張圣，周富春

基于連續(xù)卸煤條件下的卸船機(jī)給料系統(tǒng)振動(dòng)分析

張圣，周富春

（國(guó)家電力公司水電施工設(shè)備質(zhì)量檢驗(yàn)測(cè)試中心，浙江杭州310030）

分析了橋式抓斗卸船機(jī)在不同生產(chǎn)率工況下，振動(dòng)給料機(jī)及下部鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)情況，探討了下部鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)與振動(dòng)給料機(jī)振動(dòng)之間的關(guān)系，對(duì)卸船機(jī)振動(dòng)給料系統(tǒng)的振動(dòng)特性進(jìn)行了深入分析。

連續(xù)卸煤；振動(dòng)給料系統(tǒng)；振動(dòng)分析；橋式抓斗卸船機(jī)

0 引言

抓斗卸船機(jī)是用來(lái)將大量固態(tài)貨物從船艙運(yùn)至碼頭上的煤料傳送帶上的機(jī)械。而橋式抓斗卸船機(jī)主要用于散貨船的卸船作業(yè),由于其較高的轉(zhuǎn)運(yùn)能力,目前已經(jīng)成為國(guó)內(nèi)外各大型散貨港口的主要卸船設(shè)備。給料系統(tǒng)是橋式抓斗卸船機(jī)的主要的核心構(gòu)成之一，主要包括振動(dòng)給料器、給料皮帶、料斗門(mén)、轉(zhuǎn)換皮帶、料斗及格柵等。以華電某儲(chǔ)運(yùn)公司的2100t/h橋式卸船機(jī)為例。在日常運(yùn)行過(guò)程中發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備在連續(xù)卸煤作業(yè)工況下，振動(dòng)給料機(jī)工作時(shí)，卸船機(jī)下部鋼結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生一定程度的振動(dòng)。發(fā)生振動(dòng)時(shí)，操作人員反饋在卸船機(jī)下部鋼結(jié)構(gòu)上亦感受較為明顯，振動(dòng)強(qiáng)烈時(shí)，可影響正常的操作。

1 卸船機(jī)給料系統(tǒng)工作流程

卸船機(jī)給料系用工作流程為：抓斗從船艙抓取物料；起升機(jī)構(gòu)將抓斗提升到一定高度，小車從船艙向料斗方向移動(dòng)；抓斗位于料斗的正上方打開(kāi)；物料落人料斗內(nèi)，并從料斗出口落到振動(dòng)給料器中；振動(dòng)給料器通過(guò)振動(dòng)將物料連續(xù)均勻地送到給料皮帶機(jī)上。

2 結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試

為了解卸船機(jī)下部鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)的情況，分析振動(dòng)產(chǎn)生的原因，本次研究采用鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試的方式，針對(duì)該設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，在卸船機(jī)振動(dòng)給料機(jī)及卸船機(jī)下部鋼結(jié)構(gòu)，布置了11個(gè)拾振測(cè)點(diǎn)（如圖1所示），圖上括號(hào)內(nèi)為對(duì)稱部位測(cè)點(diǎn)。主要測(cè)試卸船機(jī)在實(shí)際卸煤作業(yè)時(shí)，卸船機(jī)在不同生產(chǎn)率工況下，振動(dòng)給料機(jī)及下部鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)情況。通過(guò)對(duì)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果時(shí)域、頻域的分析，確定鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)的大小；分析下部鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)與振動(dòng)給料機(jī)振動(dòng)之間的關(guān)系；分析下部鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)的原因、性質(zhì)，判斷卸船機(jī)下部鋼結(jié)構(gòu)是否發(fā)生共振現(xiàn)象。

圖1 拾振測(cè)點(diǎn)示意圖

測(cè)試內(nèi)容主要分為兩部分：結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試和結(jié)構(gòu)固有頻率測(cè)試。

