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        寶鋼煤場(chǎng)取料機(jī)平衡裝置的結(jié)構(gòu)分析

        2011-11-18 08:02:34何海良
        重型機(jī)械 2011年5期
        關(guān)鍵詞:平衡裝置力臂懸臂

        何海良

        (寶鋼股份煉鐵廠,上海 201900)

        1 前言

        煤場(chǎng)取料機(jī)是根據(jù)用戶需要取出貯存在料場(chǎng)指定地點(diǎn)的原燃料的一種可移動(dòng)機(jī)械設(shè)備。寶鋼一二期煤場(chǎng)三臺(tái)取料機(jī),系日本三井三池制造,其外型與構(gòu)造如圖1所示。

        取料機(jī)由行走、旋回、俯仰及懸臂膠帶輸送機(jī)和采集裝置五大部分組成。行走裝置的行走輪由電機(jī)驅(qū)動(dòng),沿料場(chǎng)平行軌道前進(jìn)或后退;旋回裝置由二個(gè)旋轉(zhuǎn)電機(jī)驅(qū)動(dòng)星形輪系,使旋回裝置做350°旋轉(zhuǎn)取料;俯仰裝置由電機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼絲繩帶動(dòng)上部平衡裝置使取料發(fā)生高度變化;懸臂膠帶輸送機(jī)將采集裝置取來(lái)的物料送至地面膠帶,而采集裝置對(duì)料堆旋轉(zhuǎn)取料。

        上述五部分在正常工作時(shí)相互配合,實(shí)現(xiàn)料場(chǎng)物料的采集與輸送任務(wù)。

        圖1 煤場(chǎng)取料機(jī)示意圖Fig.1 Schematic diagram of reclaimer in coal yard

        表1 寶鋼股份煉鐵廠一二期料場(chǎng)取料機(jī)主要規(guī)格表Table 1 Main specifications of reclaimer in coal yard in Iron Making Plant of Baosteel Co.,Ltd

        2 取料機(jī)上部平衡裝置

        煤場(chǎng)取料機(jī)上部平衡裝置在車體靜止時(shí)起平衡作用,作業(yè)時(shí)因上部機(jī)械旋轉(zhuǎn)與俯仰動(dòng)作配合,整體設(shè)備重心變化,此時(shí)需配重由電機(jī)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)整機(jī)平衡。上部平衡裝置對(duì)于取料機(jī)來(lái)說(shuō)十分關(guān)鍵,設(shè)計(jì)合理、配重添加適當(dāng)不但可以調(diào)節(jié)整機(jī)重心,且對(duì)取料作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定也起著重要的作用,平衡裝置如圖2所示。

        圖2 平衡桿結(jié)構(gòu)示意圖Fig.2 Structural diagram of balance lever

        當(dāng)懸臂仰角變化時(shí)(從-10°~15°),取料機(jī)平衡體間各參數(shù)(如角度、力臂等)會(huì)發(fā)生變化,以適應(yīng)不同的工作狀態(tài),同時(shí)由電機(jī)驅(qū)動(dòng)的鋼絲繩拉力會(huì)發(fā)生變化,最終會(huì)達(dá)到新的穩(wěn)定平衡。之后,電機(jī)抱閘抱死以免鋼絲繩滑動(dòng)。

        本文針對(duì)這些變化,通過(guò)幾何方法尋求出各參數(shù)值之間變化關(guān)聯(lián)性,評(píng)估配重配置、各桿件受力,為設(shè)備正常運(yùn)行提供參考。

        3 懸臂處于最下方時(shí)的平衡梁結(jié)構(gòu)受力分析

        當(dāng)懸臂處于最下方(-10°時(shí))作業(yè)時(shí),工作負(fù)荷應(yīng)最大(可通過(guò)之后的性能核算來(lái)證明),此時(shí)整機(jī)應(yīng)處于平衡狀態(tài)。如圖3所示。上部的平衡機(jī)構(gòu)以o1o2為固定座,以o1為支點(diǎn)實(shí)現(xiàn)整體平衡,對(duì)上部平衡機(jī)構(gòu)進(jìn)行整體受力分析。

