楊正貌 張婷

摘要：對(duì)港口散貨作業(yè)一般分為裝船碼頭和卸船碼頭，北方港口以裝船碼頭較多，南方以卸船碼頭較多。裝船碼頭主要由翻車機(jī)、堆取料機(jī)（或者堆料機(jī)；取料機(jī)）、裝船機(jī)、地面皮帶機(jī)等設(shè)備組成。在滿足工藝功能和保證每個(gè)機(jī)構(gòu)和部件安全作業(yè)要求的情況下。設(shè)備如何選型，并以最低的成本制造出滿足業(yè)主需求的機(jī)器，是十分重要的。本文主要對(duì)堆取料機(jī)選型進(jìn)行研究分析。

關(guān)鍵詞：碼頭；堆取料機(jī)；選型；俯仰；走形；回轉(zhuǎn)；懸臂；斗輪；

1.堆取料機(jī)選型思路的組成部分

1.1滿足裝船碼頭工藝功能要求。

1.2保證每一個(gè)機(jī)構(gòu)、部件能最好的適其作業(yè)要求。

1.3極限有效的使用結(jié)構(gòu)材料。

1.4綜合分析機(jī)器的穩(wěn)定性。

注：還應(yīng)考慮用戶特別需求，尤其是對(duì)老港口改造或擴(kuò)容，設(shè)備選型時(shí)盡量減少備件的種類，為了保證設(shè)備安全可靠適當(dāng)放大安全系數(shù)是有必要的，總之，以最小的成本，選出最合理可靠機(jī)型為目的。

2.堆取料機(jī)選型

2.1堆取料機(jī)的主要參數(shù)的確定。

2.1.1按照能力大小國(guó)內(nèi)一般可分為小型、中型、大型，具體參數(shù)如下表：

2.1.2整機(jī)外形尺寸：

整機(jī)重量是由懸臂長(zhǎng)度和額定能力決定，懸臂長(zhǎng)度與料堆寬度有關(guān)一般懸臂長(zhǎng)度R=料堆寬度—10m以內(nèi)較為合理，鑒于整機(jī)穩(wěn)定性的考慮，堆取料機(jī)的，懸臂長(zhǎng)度和軌距必須有效的匹配，一般臂長(zhǎng)與軌距之比選為5或6，對(duì)于整機(jī)穩(wěn)定性較為合理。

2.2堆取料機(jī)俯仰機(jī)構(gòu)選型。

目前國(guó)內(nèi)俯仰機(jī)構(gòu)型式主要有兩種型式：

2.2.1蹺蹺板型式。具體如下圖

優(yōu)點(diǎn)：結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，工作可靠；機(jī)體的尾部半徑小，并能達(dá)到完全平衡的目的。

缺點(diǎn)：因此種型式的俯仰機(jī)構(gòu)尾部較長(zhǎng)，避免尾配重與煤堆干涉，因此要求左右兩側(cè)煤堆的間距較大，r的長(zhǎng)度受到主機(jī)整體布置條件的限制，因而配重的重量大，配重對(duì)主機(jī)穩(wěn)定性起的作用不能充分發(fā)揮，主機(jī)的整體布置比較困難等缺點(diǎn)。比較適合小型堆取料機(jī)。

2.2.2四連桿活配重型式（黃驊港、曹妃甸國(guó)投煤碼頭等堆場(chǎng)大型設(shè)備均采用此種形式）。

優(yōu)點(diǎn)：可以大大減少配重的重量，臂架系統(tǒng)布置方便，配重對(duì)主機(jī)的穩(wěn)定性的作用有顯著效果，比較適合中型和大型堆取料機(jī)。

此種型式的配重可以放在回轉(zhuǎn)部分，也可放在俯仰裝置上，但必須在通過臂架中心線的垂直平面內(nèi)，正確設(shè)計(jì)俯仰機(jī)構(gòu)的平衡，把回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的合力作用于回轉(zhuǎn)環(huán)的中心線上，使用整機(jī)重量均勻分布在門腿上，這是非常重要的。同時(shí)在俯仰作業(yè)時(shí)使得上部結(jié)構(gòu)重心位移最小，同時(shí)設(shè)計(jì)選型時(shí)使配重到其樞軸點(diǎn)之間的距離值相當(dāng)于懸臂重心到其樞軸點(diǎn)的距離值，可以使得堆取料機(jī)在俯仰作業(yè)時(shí)使得上部結(jié)構(gòu)重心位移最小。