2.1 結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試

測(cè)試工況如下：

（1）卸船機(jī)處于實(shí)際卸煤狀態(tài)，生產(chǎn)率基本在1000t/h。

（2）卸船機(jī)處于實(shí)際卸煤狀態(tài)，生產(chǎn)率基本在1500t/h。

（3）卸船機(jī)處于實(shí)際卸煤狀態(tài)，生產(chǎn)率基本在2000t/h。

分別測(cè)試各測(cè)點(diǎn)在上述相應(yīng)工況下的振動(dòng)數(shù)據(jù)，見(jiàn)表1。振動(dòng)測(cè)試方向以海陸方向?yàn)橹?，部分測(cè)點(diǎn)進(jìn)行垂直及大車行走方向振動(dòng)測(cè)試。

因現(xiàn)場(chǎng)條件限制，部分測(cè)點(diǎn)測(cè)試了其中的兩個(gè)工況。

2.2 結(jié)構(gòu)固有頻率測(cè)試

當(dāng)卸船機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時(shí)，在測(cè)點(diǎn)9部位施加一定大小的海陸方向側(cè)向力，然后突然釋放側(cè)向力，使結(jié)構(gòu)進(jìn)行自由衰減振動(dòng)，直至靜止?fàn)顟B(tài)。記錄此過(guò)程中，測(cè)點(diǎn)9處結(jié)構(gòu)振動(dòng)數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)此自由衰減振動(dòng)頻譜進(jìn)行分析，確定結(jié)構(gòu)的固有頻率。

3 結(jié)構(gòu)振動(dòng)分析

卸船機(jī)下部鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果見(jiàn)表1。

3.1 整體振動(dòng)分析

經(jīng)對(duì)測(cè)試結(jié)果的振動(dòng)波形及振動(dòng)頻譜研究、分析后，可以確定，各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)基本上由2部分振動(dòng)合成。下面以測(cè)點(diǎn)1在1000t/h生產(chǎn)率下的振動(dòng)數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析，其它各測(cè)點(diǎn)、各生產(chǎn)率下振動(dòng)數(shù)據(jù)基本類似。測(cè)點(diǎn)1的振動(dòng)波形及頻譜如圖2-圖4所示。

表1 卸船機(jī)振動(dòng)測(cè)試結(jié)果

3.1.1整機(jī)振動(dòng)（晃動(dòng)）

從圖2可以看出，測(cè)點(diǎn)1的振動(dòng)位移波形存在一個(gè)明顯的低頻振動(dòng)。此振動(dòng)是因抓斗抓煤作業(yè)產(chǎn)生的卸船機(jī)整機(jī)振動(dòng)，平時(shí)稱其為卸船機(jī)“晃動(dòng)”，一般此類整機(jī)振動(dòng)（晃動(dòng)）頻率較低、幅度相對(duì)較大。通過(guò)對(duì)測(cè)點(diǎn)7、測(cè)點(diǎn)8海陸方向與大車方向振動(dòng)數(shù)據(jù)的比對(duì)，可以確定，整機(jī)振動(dòng)（晃動(dòng)）主要沿海陸方向。

在此次測(cè)試中，#3卸船機(jī)下部測(cè)點(diǎn)的整機(jī)振動(dòng)（晃動(dòng)）幅度（p-p值）在2-19m m之間，其大小受抓斗抓煤、卸煤作業(yè)時(shí)的操控方式影響較大。所以，振動(dòng)幅值變化較大。從圖4的頻譜圖中可以看出，整機(jī)振動(dòng)頻率較低，為0.8H z。

3.1.2給料機(jī)引起的振動(dòng)

從圖3的振動(dòng)波形中可以看出，在測(cè)點(diǎn)1的整機(jī)振動(dòng)（晃動(dòng)）位移波形上，疊加了一個(gè)振幅（p-p值）相對(duì)較?。?.6m m）、頻率相對(duì)較高（8.9H z）的振動(dòng)波形。此振動(dòng)基本由振動(dòng)給料機(jī)振動(dòng)引起，振動(dòng)振幅相對(duì)穩(wěn)定。振動(dòng)頻率相對(duì)整機(jī)晃動(dòng)頻率高很多，其頻率隨生產(chǎn)率的變化而變化。

