陳斌

（寧波港股份有限公司北侖礦石碼頭分公司，浙江 寧波 315800）

長撐桿雙瓣四繩抓斗平衡裝置改造

陳斌

（寧波港股份有限公司北侖礦石碼頭分公司，浙江 寧波 315800）

抓斗是起重機裝卸散料的一種取物裝置，其閉合繩平衡裝置的設(shè)計和所處的位置，對抓斗閉合繩的更換快捷性尤為重要。通過對下承梁結(jié)構(gòu)的改造，增加閉合繩的平衡裝置，減少了抓斗閉合繩的維修工作量和相應(yīng)起重機閉合繩長度差的調(diào)整，節(jié)約裝卸成本的投入。

長撐桿四繩抓斗；平衡裝置；改造

抓斗是起重機裝卸散料的一種取物裝置。它的抓取和開卸動作由司機在司機室內(nèi)操作，不需要輔助人員協(xié)助，因而生產(chǎn)率較高，廣泛用于港口、車站、礦山和料場。通常抓斗按開閉方式分成三類：單繩抓斗、雙繩抓斗和馬達(dá)抓斗。其中雙繩抓斗發(fā)展較快，常用的是長撐桿抓斗。本文主要是對雙瓣四繩抓斗閉合繩的平衡裝置進(jìn)行改造。避免因兩根閉合繩的長度差造成抓斗打轉(zhuǎn)、鋼絲繩不正常斷絲或斷股現(xiàn)象的發(fā)生。

1 問題的提出

一批36噸長撐桿雙瓣四繩煤炭抓斗采用4倍率滑輪組。因制造的缺陷，閉合繩直接固定在上承梁上平臺上，采用楔套連接。

因沒有平衡裝置，在使用過程中存在諸多問題，兩根閉合繩難以調(diào)平，造成抓斗在起升下降過程中打轉(zhuǎn)，使操作司機難以控制。抓斗的嚴(yán)重打轉(zhuǎn)會使裝卸作業(yè)中斷。如果要使閉合繩長短一致，必須在起重機內(nèi)通過機械、電氣來解除閉合機構(gòu)兩個卷筒的聯(lián)動性能，在閉合機構(gòu)內(nèi)實施單卷筒收放閉合繩，使兩根閉合繩的長度差在允許的范圍內(nèi)。由于抓斗閉合繩的長度不一，在抓料過程中抓斗重載閉合時，開閉繩單根受力，易出現(xiàn)斷絲及斷股。兩根閉合繩的使用壽命不一致，致使使用成本的增加。同時遇到碼頭卸船作業(yè)船期較為緊張，勢必給船方造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。

針對以上情況，通過對閉合繩平衡裝置技術(shù)改造，改善上述現(xiàn)象的發(fā)生。

2 改進(jìn)方案

改進(jìn)方案是改變下承梁結(jié)構(gòu)。在抓斗下承梁軸上增加閉合繩平衡裝置，以自動補償兩根閉合繩的長短，也就是長度差在一定范圍內(nèi)可以通過下承梁軸轉(zhuǎn)動一定角度加以消除，免除對起重機閉合機構(gòu)進(jìn)行單卷筒收放鋼絲繩的調(diào)節(jié)工作。

2.1 整體規(guī)劃

原閉合繩直接固定在上承梁，現(xiàn)將閉合繩固定在下承梁的平衡裝置上。閉合繩固定位置的改變，增力機構(gòu)的倍率勢必發(fā)生變化，按照傳動原理，將采用3倍率或5倍率兩者之一。現(xiàn)采用3倍率，原因如下。

（1）該批煤炭抓斗的設(shè)計密度為0.85t/m3,根據(jù)文獻(xiàn)[1]表1可以確定為輕型抓斗；根據(jù)文獻(xiàn)[1]表3，額定起重量為36噸的輕型四索長撐桿雙瓣抓斗滑輪組倍率可以選3或4。

（2）如采用5倍率滑輪組，需重新購買滑輪，增加了改造的成本。如選擇3倍率滑輪組，下滑輪組仍使用原滑輪（D=900mm），僅需重新設(shè)計下滑輪軸及平衡裝置。

2.2 下承梁的設(shè)計

下承梁軸的設(shè)計。原抓斗采用4倍率滑輪組，上承梁安裝2個滑輪及閉合繩的固定裝置，下承梁安裝4個滑輪?，F(xiàn)采用下承梁軸的直徑不變，取φ=190mm，取軸長L=660mm，材料選用42CrMo。為保證鋼絲繩傾角與原相同，故不改變原中間2個滑輪位置，且閉合鋼絲繩平衡塊與楔套連接的中心位置與原外側(cè)2滑輪繩槽中心點取同一位置。改變原下承梁箱體的結(jié)構(gòu)，使立板安裝位置處于閉合繩平衡塊與下滑輪之間。改造后的下承梁實物如圖1。

