葛寧曄

摘 要：橋式抓斗卸船機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度對(duì)其安全性能有著較大影響，進(jìn)而關(guān)系到碼頭的正常運(yùn)轉(zhuǎn)，因此對(duì)于橋式抓斗卸船機(jī)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行深入研究。文章在對(duì)于橋式抓斗卸船機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作原理深入分析的基礎(chǔ)上，以1600t/h橋式抓斗卸船機(jī)為例進(jìn)行了結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的分析，包括載荷組合以及應(yīng)力數(shù)據(jù)采集兩方面，并進(jìn)行仿真與實(shí)驗(yàn)研究，為橋式抓斗卸船機(jī)的實(shí)際設(shè)計(jì)及應(yīng)用奠定理論基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：橋式；抓斗；卸船機(jī)；結(jié)構(gòu)；強(qiáng)度

中圖分類號(hào)：U653.92 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1671-2064（2017）06-0081-01

依據(jù)《起重機(jī)械定期檢驗(yàn)規(guī)則》，對(duì)于應(yīng)用環(huán)境條件較為惡劣的地區(qū)，需開展橋式抓斗卸船機(jī)的安全性能評(píng)估及檢驗(yàn)。其中，應(yīng)力測(cè)試技術(shù)作為一種安全評(píng)估的關(guān)鍵性技術(shù)，需依據(jù)使用工況下的動(dòng)應(yīng)力測(cè)試進(jìn)行安全性能分析。為橋式抓斗卸船機(jī)的設(shè)計(jì)及應(yīng)用提供理論基礎(chǔ)，為工藝設(shè)計(jì)提供參考。

1 橋式抓斗卸船機(jī)結(jié)構(gòu)與工作原理

橋式抓斗卸船機(jī)用于船艙至碼頭的固態(tài)散狀貨物運(yùn)輸或電廠輸煤系統(tǒng)中完成煤的卸載、分配輸送等工作。卸船機(jī)主要機(jī)構(gòu)組成包括：起升、開閉機(jī)構(gòu)、大車行走機(jī)構(gòu)、鋼絲繩系統(tǒng)、俯仰機(jī)構(gòu)、料斗、皮帶機(jī)、卸料溜槽、噴水除塵系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)、潤(rùn)滑裝置等。橋式抓斗卸船機(jī)的主要結(jié)構(gòu)組成包括：前、后大梁，梯形架，海、陸側(cè)門框，海、陸側(cè)橫梁，拉桿和聯(lián)系橫梁等。在卸船機(jī)處于工作狀態(tài)時(shí)，前大梁水平并抓取貨物，在小車的運(yùn)輸作用下，物料有抓斗，通過漏斗到達(dá)地面皮帶機(jī)，完成卸船作業(yè)；卸船機(jī)在非工作狀態(tài)時(shí)，前大梁處于抬起位置，由安全鉤固定于梯形架，小車錨定停車。

2 橋式抓斗卸船機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析

2.1 載荷組合

卸船機(jī)的載荷分為固定載荷DL、移動(dòng)載荷ML、慣性載荷IAT、風(fēng)荷載WL、側(cè)向荷載SK等，工作工況是小車錨的運(yùn)行動(dòng)力由鋼絲繩傳遞。其中，固定載荷即設(shè)備自重；移動(dòng)載荷主要為移動(dòng)小車及物料自重，慣性載荷包括大車及小車慣性力；風(fēng)載荷包括工作與非工作狀態(tài)風(fēng)載荷；側(cè)向載荷包括大車與小車側(cè)向載荷兩部分。

在無風(fēng)工作狀態(tài)下，

載有風(fēng)工作狀態(tài)下，

在暴風(fēng)非工作狀態(tài)下，

在特殊工況狀態(tài)下，DL+TL+LL+ML+EQ+OWL

2.2 應(yīng)力數(shù)據(jù)采集

考慮到橋式抓斗卸船機(jī)的應(yīng)力涵蓋了動(dòng)應(yīng)力（工作載荷產(chǎn)生）以及靜應(yīng)力（自重載荷產(chǎn)生）兩方面，多采用有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行卸船機(jī)的建模研究，在分析過程中，需首先確定動(dòng)應(yīng)力以及靜應(yīng)力的測(cè)點(diǎn)，在此基礎(chǔ)上，模擬不同的工作工況，并采用應(yīng)變電測(cè)法進(jìn)行動(dòng)靜應(yīng)力的實(shí)時(shí)記錄。