3.2 給料機(jī)對(duì)下部鋼結(jié)構(gòu)的振動(dòng)分析

振動(dòng)分析主要包括以下幾個(gè)方面內(nèi)容：1）振源的分析；2）振動(dòng)方向分析；3）振動(dòng)幅度、頻率分析；4）結(jié)構(gòu)固有頻率分析；5）結(jié)構(gòu)共振分析。

因時(shí)間及船艙煤量關(guān)系，振動(dòng)測(cè)試在不同的時(shí)段進(jìn)行了多次測(cè)試。每個(gè)測(cè)試時(shí)段內(nèi)，生產(chǎn)率不做調(diào)整，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)測(cè)試時(shí)生產(chǎn)率相同。不同的測(cè)試時(shí)段之間，生產(chǎn)率進(jìn)行過(guò)調(diào)整，即使某2個(gè)測(cè)試時(shí)段，生產(chǎn)率值相同，但因時(shí)滯、誤差等因素，實(shí)際振動(dòng)給料機(jī)的振動(dòng)速度并不相同，從而可能造成振動(dòng)測(cè)試結(jié)果的頻譜也不相同。例如，在測(cè)試“時(shí)段5”，生產(chǎn)率為1000t/h，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)頻率為6.5H z。但在測(cè)試“時(shí)段1”，生產(chǎn)率同為1000t/h，各測(cè)點(diǎn)振動(dòng)頻率為8.9H z。由此導(dǎo)致的數(shù)據(jù)差異對(duì)結(jié)果的分析基本沒(méi)有影響。

圖2 測(cè)點(diǎn)1整機(jī)晃動(dòng)位移波形（1000t/h生產(chǎn)率）

3.2.1振源分析

從測(cè)試結(jié)果表1可以看出，各測(cè)點(diǎn)在不同生產(chǎn)率下的振動(dòng)頻率與振動(dòng)給料機(jī)的振動(dòng)頻率（測(cè)點(diǎn)10）完全相同。

卸船機(jī)生產(chǎn)率提高，振動(dòng)給料機(jī)的振動(dòng)頻率相應(yīng)提高，反之降低。當(dāng)卸船機(jī)生產(chǎn)率分別在1000t/h、1500t/h、2000t/h時(shí)，振動(dòng)給料機(jī)的振動(dòng)頻率（測(cè)點(diǎn)10）相應(yīng)為8.9H z、11.3H z、13.6H z，各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)頻率跟隨振動(dòng)給料機(jī)的頻率同步變化，且相同。這說(shuō)明振動(dòng)給料機(jī)就是這些測(cè)點(diǎn)部位振動(dòng)的激勵(lì)源。因此，卸船機(jī)下部鋼結(jié)構(gòu)的振動(dòng)是在振動(dòng)給料機(jī)激勵(lì)下的受迫振動(dòng)。

圖3 測(cè)點(diǎn)1給料機(jī)引起的振動(dòng)波形

圖4 測(cè)點(diǎn)1振動(dòng)的頻譜（1000t/h生產(chǎn)率）

3.2.2振動(dòng)方向分析

從測(cè)點(diǎn)7、測(cè)點(diǎn)8在1000t/h生產(chǎn)率下，海陸方向與大車方向振動(dòng)數(shù)據(jù)比對(duì)可以看出，在海陸方向，存在振幅為0.2-0.3m m，頻率為8.9H z由振動(dòng)給料機(jī)引起的振動(dòng)。而大車方向振動(dòng)數(shù)據(jù)，通過(guò)頻譜分析，基本無(wú)此類振動(dòng)。

從測(cè)點(diǎn)3及測(cè)點(diǎn)9海陸方向與垂直方向振動(dòng)數(shù)據(jù)比對(duì)可以看出，測(cè)點(diǎn)3海陸方向振幅0.4m m，垂直方向只有0.1m m；測(cè)點(diǎn)9海陸方向振幅在1.2m m左右，而垂直方向只有0.2m m左右。垂直方向振動(dòng)幅值遠(yuǎn)小于海陸方向。