2.3堆取料機(jī)走行機(jī)構(gòu)選型

軌道設(shè)備走形機(jī)構(gòu)型式一般可分為：四點(diǎn)四腿支撐、三點(diǎn)支撐、三點(diǎn)四腿支撐（變相點(diǎn)支撐）三種型式。（具體如下圖）

走形機(jī)構(gòu)的選型主要根據(jù)基礎(chǔ)承載能力來選擇，并采用超靜定系統(tǒng)設(shè)計(jì)，將垂直力傳遞到軌道上。走形型式特點(diǎn)比較表如下

走行傳動(dòng)機(jī)構(gòu)一般根據(jù)機(jī)器的迎風(fēng)表面積和規(guī)定的工作風(fēng)速至少有總輪數(shù)1/2為驅(qū)動(dòng)輪，在許多場(chǎng)合甚至2/3為驅(qū)動(dòng)輪目前普遍采用三合一（電機(jī)+制動(dòng)器+減速機(jī)）有立和臥式兩種布置，輸出軸為套裝式，結(jié)構(gòu)緊湊無開式齒輪。

2.4旋轉(zhuǎn)支承型式的確定，目前用于單機(jī)設(shè)備支承有兩種型式。

由于堆取料機(jī)的回轉(zhuǎn)速度并不高（一般最大旋轉(zhuǎn)速度為0.2rpm左右），故對(duì)速度低的來講壽命影響不大，而大直徑軸承的損壞及其隨后的更換從投資費(fèi)用和影響生產(chǎn)的角度來看，都要付出很高的代價(jià)，制造周期長(zhǎng)，軸承毛坯需按大型水壓機(jī)進(jìn)行鍛造安裝后需安密封嚴(yán)密，防止灰塵進(jìn)入，要有良好的潤(rùn)滑條件。否則會(huì)大大縮短使用壽命、最大優(yōu)點(diǎn)使整機(jī)重心降低受力好，穩(wěn)定（整機(jī)）好等優(yōu)點(diǎn)。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)目前均采用分體式（臥式）電機(jī)+力矩聯(lián)軸節(jié)+制動(dòng)器+行星減速機(jī)及立式四合一電機(jī)+力矩聯(lián)軸節(jié)+制動(dòng)器+立式行星減速機(jī)。一般小型采用一個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置對(duì)于大型S/R需要兩個(gè)或兩個(gè)以上驅(qū)動(dòng)裝置，對(duì)結(jié)構(gòu)受力均勻有一定好處。

2.5懸臂結(jié)構(gòu)。

2.5.1懸臂結(jié)構(gòu)型式有采用圓管斷面，維修抗扭性好，還有三角行桁架結(jié)構(gòu)板梁結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)能降低重量，從結(jié)構(gòu)力等觀點(diǎn)桁架比較省料從制造維修觀點(diǎn)，板梁結(jié)構(gòu)比較簡(jiǎn)單，但用料較多，比桁架結(jié)構(gòu)重25%左右，在堆取料機(jī)懸臂采用板梁和桁架結(jié)構(gòu)較為合理。機(jī)器的輕巧和靈活性，隨之而的可能是共振問題，即某些構(gòu)件的應(yīng)力增大，其固有頻率接近于產(chǎn)生作業(yè)的某種頻率，知道了繞度值，認(rèn)識(shí)到斗輪及其驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)可能是臂架的激振機(jī)構(gòu)，因此對(duì)臂架做振動(dòng)分析并且對(duì)引起共振的可能性做出評(píng)價(jià)是非常必要的。堆取料機(jī)臂架的應(yīng)力的產(chǎn)生主要是由以下幾個(gè)方面組成：①由自重載荷。（即）②控取力和物料產(chǎn)生最大可變載荷共同作用所產(chǎn)生的應(yīng)力。（即）③由極端事件（颶風(fēng)、地震或事故塌方等）所導(dǎo)致偶然載荷。（即）

這樣設(shè)計(jì)應(yīng)力為屈服強(qiáng)度80%-90%，而自重載荷產(chǎn)生的應(yīng)力是屈服強(qiáng)度的60%。

參照FEM（散貨連續(xù)裝卸機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)范）載荷組合表④疲勞比較設(shè)計(jì)，目前對(duì)受疲勞的結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)是允許一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，該范圍取決于循環(huán)次數(shù)，應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)鋼表現(xiàn)出明顯弱點(diǎn)，由于疲勞強(qiáng)度的減少是由表面缺陷和引入接頭所致（如黃驊港司機(jī)室掉落）。