        施加力有:懸臂重G1,22.46 t;皮帶上料重G2,3.78 t;斗輪重 G3,11.45 t;配重 G4,97 t;鋼絲繩拉力F,待計(jì)算,但最大值不應(yīng)超過(guò)電機(jī)最大功率時(shí)的拉力(14 t)。本文是當(dāng)取料機(jī)作業(yè)時(shí)以動(dòng)載系數(shù)為2來(lái)計(jì)算,并校驗(yàn)各點(diǎn)受力時(shí)鋼絲繩拉力應(yīng)小于設(shè)計(jì)值,并由此作為本文驗(yàn)算出發(fā)點(diǎn),并忽略其它部分桿件質(zhì)量(視為二力桿)。

        公元前449年頒布的《十二銅表法》標(biāo)志著羅馬平民獲得法律的基本保護(hù),但依然存在“有產(chǎn)者(adsidui) ”和“無(wú)產(chǎn)者(proletarii) ”之分。[注]參見謝邦宇等編:《羅馬法》,北京:群眾出版社,1983年,第364-371頁(yè)。這說(shuō)明當(dāng)時(shí)還有許多人是幾乎沒(méi)有地產(chǎn)的“無(wú)產(chǎn)者”。然而,無(wú)產(chǎn)者在身份上并不是奴隸,而是屬于平民階層,只是地位岌岌可危,隨時(shí)都有可能喪失自由,淪為債奴。

        角度有:∠o3o2o4初始角度γ0,∠o3o4o2初始角度γ1,配重三角梁與鋼絲繩角度初始角度γ3。各受力點(diǎn)、方向及力矩如圖3所示。

        先以o1為支點(diǎn),設(shè)作用在懸臂桿組合(懸臂及另外兩桿組合)的順時(shí)針力矩為M1,逆時(shí)針力矩為M2(即桿o3o4上的力與該桿至o1間力臂之積),則有

        圖3 平衡裝置簡(jiǎn)化圖Fig.3 Simplification diagram of balance device

        其中,D1=L6×cos(-10°)/2=24.45 m

        其中,L1=13.723 m,為o1點(diǎn)至o3o4的力臂長(zhǎng)

        平衡時(shí),有M1=M2,則反算出

        再以配重三角梁為研究對(duì)象,以o2為支點(diǎn),M3為順時(shí)針力矩,M4為逆時(shí)針力矩,則有

        其中,l2為o2至o3o4的力臂,L2=5.278 m。

        其中,D4=5×cos(β-10)=4.78 m;D5=6.15×sinγ3=6.15×sin40.49=3.99 m;F為單根鋼絲繩拉力(共8根)。

        當(dāng)取料機(jī)穩(wěn)定時(shí),有M3=M4,則可反算出

        俯仰動(dòng)作由電機(jī)驅(qū)動(dòng)減速機(jī),帶動(dòng)驅(qū)動(dòng)卷筒來(lái)調(diào)節(jié)鋼絲繩長(zhǎng)短來(lái)實(shí)現(xiàn)。為確定鋼絲繩輸出時(shí)的最大額定拉力,需對(duì)該部進(jìn)行校核,在動(dòng)載作業(yè)時(shí)鋼絲繩實(shí)際拉力應(yīng)小于額定拉力,俯仰部分參數(shù)見表2。計(jì)算如下:

        設(shè)俯仰電機(jī)輸出轉(zhuǎn)矩為 M電,共8根鋼絲繩,每根上受力設(shè)為F,附加系數(shù)為1.1。

        式中,P為電機(jī)功率,kW;Nn為電機(jī)轉(zhuǎn)速,r/min。

        滾筒輸出轉(zhuǎn)矩與鋼絲繩拉力組成的轉(zhuǎn)矩應(yīng)相同,則有

        計(jì)算結(jié)果與單根鋼絲繩的推薦額定拉力一致。

        當(dāng)懸臂處于最下方作業(yè)時(shí),單根鋼絲繩受力結(jié)果為11.85×104N,小于額定拉力14×104N,俯仰系統(tǒng)處于安全狀態(tài)。

        表2 俯仰裝置部分設(shè)計(jì)參數(shù)Table 2 Partial design parameters of pitching device

        4 俯仰高度變化時(shí)平衡機(jī)構(gòu)的調(diào)節(jié)過(guò)程

        如圖4所示,該平衡機(jī)構(gòu)懸臂角度發(fā)生變化,虛線為變化后的位置,實(shí)線為懸臂梁處于最低位置即-10°。虛線為當(dāng)懸臂提升θ角時(shí),平衡裝置中各桿件新的位置。圖中各符號(hào)及意義見表3。

        圖4 平衡機(jī)構(gòu)各桿件角度變化示意圖Fig.4 Vangle variation of each rod for balance mechanism