因此，振動(dòng)給料機(jī)引起的振動(dòng)主要為海陸方向，這與振動(dòng)給料機(jī)機(jī)械振動(dòng)方向?yàn)楹ｊ懛较蛞彩且恢碌摹?/p>

3.2.3振動(dòng)幅值、頻率分析

測(cè)試結(jié)果表1中可以看出，振動(dòng)給料機(jī)引起的振動(dòng)振幅（p-p值）基本在0.2-1.2m m之間。測(cè)點(diǎn)3至測(cè)點(diǎn)8振動(dòng)幅度相對(duì)較小，在0.2-0.4m m之間；測(cè)點(diǎn)9（樓梯下部）振動(dòng)最大，為1.2m m。各測(cè)點(diǎn)部位振動(dòng)大小相對(duì)穩(wěn)定，基本不隨生產(chǎn)率的變化而變化。

各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)頻率與振動(dòng)給料機(jī)振動(dòng)頻率（測(cè)點(diǎn)10）變化同步，且大小相同，隨生產(chǎn)率的提升而提高，反之降低。在生產(chǎn)率分別為1000t/h、1500t/h、2000t/h時(shí)，各測(cè)點(diǎn)的振動(dòng)頻率相應(yīng)為6.5H z（8.9H z）、11.3H z、13.6H z（13.9H z、14.3H z），括號(hào)內(nèi)的頻率為相同生產(chǎn)率，不同時(shí)段測(cè)試結(jié)果的頻率。

振動(dòng)給料機(jī)（測(cè)點(diǎn)10）的振動(dòng)頻率隨生產(chǎn)率變化而調(diào)整變化，生產(chǎn)率在1000-2000t/h之間變化時(shí)，其對(duì)應(yīng)振動(dòng)頻率在6.5-14.3H z之間變化。振動(dòng)振幅基本保持在10m m左右不變，這是由振動(dòng)給料機(jī)的振動(dòng)發(fā)生機(jī)械結(jié)構(gòu)所決定的。

圖5 自由衰減振動(dòng)位移波形

圖6 自由衰減振動(dòng)頻譜

圖7 測(cè)點(diǎn)3振幅頻率變化曲線

圖8 測(cè)點(diǎn)9振幅頻率變化曲線

3.2.4 結(jié)構(gòu)固有頻率分析

通過(guò)對(duì)結(jié)構(gòu)自由衰減振動(dòng)測(cè)試，獲取了“測(cè)點(diǎn)9”處結(jié)構(gòu)自由衰減振動(dòng)波形及頻譜，結(jié)果如圖5、圖6所示。

從圖5的振動(dòng)位移波形圖中，可以看見(jiàn)明顯的自由衰減振動(dòng)過(guò)程，從圖6的自由衰減振動(dòng)頻譜可以確定結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)頻率為5.5H z。

3.2.5振動(dòng)共振分析

當(dāng)結(jié)構(gòu)振動(dòng)的固有頻率與振動(dòng)激勵(lì)源的頻率一致時(shí)，結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生共振。

從“3.2.4結(jié)構(gòu)固有頻率分析”章節(jié)中，可以確定所測(cè)部位鋼結(jié)構(gòu)的固有頻率為5.5H z。卸船機(jī)在1000t/h、1500t/h、2000t/h生產(chǎn)率時(shí)，振動(dòng)給料機(jī)的振動(dòng)頻率分別為8.9H z、11.3H z、13.6H z，均高于所測(cè)結(jié)構(gòu)的固有頻率，且相差較大。因此所測(cè)部位鋼結(jié)構(gòu)的振動(dòng)，是受振動(dòng)給料機(jī)振動(dòng)激勵(lì)的受迫振動(dòng)，未發(fā)生共振現(xiàn)象。

