王 建

寧波舟山港股份有限公司北侖礦石碼頭分公司

1 引言

隨著全球經(jīng)濟(jì)一體化的不斷發(fā)展，港口煤炭、礦石等散料吞吐量不斷增加，散料機(jī)械也趨于大型化。作為堆場(chǎng)物料轉(zhuǎn)運(yùn)設(shè)備的堆取料機(jī)，在建設(shè)智慧港口的背景下，提高其可靠性和效率成為業(yè)主重點(diǎn)關(guān)注的問題。通過分析影響堆取料機(jī)平衡性的具體原因，介紹一種檢測(cè)平衡性的方法，可定量掌握堆取料機(jī)在各種工況下的平衡狀態(tài)，為設(shè)備的使用及維護(hù)提供指導(dǎo)依據(jù)。

2 影響平衡性的因素

堆取料機(jī)根據(jù)塔架是否參與變幅可分為整體平衡式和活動(dòng)平衡式兩種形式，其工作原理都是通過俯仰油缸或鋼絲繩實(shí)現(xiàn)臂架俯仰，結(jié)合回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、大車行走機(jī)構(gòu)、斗輪機(jī)構(gòu)來實(shí)現(xiàn)物料的堆取功能。在工作過程中，通過配重和俯仰油缸來平衡斗輪頭部載荷、臂架皮帶機(jī)物料載荷、挖掘力、風(fēng)載荷等，確?；剞D(zhuǎn)支承上方全部的結(jié)構(gòu)重心都位于回轉(zhuǎn)支承直徑內(nèi)。影響平衡性的因素一般有如下幾點(diǎn)。

(1)配重重量。在設(shè)計(jì)階段，通過將各部件的理論重量重心折算到變幅鉸點(diǎn)，根據(jù)力矩平衡原理，確定配重重量以及油缸載荷。由于理論計(jì)算與實(shí)際情況存在差異，可能出現(xiàn)配重重量不準(zhǔn)確的情況，導(dǎo)致整機(jī)平衡性出現(xiàn)問題。某碼頭堆取料機(jī)由于配重不足，導(dǎo)致回轉(zhuǎn)支承內(nèi)外圈受拉脫離，機(jī)器發(fā)生傾覆。

(2)頭部積料載荷。堆取料機(jī)斗輪體長(zhǎng)期使用后，由于腹板磨損及清料不及時(shí)等原因，可能堆積過多物料，極端情況下可達(dá)5～10 t。積料載荷距離回轉(zhuǎn)中心較遠(yuǎn)，嚴(yán)重影響整機(jī)的平衡性，發(fā)生不少由于積料載荷造成機(jī)器抬腿和油缸不能頂升的案例。

(3)臂架頭部偏載。某些機(jī)型的斗輪驅(qū)動(dòng)采用短軸布置，且懸臂皮帶機(jī)未采用偏置形式來抵消部分的偏載情況，長(zhǎng)期運(yùn)行后易出現(xiàn)臂架單側(cè)下?lián)?，一?cè)拉桿變形或開裂，從而影響整機(jī)的平衡性。

3 平衡性檢測(cè)

堆取料機(jī)長(zhǎng)期運(yùn)行后，均會(huì)出現(xiàn)上述問題，從保障設(shè)備的可靠性及使用率角度來看，定量掌握不同工況下整機(jī)的重心情況很有必要。下面以某港口一臺(tái)堆取料機(jī)為例，介紹平衡性檢測(cè)的具體方案。

3.1 檢測(cè)方案

本次測(cè)試在每個(gè)門腿的輪系中選擇1個(gè)測(cè)點(diǎn)，共布置4個(gè)測(cè)點(diǎn)(見圖1)。實(shí)際測(cè)試時(shí)采用2點(diǎn)同步頂升方式，在測(cè)點(diǎn)2和測(cè)點(diǎn)3處分別放置2個(gè)千斤頂及2個(gè)傳感器。頂升前，保證在傳感器不受力時(shí)將儀器調(diào)零，然后2點(diǎn)同時(shí)頂升，直至將所選門腿中的1只車輪頂離軌道面。隨后將堆取料機(jī)懸臂按擬定工況轉(zhuǎn)至指定角度，待讀數(shù)穩(wěn)定后進(jìn)行數(shù)據(jù)采集。按照上述方法，重復(fù)對(duì)測(cè)點(diǎn)1和測(cè)點(diǎn)4進(jìn)行頂升及數(shù)據(jù)采集工作。

