秦皇島港股份有限公司第九港務(wù)分公司

1 引言

斗輪取料機(jī)在工作性變幅機(jī)構(gòu)中普遍采用配重，其主要作用有：減少俯仰機(jī)構(gòu)液壓缸的受力、減少俯仰電機(jī)的功率、調(diào)整回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以上部分重心的位置、減少重心移動所造成的能量消耗并防止過載或大風(fēng)作用下的傾覆可能[1-2]。

煤五期取料機(jī)經(jīng)過長時間的運(yùn)行維護(hù)，出現(xiàn)懸臂接地力增大的情況，這些不利因素帶來了臂架提升困難、臂架自降、油缸泄露等許多問題，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。為解決上述問題，通過測量計算液壓缸受力，即間接校核接地力的方法來調(diào)整配重，取得了良好的效果。

2 技術(shù)方案對比

配重進(jìn)行調(diào)整測量的方法有3種：

(1)將液壓千斤頂放置在懸臂頭部的底部，邊加活配重邊測量千斤頂有壓腔的油壓，通過液壓油壓強(qiáng)換算成其所提供的支持力即為懸臂的接地壓力。接地壓力值由設(shè)計提供，在測量前應(yīng)將俯仰油缸脫開保證其不受力。

(2)用帶有重量傳感器的吊車將懸臂頭部吊起，邊加活配重邊讀出所受到的拉力即為懸臂的接地壓力。在測量前應(yīng)將俯仰油缸脫開保證其不受力。

(3)若變幅機(jī)構(gòu)是使用液壓油缸驅(qū)動的，通過油缸受力情況即在不同角度時液壓缸無桿腔與有桿腔之間的壓力差來確定變幅機(jī)構(gòu)的平衡情況。該種測量方法需要設(shè)計提供全俯仰范圍內(nèi)的液壓缸受力曲線圖，或提供水平俯仰、最高點(diǎn)俯仰、最低點(diǎn)3點(diǎn)的油缸受力值[3]。

通過查閱相關(guān)資料進(jìn)行比對，油缸壓力測量方法得到的測量值最為準(zhǔn)確，測量方式也最為便捷，可以方便地在不同的角度進(jìn)行測量，且不需要任何額外的測量工具，只需在給油缸供油的液壓站讀出有桿腔、無桿腔的壓力并通過換算即可[4]。因此，決定選用油缸壓力測量方案作為本次整機(jī)平衡的測試方案。

3 接地力計算分析

測量時，技術(shù)人員對液壓缸和液壓系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致檢查，確定液壓缸、液壓系統(tǒng)完好，液壓缸上下腔充滿液壓油并排凈空氣，然后啟動液壓系統(tǒng)，分別測量懸臂水平狀態(tài)下上、下腔系統(tǒng)壓力，進(jìn)行輪斗中心接地力相對于液壓缸受力的換算[5]。液壓缸受力計算公式為：

Nr=n[PaπD2/4-Pbπ(D2-d2)/4]

(1)

式中，D為液壓缸內(nèi)腔直徑，D=360 mm；d為活塞桿直徑，d=250 mm；Pa為有桿腔壓力；Pb為無桿腔壓力；Nr為俯仰液壓缸在一定俯仰角度所受到的力，當(dāng)Nr大于0時表示液壓缸受壓，當(dāng)Nr小于0表示液壓缸受拉；n為液壓缸數(shù)量，n=2。

煤五期取料機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)簡圖見圖1。取料機(jī)配重安裝狀態(tài)應(yīng)使懸皮處于最低點(diǎn)位置，因此接地力也應(yīng)該在最低點(diǎn)位置測量。接地力N1與油缸處所需推力N2以及配重P的關(guān)系為:

N2=N1L1/L4

(2)

P=N1L1/L5

(3)

圖1 取料機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)簡圖

根據(jù)圖紙資料和R14-2取料機(jī)俯仰油缸空載壓力值可得，大臂在最低點(diǎn)時斗輪接地力約為16.3 t，為R12-2斗輪接地力的1.5倍，過大的斗輪接地力存在一定的安全隱患。通過接地力計算，若想將R14-2斗輪接地力降低至12 t左右，需要增加25 t配重。

4 配重三腳架鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

對R14-2取料機(jī)配重三腳架進(jìn)行了鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析。主臂上仰角度3.8°，配重增加后總重309 t，讀取中拉桿處節(jié)點(diǎn)約束反力值，推算出中拉桿總的拉力為7 327 690 N。

配重增加至330 t，俯仰3.8°時配重臂拉桿拉力為單根0.397E+07 N。

拉桿截面寬500 mm，高316 mm，蓋板厚36 mm，腹板厚14 mm，拉桿截面積39 416 mm2，拉桿材質(zhì)Q345，極限許用應(yīng)力是470 MPa。拉桿的極限承受能力是470 MPa×39 416 mm2=18 525 520 N。目前的安全系數(shù)是18 525 520/0.397E+07=4.67。再將中拉桿施加7 327 690 N拉力，配重增加至340 t，俯仰3.8°進(jìn)行靜力計算。此時配重臂拉桿單根拉力值為0.408E+07 N。安全系數(shù)為18 525 520/0.408E+07=4.54。執(zhí)行FEM標(biāo)準(zhǔn)時，安全系數(shù)大于3即滿足安全使用要求，因此此次增加配重25 t安全可靠。

為了在安裝配重調(diào)整塊之后能夠?qū)崿F(xiàn)整機(jī)平衡，首先對大臂頭部積煤、雜物等進(jìn)行清理、拆除，盡量降低大臂頭部重量。隨后對配重結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，確定配重塊安裝位置、安裝尺寸及吊裝工藝流程等。取料機(jī)鋼板配重塊每塊重量約為2.5 t，共計10塊，厚度為20 mm，配重塊安裝于配重縫隙處，安裝完成后進(jìn)行固定，不需要移動其余配重就可以達(dá)到配平的目的，安裝方便且成本較低(見圖2)。

圖2 取料機(jī)配重調(diào)整塊圖紙

5 結(jié)語

在R14-2取料機(jī)配重縫隙處安裝完成了10塊調(diào)整配重塊后，總配重24.96 t，計算得出斗輪最低點(diǎn)時的接地力為12.5 t，實(shí)現(xiàn)了R14-2取料機(jī)俯仰油缸上下腔壓力的降低，達(dá)到了本次改造的預(yù)期目標(biāo)。進(jìn)行整機(jī)調(diào)平后，R14-2取料機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，未出現(xiàn)大臂無法提升的情況，取料過程正常，未出現(xiàn)過由大臂不平衡引起的相關(guān)故障，對類似設(shè)備的平衡系統(tǒng)改造提供了一定的參考。