當(dāng)振動(dòng)激勵(lì)源的頻率從低到高（或從高到低）變化時(shí)，當(dāng)激振頻率處于結(jié)構(gòu)共振點(diǎn)，結(jié)構(gòu)就會(huì)發(fā)生共振現(xiàn)象，此時(shí)結(jié)構(gòu)振幅就會(huì)激增。

從圖7、圖8測(cè)點(diǎn)振幅頻率曲線可以看出，測(cè)點(diǎn)3及測(cè)點(diǎn)9在1000t/h、1500t/h、2000t/h生產(chǎn)率，即振動(dòng)給料機(jī)振動(dòng)頻率（激勵(lì)頻率）分別為8.9H z、11.3H z、13.6H z時(shí)，海陸方向振幅變化不大，未出現(xiàn)振幅激增現(xiàn)象，可以判斷所測(cè)部位鋼結(jié)構(gòu)沒(méi)有發(fā)生共振現(xiàn)象。

通過(guò)上述分析可知，卸船機(jī)在1000t/h、1500t/h、2000t/h生產(chǎn)率時(shí)，下部鋼結(jié)構(gòu)在振動(dòng)給料機(jī)激勵(lì)下未發(fā)生結(jié)構(gòu)共振現(xiàn)象。

4 結(jié)語(yǔ)

通過(guò)對(duì)卸船機(jī)下部鋼結(jié)構(gòu)及振動(dòng)給料系統(tǒng)采用振動(dòng)測(cè)試的方法，分析了卸船機(jī)在不同生產(chǎn)率工況下，振動(dòng)給料機(jī)及下部鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)情況，同時(shí)通過(guò)對(duì)結(jié)果進(jìn)行時(shí)域、頻域的分析，確定了鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)的大小，探討了下部鋼結(jié)構(gòu)振動(dòng)與振動(dòng)給料機(jī)振動(dòng)之間的關(guān)系，對(duì)卸船機(jī)振動(dòng)給料系統(tǒng)的振動(dòng)特性進(jìn)行了深入解讀。

[1]GBT18224-2008,橋式抓斗卸船機(jī)安全規(guī)程[S].

[2]GB3811-83，起重設(shè)計(jì)規(guī)范[S].

[3]機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)編委會(huì).機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

修回日期：2017-02-13

加快煤電去產(chǎn)能規(guī)范自備電廠管理

應(yīng)綜合施策推進(jìn)煤電去產(chǎn)能，把東中部地區(qū)作為煤電去產(chǎn)能重點(diǎn)，將煤電去產(chǎn)能與優(yōu)化布局相結(jié)合，通過(guò)建立機(jī)制加快煤電去產(chǎn)能，嚴(yán)格規(guī)范自備燃煤電廠管理。

我國(guó)能源稟賦以煤炭為主，占能源消費(fèi)總量的63%左右，大氣主要污染物中約80%的二氧化硫、60%的氮氧化物、50%的細(xì)顆粒物來(lái)源于煤炭燃燒。煤電是我國(guó)的主力電源，據(jù)統(tǒng)計(jì)，截至2016年年底，煤電裝機(jī)容量達(dá)到10.5億千瓦，占電源總裝機(jī)的64%，2016年煤電發(fā)電量4.3億千瓦時(shí)，占全社會(huì)總用電量的72.4%。而且，我國(guó)75%的煤電裝機(jī)集中在資源匱乏、人口密集的東中部地區(qū)，帶來(lái)嚴(yán)重霧霾和煤炭運(yùn)輸壓力。

全國(guó)政協(xié)委員、國(guó)家電網(wǎng)公司辦公廳主任張寧介紹說(shuō)，近年來(lái)我國(guó)企業(yè)自備燃煤電廠發(fā)展迅猛，國(guó)家電網(wǎng)公司經(jīng)營(yíng)區(qū)域自備燃煤電廠裝機(jī)年增速達(dá)15.7%，高出燃煤公用電廠裝機(jī)增速10個(gè)百分點(diǎn)。高耗能企業(yè)大量建設(shè)自備燃煤機(jī)組，不僅加劇了煤電產(chǎn)能過(guò)剩，增加了大氣污染治理的難度，而且助推了鋼鐵、電解鋁等產(chǎn)能過(guò)剩。