2.6斗輪的結(jié)構(gòu)與驅(qū)動(dòng)方式（結(jié)構(gòu)型式及主要參數(shù)確定）

2.6.1斗輪可分為有格式與無格式兩種型式。

（1）有格式斗輪主要用于礦石。

（2）無格式斗輪一般用煤炭，不適用粘性物料，因?yàn)槎泛铜h(huán)形空間物料過量壓向環(huán)形槽（圓弧板）很可能會(huì)使粘性物料硬結(jié)。

無格式斗輪比有格式斗輪速度快，但由于圓弧板之間摩擦力，因此功率大約是有格式斗輪的2倍。

2.6.2斗輪速度確定

由于重力卸料，對(duì)挖取速度及控取阻力選定有一定要求，極限速度 其中r是斗輪切割圓的半徑，g為重力加速，此時(shí)為理論控取速度實(shí)際是達(dá)不到，據(jù)有關(guān)資料當(dāng)工作條件良好時(shí)，無格式（開式斗輪）斗輪的實(shí)際達(dá)到的最高控取速度為理論極限速度的50%左右，對(duì)粘性物料挖取速度更降低：

有格斗輪V=（0.25-0.31）F

無格式斗輪 V1=（0.33-0.51）F1

當(dāng)物料為常規(guī)煤種時(shí)

無格式斗輪V=（0.38-0.51）F

當(dāng)物料為礦石時(shí)

有格式斗輪V1=（0.33-0.46）F1

斗輪到達(dá)前臂架皮帶機(jī)的最終卸出有一定的時(shí)間限制，接近2S-3S，為確保散料卸清斗輪必須有足夠的慢的速度旋轉(zhuǎn)，以使斗子里料有充裕時(shí)間到達(dá)卸料槽。

挖取阻力選定W=煤x （煤=15.5kg/cm ，礦石=30kg/cm）。

2.6.3斗輪驅(qū)動(dòng)一般有兩種方式：

①電機(jī)+液力耦合器、行星減速機(jī)等組成。

②低速大扭距液壓馬達(dá)。

液壓驅(qū)動(dòng)結(jié)構(gòu)形式簡(jiǎn)單整機(jī)布置合理，運(yùn)行故障少過載保護(hù)性能得到很好的改善。

由于液壓系統(tǒng)平穩(wěn)，慣性非常小（起/停）及反轉(zhuǎn)對(duì)驅(qū)動(dòng)無影響沖擊力小等優(yōu)點(diǎn)。

省掉減速機(jī)直接安裝在被動(dòng)軸上，體積?。ňo湊）重量輕，噪音低安裝方便，不用對(duì)中或其他設(shè)計(jì)安裝設(shè)備維護(hù)工作量小，液壓驅(qū)動(dòng)整機(jī)重量可減輕約60t-70t（動(dòng)力站5.5t+液壓馬達(dá)7t）=12.5t機(jī)械驅(qū)動(dòng)（電機(jī)4.6t+行星減速機(jī)11.5t+液力耦合器2t）=18t設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單內(nèi)曲線徑向柱塞式，是一個(gè)平衡無死區(qū)的設(shè)計(jì)內(nèi)部配件只滾動(dòng)運(yùn)作，沒有線性摩擦，效率高，啟動(dòng)扭力大，工作穩(wěn)定最低速度可為零。

2.6.4斗輪軸為通軸（長(zhǎng)軸）與半軸優(yōu)缺點(diǎn)比較如下：

減小偏心扭矩辦法

①斗輪驅(qū)動(dòng)采用液壓馬達(dá)（低速大扭矩）比機(jī)械驅(qū)動(dòng)偏心載荷小得多

②將司機(jī)室布置在斗輪另一側(cè)

③懸臂中心向斗輪另一側(cè)偏一點(diǎn)角度

④斗輪在水平面上向另一側(cè)傾斜。

3.結(jié)語

在滿足工藝功能和保證每個(gè)機(jī)構(gòu)和部件安全作業(yè)要求的情況下，按照上述方式選出最合理可靠機(jī)型，并以最低的成本制造出滿足業(yè)主需求的機(jī)器，不僅給同類的堆取料機(jī)選型提供借鑒，而且有重要的理論和實(shí)踐指導(dǎo)意義，值得在港口單機(jī)設(shè)備中推廣應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]港口技術(shù).秦煤一期工程專輯.

[2]國(guó)外起重運(yùn)輸技術(shù) 一機(jī)部起重運(yùn)輸機(jī)械研究所.

[3]散貨連續(xù)裝卸機(jī)械設(shè)計(jì)規(guī)范.歐洲機(jī)械裝卸聯(lián)合會(huì).

[4]歐洲起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范.1998年修訂版 F.E.M標(biāo)準(zhǔn).

[5]散狀物料的混勻與堆取.中國(guó)鐵道出版社.