Скребковый стакер-реклаймер

Скребковый стакер-реклаймер занесённый в красную книгу

В мире перевалки сыпучих материалов есть оборудование, которое встречается настолько редко, что каждый такой проект — для меня находка, как редкая монета или марка для коллекционера. Скребковые стакеры-реклаймеры — как раз из этой серии. В отличие от роторных машин, которые доминируют на угольных и рудных терминалах, эти конструкции можно пересчитать по пальцам. И каждый раз, когда я натыкаюсь на такую технику, я очень сильно радуюсь, потому что для меня как инженера такие решения очень интересны — ведь они придумываются под конкретный продукт, под специфическую задачу, с неочевидными инженерными решениями и мне интересно разобраться, а почему так, как мыслил инженер создавая эту машину, как они убеждали клиента, что именно такое нестандартное оборудование им нужно?

Два проекта, две разные задачи

В технической литературе описывается реализация скребкового стакер-реклаймера для угольного терминала. Машина имела две стрелы — по одной с каждой стороны, что позволяло вести одновременную работу с двумя штабелями или совмещать укладку и забор. Её характеристики впечатляют даже по сегодняшним меркам:

— производительность по забору — 2000 тонн в час на стрелу,
— производительность по укладке — 4000 тонн в час на стрелу,
— суммарно при укладке — до 8000 тонн в час,
— суммарно при заборе — до 4000 тонн в час,
— возможен смешанный режим: укладка 4000 тонн в час и одновременно забор 2000 тонн в час.

Вставлю свои 5 копеечек: "Я считаю что производительности очень сильно завышены, и вероятно я чуть позднее проверю расчётом возможно ли такое принципе?"

Для достижения такой производительности потребовалось не только увеличить высоту и ширину скребка, но и разместить внутри стрелы конвейерную ленту шириной 96 дюймов (почти 2,5 метра) на роликовых опорах с углом наклона 35 градусов. Это, в свою очередь, потребовало проектирования скребков специальной формы, огибающих роликовые опоры конвейера, чтобы обеспечить подачу угля под максимальным углом наклона стрелы до 37 градусов. Где именно была установлена эта машина — не уточняется, но сама конструкция подробно задокументирована и представляет большую ценность для понимания инженерных решений того времени.

Второй проект — терминал Pacific Coast Terminals в Порт-Муди (Британская Колумбия). Он работает с 1929 года, а в 1960-м переехал на нынешнюю площадку. Сегодня это один из самых автоматизированных терминалов на западном побережье Канады, переваливающий до 6 миллионов тонн серы в год.

Схема работы терминала выглядит следующим образом. Сера поступает по железной дороге из Западной Канады, разгружается вагоноопрокидывателями и с помощью стакер-реклаймера укладывается в открытые штабеля, где хранится до прихода судна. Когда судно прибывает, та же машина забирает серу из штабеля и отправляет её на погрузку.

Машина движется по рельсовому пути с шириной колеи 25 футов (7,62 метра), проложенному на двух параллельных бетонных фундаментах. Длина пути — 440 метров. Это позволяет обслуживать всю складскую зону.

Логистика порта такова, что суда приходят не ежедневно, а по расписанию, тогда как железная дорога везёт серу практически непрерывно. Склад работает как буфер, сглаживая пики и провалы. Стакер-реклаймер сначала укладывает груз в штабель (накопление), а потом, когда приходит судно, забирает его и отправляет на погрузку. Такая двухфазная работа требует чёткого планирования, но экономически оправдана, поскольку одна машина выполняет функции двух отдельных единиц стакера и реклаймера.

Конструктивные особенности

Скребковый стакер-реклаймер — это комбинированная машина, совмещающая функции укладки и забора материала. Конструкция под названием StakRake была запатентована в США компанией McDowell-Wellman в 1969 году и с тех пор в больших количествах не производилась. Это штучный товар, и каждый экземпляр по-своему уникален.

Главная особенность, устройство стрелы, в которой совмещены две системы:
— ленточный конвейер, отвечающий за транспортировку материала,
— скребковая цепь, движущаяся над лентой.

Скребки и цепь сконструированы так же, как в обычных скребковых реклаймерах. Но здесь под скребками в стрелу встроена конвейерная лента на плоских роликах таким образом, что цепь и скребки, движущиеся в том же направлении, что и транспортируемый материал, перемещают ленту с грузом вверх по стреле, разгружая её в конце стрелы. В некоторых случаях, при больших углах наклона, трение между лентой и цепью может оказаться недостаточным, и тогда хвостовой шкив конвейера проектируется с принудительным приводом.

Режим укладки

В режиме стакера входящий материал поступает с дворового конвейера, направляется по жёлобу на конвейер стрелы и транспортируется комбинированной системой «лента + скребковая цепь» вверх по стреле. Скребки выполняют две функции: прижимают материал к ленте, предотвращая обратное соскальзывание при подъёме, и создают дополнительное тяговое усилие. Благодаря этому стрела может работать под углом до 35 градусов — значительно круче, чем обычный ленточный конвейер без прижима. Возможность работы под такими крутыми углами позволяет использовать меньшее соотношение длины стрелы к высоте штабеля, чем на любой другой штабелеукладочной машине. Материал, достигнув конца стрелы, выгружается через обратные скребки на штабель. В процессе укладки машина непрерывно перемещается вдоль рельсового пути, формируя штабель шевронного типа из равномерных горизонтальных слоёв.

