系统的机械设备发挥了最大潜能与效率，提高了设备机械性能与生产能力。

表一