靜應(yīng)力有限元計(jì)算分析：靜應(yīng)力有限元計(jì)算分析建立在對(duì)橋式抓斗卸船機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)充分研究的基礎(chǔ)上進(jìn)行，有限元分析優(yōu)先選用梁?jiǎn)卧７?，依?jù)實(shí)際計(jì)算需要，進(jìn)行結(jié)構(gòu)的單元剖分，建立幾何模型見。在計(jì)算模型中需進(jìn)行數(shù)據(jù)的預(yù)處理，濾除外界應(yīng)力對(duì)于時(shí)間歷程的影響，并取隨機(jī)應(yīng)力值的極差作為無效幅值的取舍基準(zhǔn)，采用雨流計(jì)數(shù)法對(duì)于結(jié)構(gòu)波動(dòng)性應(yīng)力進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析處理，并采用Goodman疲勞經(jīng)驗(yàn)公式進(jìn)行轉(zhuǎn)換，代入應(yīng)力均值以及幅值。

3 仿真與實(shí)驗(yàn)

在計(jì)算幾何模型建立完成之后進(jìn)行系統(tǒng)整體化仿真與實(shí)驗(yàn)研究，首先需依據(jù)卸船機(jī)額定載荷要求，確定應(yīng)力測(cè)試的試驗(yàn)載荷，并由實(shí)際測(cè)試要求，合理安排應(yīng)力測(cè)試工況，本次仿真與實(shí)驗(yàn)研究測(cè)試工況及基本參數(shù)介紹如下：

選用待測(cè)橋式抓斗卸船機(jī)其自重為1150噸，結(jié)構(gòu)材料選用Q345C，彈性模量為，生產(chǎn)率為1600t/h，動(dòng)載系數(shù)與沖擊載荷系數(shù)分別為1.2及1.6，正常工作狀態(tài)與非工作狀態(tài)時(shí)的風(fēng)速分別為20以及45米每秒，不同工況條件下安全系數(shù)以及許用應(yīng)力：無風(fēng)工作工況（安全系數(shù)1.5、許用應(yīng)力230MPa）、有風(fēng)工作工況（安全系數(shù)1.33、許用應(yīng)力260MPa）、暴風(fēng)非工作工況（安全系數(shù)1.1、許用應(yīng)力314MPa）。

在利用ANSYS進(jìn)行建模分析計(jì)算過程中，依據(jù)結(jié)構(gòu)及受力情況選用三類建模單元，包括梁?jiǎn)卧狟EAM（箱形梁結(jié)構(gòu)的模擬）、圓管單元PIPE（圓管結(jié)構(gòu)的模擬）、質(zhì)量點(diǎn)單元MASS（集中載荷組件的模擬如滑輪組以及機(jī)器房等）。模型中載荷的施加通過偽密度的調(diào)節(jié)進(jìn)行真實(shí)自重載荷的模擬，風(fēng)載荷以及慣性載荷采用創(chuàng)建載荷文件的形式添加，卸船機(jī)結(jié)構(gòu)中接觸關(guān)系的分析簡(jiǎn)化為主結(jié)構(gòu)的移動(dòng)載荷。本測(cè)試工況分為：系統(tǒng)調(diào)零、試驗(yàn)載荷的抓取及輸送、系統(tǒng)回零檢測(cè)零點(diǎn)漂移情況等?？紤]到不同設(shè)備體積及外形的差異，需有區(qū)別地選取抓料點(diǎn)，確定小車行程，分別設(shè)定在距料斗中心0m、20m、25m、30m處，全程記錄各測(cè)點(diǎn)的動(dòng)載應(yīng)力-時(shí)間數(shù)據(jù)。

4 結(jié)語

橋式抓斗卸船機(jī)設(shè)備的安全性能直接關(guān)系到碼頭正常工作的開展，卸船機(jī)的安全故障的產(chǎn)生，將對(duì)于泊位裝卸工藝系統(tǒng)產(chǎn)生連鎖型破壞作用，造成較大的經(jīng)濟(jì)損失。對(duì)于橋式抓斗卸船機(jī)的安全性能檢測(cè)十分必要，需依據(jù)實(shí)際應(yīng)用環(huán)境工況結(jié)合自身結(jié)構(gòu)，建立合適的計(jì)算幾何模型，結(jié)合ANSYS有限元分析法，進(jìn)行仿真與實(shí)驗(yàn)研究，以促進(jìn)橋式抓斗卸船機(jī)設(shè)備安全性能的不斷升級(jí)及優(yōu)化。

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