Режим забора

Для извлечения материала из штабеля стрела опускается на его поверхность, и скребки врезаются в штабель на заданную глубину при боковом перемещении машины. Движение скребков синхронизировано со скоростью дворового конвейера таким образом, что скребок заполняется к моменту достижения точки разгрузки на ленточном конвейере. Машина проходит всю длину штабеля, установив стрелу на заданную глубину погружения. Затем она опускается на поверхность на необходимую глубину и возвращается в исходное положение. Этот цикл повторяется до тех пор, пока штабель не будет исчерпан. Собранный материал подаётся через разгрузочную секцию на отвальный конвейер.

Система управления

Стакер-реклаймер относительно прост в автоматизации благодаря своей кинематике. Управление дистанционное, контроль через видеонаблюдение. Штабель делится на зоны, что позволяет вести селективную укладку и забор разных партий — это важно для соблюдения контрактных обязательств по качеству продукта.

Производительность забора регулируется тремя способами или их комбинацией: изменением глубины резания (самый простой и распространённый метод), изменением скорости перемещения машины вдоль пути, изменением скорости движения скребковой цепи.

Конец зоны перемещения определяется концевыми выключателями. В цикле предусмотрена задержка не только для опускания стрелы, но также для гарантированной очистки скребков перед подачей новой партии материала.

Для определения высоты штабеля используются датчики — они служат резервным копированием программ управления и не дают машине врезаться слишком глубоко при ошибках автоматики. В целом машину можно использовать для периодической обрезки штабеля, чтобы не возникало неожиданных выбросов по высоте.

Для подготовки штабеля к рекультивации применяются различные методы: укладка полного штабеля под углом естественного откоса материала, постоянное формирование штабеля путём извлечения небольшого количества материала одновременно с укладкой и его рециркуляцией на укладочной ленте, укладка материала изменением направления движения скребков и проталкиванием его вверх по склону, программирование проходов обрезки попеременно с проходами укладки или ручная подготовка.

Для разных материалов

Для серы ключевое преимущество скребкового стакер-реклаймера — минимизация падения материала. Сера обладает способностью накапливать статическое электричество при трении, что в определённых условиях может привести к самовоспламенению. Возможность опускать стрелу почти вплотную к штабелю решает проблему статики и пыления. Материал укладывается аккуратно, без удара и с минимальным падением с высоты минимизируя сегрегацию продукта.

Для угля актуальны другие режимы. Например, «обратное штабелирование» — когда направление движения скребков меняется на противоположное, и они толкают материал вверх по склону штабеля. Это позволяет увеличивать высоту штабеля сверх расчётной и создавать дополнительную ёмкость хранения. Эта функция также полезна для удаления снега со складируемого материала, практически исключая необходимость перемещения нежелательного материала через остальную часть системы забора. Для регионов с холодным климатом предусмотрены зубья на режущих кромках скребков, позволяющие разрывать смерзшуюся корку угля. Обычно в таких режимах машина управляется вручную, чтобы оператор мог контролировать процесс.

Индивидуальный подход — залог надёжного результата

Для меня как инженера, разрабатывающего машины именно для их специфического применения, такие примеры очень ценны. В них видна главная мысль: техника, созданная под конкретный продукт, работает десятилетиями без серьёзных проблем.

Мир меняется, и сегодня ценится не унификация любой ценой, а точное попадание в задачу. Выжили те проектные команды и конструкторские отделы, которые всегда стремились к новому: осваивали современные программные продукты, изучали реальный опыт эксплуатации и отталкивались в первую очередь от свойств транспортируемого материала. Потому что главная цель любого оборудования — сохранить параметры готовой продукции заказчика, обеспечить стабильность и предсказуемость процесса.

Сегодня, имея мощные программные комплексы, мы можем сначала изучить свойства материала, сделать моделирование поведения частиц, а уже после этого приступать к 3D-проектированию оборудования согласно полученным данным. И ещё раз всё проверить. Это позволяет снять риски, связанные с невыходом на производительность, исключить просыпи материала или заранее рассчитать специальные устройства для их сбора.

Современное 3D-проектирование и инженерные расчёты дают возможность просчитать конструкцию на прочность и не перезакладывать излишний металл.

В результате машины получаются прочными на рассчитанный срок службы, и при этом легче, что снижает их стоимость. Те компании, которые делают большой объём инженерных расчётов, имеют конкретное преимущество перед конкурентами — они могут гарантировать результат, а не работать «на глаз» с избыточными запасами прочности.

Когда мне говорят, что наша машина лёгкая сравнивая её с конкурентами, то я отвечаю: "наш реклаймер на сколько тяжёл или лёгок на сколько это необходимо", хотя в начале, когда мы этим только начали заниматься, была у нас другая фраза, которой мы тоже порой руководствовались "нет мозгов-добавь железа" и это тоже работало).

В этом и есть главный урок редких конструкций вроде скребкового стакер-реклаймера: успех определяет не тиражность, а глубокая проработка под конкретную задачу. Именно такой подход позволяет создавать технику, которая работает десятилетиями.

Коллекционируем вместе

Если у вас есть интересные кейсы, редкие конструкции или необычные инженерные решения — делитесь. Я с удовольствием изучу, распишу и постараюсь выявить технические особенности, которые будут интересны для всего нашего "клуба анонимных кратцеристов". Возможно, ваш опыт поможет кому-то избежать ошибок или найти вдохновение для собственных разработок. Пишите, давайте собирать знания вместе на кратцер.рф.