40 t多用途抓斗的研制

徐智鵬

(天津港第五港埠有限公司 天津300456)

40 t多用途抓斗的研制

徐智鵬

(天津港第五港埠有限公司 天津300456)

隨著船舶制造業(yè)的迅猛發(fā)展，礦石船舶寬度逐漸由 35,m增加至 50,m，現(xiàn)有門機抓斗有效抓取半徑已不能覆蓋船舶艙口寬度。對 40,t多用途抓斗進(jìn)行了研制，新型抓斗不僅解決了貨物粘斗的問題，而且能夠滿足門機 40,t滿負(fù)荷作業(yè)的要求，可有效降低挖掘機下艙作業(yè)成本，同時提升了門機的電能利用率。

40,t多用途抓斗 設(shè)計 礦石船

0 引 言

天津港第五港埠有限公司成立于 1983年，坐落于天津港北疆，是一家以港口裝卸作業(yè)為主營業(yè)務(wù)的服務(wù)型企業(yè)。近年來公司吞吐量屢創(chuàng)新高，一直在集團(tuán)公司名列前茅。

圖1 散貨量吞吐量和總吞吐量曲線圖Fig.1 Curves of the hand ling capacity of bulk goods and the total hand ling capacity

如圖 1所示，近幾年散貨量吞吐量和總吞吐量的折線基本重合，達(dá)到總吞吐量的90%,以上，高粘度貨類占到散貨吞吐量的50%,以上，貨物粘斗情況比較嚴(yán)重。

隨著船舶制造業(yè)的迅猛發(fā)展，礦石船舶寬度逐漸由 35,m增加至 50,m，現(xiàn)有門機抓斗有效抓取半徑已不能夠覆蓋船舶艙口寬度，若想將艙內(nèi)抓斗不能及的貨物清出就需要挖掘機下艙輔助作業(yè)，這既增加了作業(yè)成本，又影響作業(yè)效率。

我公司散礦石作業(yè)全部使用門機抓斗作業(yè)，門機的最大負(fù)荷、抓取半徑都是固定值，若想解決貨物粘斗和抓取半徑不足的問題，就必須從抓斗入手。經(jīng)過分析，我公司現(xiàn)有抓斗若進(jìn)行大規(guī)模改造不僅不能達(dá)到預(yù)期效果，還會造成成本的浪費。因此，設(shè)計一種新型40,t多用途抓斗勢在必行。

1 設(shè)定目標(biāo)

1.1 目標(biāo)值的確定

①抓斗粘貨量由 3,t/斗降至 1,t/斗。②將門機抓斗有效取貨半徑由現(xiàn)在的40,m提升至41,m。

1.2 目標(biāo)值分析

①經(jīng)過測算，目前公司現(xiàn)有40,t抓斗自重在15,t左右，平均取貨量為22,t，遇有粘性較強的貨物取貨量更低(見表1)。

表1 40噸礦石抓斗參數(shù)對比表Tab.1 Comparison of 40 t m ineral grab bucket parameters

從表 1可以看出，我公司現(xiàn)有 40,t抓斗平均取貨量為22,t。

抓斗粘貨量＝門機負(fù)荷－抓斗自重－取貨量

平均每斗粘貨量＝40(門機負(fù)荷)－15(抓斗自重)－22(平均取貨量)＝3,t

隨后小組成員又針對不同貨類，分別對粘貨量進(jìn)行了統(tǒng)計(見表2)：

表2 不同貨類統(tǒng)計Tab.2 Information of different cargo categories

粘斗情況最好的是 1,t/斗，如果可以將所有貨類粘斗情況都降至1,t/斗即實現(xiàn)目標(biāo)。

②門機抓斗有效取貨半徑＝門機最大旋轉(zhuǎn)半徑(固定值37,m) ＋抓斗與貨物接觸寬度(可變)，目前門機抓斗有效取貨半徑為：

37＋3＝40,m

若想增加門機抓斗有效取貨半徑，就要從抓斗與貨物接觸寬度入手。通過走訪兄弟公司，收集了抓斗與貨物接觸寬度數(shù)據(jù)，最大值為 4,m，力爭達(dá)到：將門機抓斗有效取貨半徑由現(xiàn)在的40,m提升至41,m。

2 提出各種方案并確定最佳方案

抓斗設(shè)計步驟如圖2所示：

圖2 設(shè)計步驟Fig.2 Design procedures

2.1 降低抓斗粘貨量

抓斗與貨物接觸的部位只有斗體，因此，若想降低抓斗的粘貨量就必須從斗體的設(shè)計入手。

2.2 增加抓斗抓取半徑

選擇了兩種可增加抓抓取半徑的方案進(jìn)行必選(見表3)。

表3 兩種方案Tab.3 Two schemes

從表 3中可以看出，增加斗體寬度方案不可行，而改變開閉斗方向只有從抓斗的上梁設(shè)計入手。

2.3 選擇材料

抓斗的材料選擇是研制新型抓斗最重要環(huán)節(jié)，它不僅關(guān)系到抓斗自重問題，還關(guān)系到抓斗強度問題。目前國內(nèi)主要廠家制造礦石抓斗所用材料主要是 16,Mn鋼板，A3鋼板，采用HARDOX-500板材只限于抓斗斗口部位。小組首先對準(zhǔn)備研制抓斗所用材料進(jìn)行選擇，對3種材料進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)16,Mn鋼板比 A3鋼板除延伸率略小一些外，其他指標(biāo)都要高一些；而 HARDOX-500鋼板在屈服強度、拉伸強度、硬度方面遠(yuǎn)高于前兩者，只是延伸率小一些。通過測算，確認(rèn)用 HARDOX-500鋼板作為新型抓斗的研制材料。