圖1

3 改造后強度驗算

3.1 鋼絲繩直徑驗算

首先根據(jù)公式（1）計算閉合繩的最大靜拉力：

式中：Fjmax為鋼絲繩最大靜拉力（N）；PQ額定起升載荷；m為滑輪組倍率；ηz滑輪組效率，取值0.98；ηd導(dǎo)向滑輪效率，取值0.98。

然后根據(jù)公式（2）計算選用6*37WS-IWRC、鋼絲抗拉強度為1770MPa鋼絲繩的最小直徑。

式中：dmin為鋼絲繩的最小直徑，mm；C為鋼絲繩選擇系數(shù)，橋式抓斗卸船機的開閉機構(gòu)工作級別為M8，根據(jù)《起重機和起重機械鋼絲繩選擇第1部分總則》中表1，取值0.120。

故選取倍率m=3時仍可用6X36WS-IWRC、公稱抗拉強度為1770φ40mm的鋼絲繩，與原橋式抓斗卸船機的起升開閉機構(gòu)的鋼絲繩一致。

3.2 下滑輪組軸設(shè)計及強度驗算

滑輪軸材料選用42CrMo()。考慮到通用性，沿用原軸部分尺寸，軸徑選取φ=190mm。

強度驗算：當(dāng)重物突然離地起升或下降制動時，重物其取物裝置等將對鋼結(jié)構(gòu)（在垂直方向）和傳動機構(gòu)產(chǎn)生附加的動載荷，在考慮這種工況時進(jìn)行載荷組合，應(yīng)把起升載荷乘以起升動載系數(shù)。

起升動載系數(shù)與穩(wěn)定起升速度和起升狀態(tài)級別有關(guān)，其值可以由公式（3）所得：

根據(jù)下承梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計尺寸，圖2為下承梁滑輪軸的受力圖。把軸看做一端固定，一端簡支，平衡塊上的受力可化簡為向上的力F1、F4及一對扭矩T。

圖2 下承梁滑輪軸受力圖

因軸上中部為工作滑輪組所受力，且分布對稱，所以F2=F3=2F=864kN。

軸兩端為平衡塊所受力，且分布對稱，故其所受力的大小為F1=F4=F=432kN；T=F1×l=432kN×0.31m=133.92kN·M，根據(jù)平衡條件可得F5=F6=1296kN。下承梁滑輪軸彎矩如圖3所示。

圖3 下承梁滑輪軸彎矩圖

取250mm處為危險截面進(jìn)行軸的強度校核，用第三強度理論對軸的強度進(jìn)行校核：

故此軸符合強度要求。

4 經(jīng)濟(jì)性

在起重機械中，兩根閉合繩更換一根時，新鋼絲繩的結(jié)構(gòu)性伸長率隨著鋼絲繩的結(jié)構(gòu)和生產(chǎn)廠家的不同而不同，因此兩根閉合繩的長度隨著作業(yè)時間的延長，總是存在長短不一的現(xiàn)象。此改造項目一定程度上減少了修理中的兩個時間：鋼絲繩更換過程中，抓斗閉合繩的更換時間，大約節(jié)省2的小時，也避免了起重機雙聯(lián)動結(jié)構(gòu)的單卷筒收放鋼絲繩的過程所需4小時時間。同時避免閉合繩未調(diào)平而出現(xiàn)的單根受力現(xiàn)象，減少了斷股現(xiàn)象的出現(xiàn)，延長了鋼絲繩的使用壽命。每個抓斗每年可減少鋼絲繩更換費用約1萬多元，同時也減少了因鋼絲繩斷股而帶來的不必要的停機損失。

5 結(jié)語

綜上所述，抓斗閉合繩的平衡裝置是抓斗結(jié)構(gòu)中不可缺失的部分，它的缺失造成修理成本的增加和修理時間的延長。本改造項目實施后，減少了設(shè)備的故障時間，提高了設(shè)備的完好率，也是降低使用成本的舉措之一。更高的裝卸效率，減少了船泊的在港時間，降低了船泊滯港費用。同時對其他碼頭無平衡裝置的四繩雙瓣抓斗的改造具有一定的借鑒意義。

[1]JT/T403-1999港口散貨抓斗基本類型及參數(shù)系列[S].人民交通出版社.

[2]郭燕，顏彬.港口起重機械.武漢理工大學(xué)出版社[M]，武漢理工大學(xué)出版社2013.

[3]GB/T3811-2008起重機設(shè)計規(guī)范[S].北京.中國標(biāo)準(zhǔn)出版社.

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1671-0711（2017）07（上）-0064-02