習(xí)近平總書(shū)記提出推進(jìn)能源“四個(gè)革命”重大戰(zhàn)略部署，為我國(guó)煤電發(fā)展指明方向：一是要控制煤炭消費(fèi)總量，抑制煤電增速，緩解產(chǎn)能過(guò)剩;二是要大力推進(jìn)煤電機(jī)組產(chǎn)能升級(jí)和節(jié)能減排改造，推動(dòng)煤電高效、清潔利用;三是要積極服務(wù)清潔能源發(fā)展，為大電網(wǎng)做好調(diào)峰等系統(tǒng)支撐。張寧認(rèn)為，為了貫徹好習(xí)近平總書(shū)記的指示要求，推動(dòng)清潔能源發(fā)展、綠色發(fā)展，應(yīng)綜合施策推進(jìn)煤電去產(chǎn)能。

張寧建議，把東中部地區(qū)作為煤電去產(chǎn)能重點(diǎn)，下決心停建東中部煤電，在運(yùn)煤電機(jī)組應(yīng)減少發(fā)電并有計(jì)劃關(guān)停一部分，新增電力需求主要由西部北部地區(qū)的清潔能源送入解決;將煤電去產(chǎn)能與優(yōu)化布局相結(jié)合，有序推進(jìn)西部北部煤電基地集約開(kāi)發(fā)，發(fā)揮特高壓電網(wǎng)大范圍配置資源的作用，實(shí)現(xiàn)風(fēng)電、太陽(yáng)能發(fā)電與煤電打捆外送，擴(kuò)大“西電東送”、“北電南送”規(guī)模，促進(jìn)清潔能源發(fā)展和西部大開(kāi)發(fā)。

在機(jī)制建立方面，張寧建議加快構(gòu)建全國(guó)統(tǒng)一電力市場(chǎng)，完善電價(jià)機(jī)制、交易機(jī)制和利益補(bǔ)償機(jī)制，促進(jìn)跨區(qū)跨省電力交易;開(kāi)展節(jié)能調(diào)度，擴(kuò)大煤電與清潔能源電量置換規(guī)模，逐步壓減燃煤電量。嚴(yán)格規(guī)范自備燃煤電廠管理。同時(shí)，應(yīng)由國(guó)家相關(guān)部門(mén)組織，統(tǒng)籌開(kāi)展自備燃煤電廠運(yùn)行、能效、環(huán)保等方面的監(jiān)督檢查，違規(guī)的及時(shí)督促關(guān)停整改，已投運(yùn)的自備燃煤發(fā)電機(jī)組應(yīng)并網(wǎng)運(yùn)行并服從電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，承擔(dān)公用電廠調(diào)峰和交叉補(bǔ)貼義務(wù)，并將相關(guān)結(jié)果納入政府和金融征信體系。

（摘自“北極星電力網(wǎng)”）

Vibration Analysis of Ship Unloader's Feeding System Based on Continuous Unloading Coal

ZHANG Sheng，ZHOU Fu-chun
（State Power Corporation of hydropower construction quality and Testing Center，Hangzhou 310030，China）

The vibration ofthe vibrating feeder and the low er steelstructure are analysised，in differentproduction conditions ofthe bridge type grab ship unloader.Then the relationship betw een the vibration ofthe low ersteelstructure and the vibration of the feeder is explored.The vibration characteristics of the ship unloader's feeding system are deeply interpreted.

continuous unloading coal；vibrating feeder system；vibration analysising；bridge type grab ship unloader

U 653.928+1

B

2095-3429（2017）01-0039-05

2016-09-10

張圣（1986-），男，浙江杭州人，本科，助理工程師，主要從事起重設(shè)備金屬結(jié)構(gòu)檢測(cè)及安全和質(zhì)量評(píng)估工作。

D O I：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.01.009