        當(dāng)懸臂仰角變化時(shí)(從-10°~15°),上述部分參數(shù)會(huì)變化,懸臂產(chǎn)生的順時(shí)針力矩改變,配重與鋼絲繩拉力產(chǎn)生的力矩也相應(yīng)變化,以實(shí)現(xiàn)整體平衡。

        設(shè)取料懸臂與水平夾角為 θ(-10°~15°),據(jù)幾何關(guān)系,上述角度的變化與水平夾角θ之間的關(guān)系如表4。

        表3 符號(hào)意義Table 3 The meaning of symbols

        表4 部分角度變化與水平夾角θ之間的關(guān)系Table 4 Partial angles versus horizontal included angle θ

        表5為θ變化時(shí),力臂長(zhǎng)、部分弦長(zhǎng)及上述 角度的變化值。

        表5 水平夾角θ變化時(shí)對(duì)應(yīng)角度等參數(shù)的實(shí)際值Table 5 Actual values of angle and other parameters corresponding to variation of horizontal included angle θ

        13 92.61 88.12 83.62 79.10 73.38 67.54 γ2/(°) 36.28 30.98 25.92 21.05 16.32 11.69 7.13 2.61 -1.88 -6.38 -10.90-16.62-22.46 L2/m 16.00 15.60 15.18 14.75 14.30 13.83 13.34 12.84 12.31 11.76 11.19 10.45 9.67 γ3/(°) 40.49 44.42 48.29 52.16 56.05 60.01 64.07 68.26 72.63 77.22 82.10 88.74 96.16拉力桿臂長(zhǎng)/m 4.84 5.15 5.40 5.60 5.76 5.88 5.95 5.99 6.00 5.96 5.89 5.75 5.55配重臂長(zhǎng)/m 4.78 5.88 5.96 6.00 5.98 5.92 5.81 5.65 5.45 5.19 4.88 4.43 3.88鋼絲繩臂長(zhǎng)/m 3.99 4.30 4.59 4.85 5.10 5.32 5.53 5.71 5.87 6.00 6.09 6.15 6.12 K 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 2.00 T2/104N 174.03 170.12 166.42 162.90 159.54 156.33 153.24 150.27 147.40 144.61 141.90 138.61 135.41 F總/104N 94.82 70.95 69.65 68.04 66.32 64.63 63.07 61.70 60.60 59.84 59.49 59.79 61.22 F/104N 11.85 8.87 8.71 8.50 8.29 8.08 7.88 7.71 7.58 7.48 7.44 7.47 7.65 γ1/(°) 126.28 120.98 115.92 111.05 106.32 101.69 97.

        由表5可知,隨著取料懸臂角度θ的變大,拉桿力臂長(zhǎng)先大后小(在大水平位置時(shí)最大),配重臂長(zhǎng)變化與此類似,而鋼絲繩拉力臂長(zhǎng)度逐漸變大,拉力由大變小。因此,當(dāng)懸臂角度為-10°時(shí),單根鋼絲強(qiáng)拉力最大,為118.5 kN。

        因此,在取料機(jī)作業(yè)過(guò)程中,鋼絲繩的拉力構(gòu)成的力矩能夠使上部平衡機(jī)構(gòu)始終處于平衡狀態(tài)。

        5 結(jié)束語(yǔ)

        原料堆場(chǎng)的取料機(jī)平衡機(jī)構(gòu)形式有多種,如三井三池利用俯仰用電機(jī)驅(qū)動(dòng)鋼絲卷筒,奧鋼聯(lián)則用液壓方式實(shí)現(xiàn)懸臂提升,各具特點(diǎn)。

        寶鋼的料場(chǎng)堆取料機(jī)中這二種形式都有使用,一二期以三井三池為主,三期則以?shī)W鋼聯(lián)的形式為主。因在設(shè)備維護(hù)中平衡系統(tǒng)都出現(xiàn)過(guò)故障,影響了生產(chǎn)的穩(wěn)定。

        本文對(duì)上部平衡機(jī)構(gòu)的機(jī)理進(jìn)行了分析,并對(duì)設(shè)備性能進(jìn)行了校核,對(duì)于現(xiàn)場(chǎng)的設(shè)備維護(hù)與改進(jìn)有著現(xiàn)實(shí)意義,對(duì)配重量的增減、俯仰電機(jī)保護(hù)設(shè)置等都有借鑒意義。

        [1] 馬九榮.現(xiàn)代機(jī)械設(shè)備設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2000.

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