圖1 門腿輪系測(cè)點(diǎn)布置

3.2 工況設(shè)定

為最大限度模擬實(shí)際作業(yè)情況，本次檢測(cè)工況設(shè)定如下：工況T1，懸臂回轉(zhuǎn)至與大車軌道方向成252°，懸臂俯仰角度為7°；工況T2，懸臂回轉(zhuǎn)至與大車軌道方向成265°，懸臂俯仰角度為7°；工況T3，懸臂回轉(zhuǎn)至與大車軌道方向成99°，懸臂俯仰角度為7°；工況T4，懸臂回轉(zhuǎn)至與大車軌道方向成265°，懸臂俯仰角度為0°；工況T5，懸臂回轉(zhuǎn)至與大車軌道方向成99°，懸臂俯仰角度為0°；工況T6，懸臂回轉(zhuǎn)至與大車軌道方向成252°，懸臂俯仰角度為-10°；工況T7，懸臂回轉(zhuǎn)至與大車軌道方向成265°，懸臂俯仰角度為-10°。

上述工況中的角度值規(guī)定如下：懸臂回轉(zhuǎn)時(shí)，沿大車軌道向尾車方向?yàn)?°，垂直大車軌道向左為90°；懸臂俯仰時(shí)，規(guī)定水平角度為0°，上仰為正值，下俯為負(fù)值。

3.3 腿壓計(jì)算

堆取料機(jī)的腿壓Pi計(jì)算方法由頂升點(diǎn)的選擇及大車輪系的布置形式?jīng)Q定。對(duì)于本臺(tái)測(cè)試機(jī)器，測(cè)點(diǎn)1及測(cè)點(diǎn)4所在的輪系均為14輪形式，其受力分析見圖2，其中Pi為腿壓，F(xiàn)i為千斤頂?shù)捻斏?，由于該堆取料機(jī)14輪的輪距一致，根據(jù)輪系結(jié)構(gòu)的對(duì)稱性，腿壓的計(jì)算公式可簡(jiǎn)化為：

圖2 前門腿輪系受力分析

Pi=14Fi

(1)

式中，i取1或4。

該堆取料機(jī)測(cè)點(diǎn)2與測(cè)點(diǎn)3所在的輪系為8輪結(jié)構(gòu)形式(見圖3)，計(jì)算方法同上：

圖3 后門腿輪系受力分析

Pi=8Fi

(2)

式中，i取2或3。

3.4 數(shù)據(jù)處理

根據(jù)上文中的工況設(shè)定及腿壓計(jì)算方法，結(jié)合實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)，計(jì)算處理后，得出不同工況下所測(cè)的腿壓數(shù)值(見表1)。

表1 腿壓測(cè)試計(jì)算數(shù)據(jù)表

表2為不同工況下，以回轉(zhuǎn)中心為原點(diǎn)，整機(jī)的穩(wěn)定性分析表。工況S1、S2是按設(shè)計(jì)要求考慮了動(dòng)力系數(shù)，斗輪挖掘力(4 t)、懸臂皮帶上的連續(xù)物料載荷(11.91 t)后的情況。

表2 整機(jī)穩(wěn)定性計(jì)算分析表

根據(jù)檢測(cè)數(shù)據(jù)分析，可得出以下結(jié)論：

(1)堆取料機(jī)整機(jī)平均重量為727.87 t。

(2)工況S2中整機(jī)最危險(xiǎn)重心(1 865,10)距離傾覆邊3 500 mm還有1 635 mm，滿足穩(wěn)定性要求。

(3)實(shí)測(cè)重心軌跡圓圓心位置為(73,10)，接近堆取料機(jī)的回轉(zhuǎn)中心，說明整機(jī)回轉(zhuǎn)部分的重心位置分部較為合理。

(4)工況S2整機(jī)最危險(xiǎn)重心軌跡圓半徑為1 791 mm，小于軸承回轉(zhuǎn)半徑2 205 mm。

數(shù)據(jù)分析結(jié)果表明，該機(jī)器的回轉(zhuǎn)支承緊固螺栓等部件在正常作業(yè)過程中所承受的拉力(抗旋轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)傾覆之力)較小，其工作可靠性高，壽命也會(huì)較長(zhǎng)。

4 結(jié)語

通過分析影響堆取料機(jī)平衡性的相關(guān)因素，詳細(xì)介紹了一種檢測(cè)方案，可以讓設(shè)備管理者定量掌握堆取料機(jī)在不同工況下的重心軌跡，為設(shè)備管理和維護(hù)提供堅(jiān)實(shí)的理論依據(jù)。該檢測(cè)方案可應(yīng)用到其他堆取料機(jī)，根據(jù)檢測(cè)結(jié)果，設(shè)備管理者可采取相應(yīng)的整改方案來保證設(shè)備的可靠性和使用率。