2.4 上梁設(shè)計

門機抓斗有效取貨半徑＝門機最大旋轉(zhuǎn)半徑(固定值37,m) ＋抓斗與貨物接觸寬度(可變)，目前抓斗與貨物接觸寬度即為抓斗的寬度為 3,m，而抓斗的張開度為5,m左右，若能改變抓斗開閉斗的方向，就可以有效提升門機抓斗的有效取貨半徑。

隨著船舶制造業(yè)的迅猛發(fā)展，礦石船舶船體不斷增寬，艙內(nèi)腰窩深度也在不斷增加。如果能夠增加取貨范圍，就可以節(jié)省挖掘機下艙作業(yè)成本。

而要改變抓斗開閉斗方向，就必須從抓斗的上梁設(shè)計入手，改變上梁結(jié)構(gòu)布局，使其以抓斗中心線為軸，支腿連接點不變，井字輪與滑輪組沿順時針方向旋轉(zhuǎn) 90,°。對比圖如圖3、4所示。

圖3 順船開閉斗Fig.3 Grab bucket opening and closing along the ship’s direction

圖4 橫船開閉斗Fig.4 Grab bucket opening and closing perpendicular to the ship’s direction

結(jié)論：經(jīng)過評估，通過改變開閉斗方向，可有效增加抓取范圍1.1,m。

2.5 中梁設(shè)計

抓斗的中梁由箱體和滑輪組組成，箱體的用途是承載滑輪組，中梁滑輪組需與上梁滑輪組匹配。

結(jié)論：我們在上梁設(shè)計中將滑輪組沿順時針旋轉(zhuǎn)了 90 °，那么相應(yīng)的中梁滑輪組也需要以抓斗中軸線為中心沿順時針方向旋轉(zhuǎn)90 °，其余結(jié)構(gòu)不變。

2.6 斗體設(shè)計

貨物粘斗全部來自于抓斗斗體內(nèi)壁的筋板于斗體板的夾角處，被稱之為“死角”，若想降低貨物粘斗量就必須減少或消除抓斗內(nèi)壁“死角”數(shù)。為達(dá)到箱體內(nèi)部無死角的效果，必須將筋板由內(nèi)壁移至外壁。經(jīng)研究對比，決定選用整體式外筋板斗體作為新型抓斗的箱體構(gòu)造。雖然此種形式在制作上會有一些困難，但是堅固耐用，能夠保證較高的在線完好率。整體式外筋板斗體如圖5所示。

圖5 整體式外筋板斗體Fig.5 The integrated type of a rib p late bucket body

2.7 滑輪倍率

為了增加抓斗的抓取力，將原有的 4倍率滑輪組提升至5倍率。

3 項目實施

3.1 實施一

根據(jù)ISO 9000的要求，小組對供應(yīng)商進(jìn)行了較嚴(yán)格的篩選，最終確定了浦鐵公司為小組提供HARDOX-500鋼板。

因為HARDOX-500鋼板的強度性能非常突出，所以小組將中梁、支腿、上承梁截面板厚分別降為 20,mm、15,mm、10,mm。

實施效果：根據(jù)HARDOX-500鋼板的各項性能以及對抗拉、抗彎檢測，各部件的板厚完全可以達(dá)到技術(shù)性能。

3.2 實施二

實施效果：對組裝完畢的箱體，經(jīng)工藝技術(shù)人員對箱體的夾角以及箱體與箱體之間的吻合檢驗均達(dá)到圖紙要求。

3.3 實施三

為了保證斗口板的耐磨性能，同時保護(hù)斗體不變形，選用了天津濱海特力能表面工程技術(shù)有限公司最新研發(fā)的高性能耐磨涂層材料。口板經(jīng)過耐磨涂層更加堅固耐磨，同時對斗體起到了一定的保護(hù)作用。

3.4 實施四

通過重新設(shè)計，改變了井字輪和滑輪組的方向，在不影響抓取效果的前提下將開閉斗方向旋轉(zhuǎn)了 90,°。通過改變井字輪和滑輪組的方向，成功地將取貨范圍增加了 1.1,m。實施對比圖如圖6所示。

圖6 實施對比圖Fig.6 Im p lem entation com parison

3.5 實施五

通過倍率的增加，進(jìn)一步加大了抓斗的抓取力。實施前后對比圖如圖7所示。

4 取得效果

新型40,t多用途抓斗投入使用后，經(jīng)過近兩個月18條船舶的跟蹤，抓斗內(nèi)壁無附著，貨物粘斗量為0，徹底解決了貨物粘斗的問題，而且能夠滿足門機40,t滿負(fù)荷作業(yè)的要求。

通過實施四，我們可以看到，通過改變抓斗開閉斗方向，我們成功地將抓斗與貨物接觸寬度增加了 1.1,m，達(dá)到了4.1,m。

圖7 實施前后對比圖Fig.7 Comparison of imp lementation results

經(jīng)財務(wù)部門測算，40,t多用途抓斗投入使用之后，可有效地降低挖掘機下艙作業(yè)成本，同時提升了門機的電能利用率，可為公司創(chuàng)造直接經(jīng)濟效益278萬元/年。

5 鞏固措施

①對制造后的抓斗定期檢查，建立多用途抓斗立檔跟蹤，對重點易損，易壞部位設(shè)專人定期檢查記錄。②納入港五制造維修工藝管理標(biāo)準(zhǔn)制度，RR/TJGW-3-055-GY抓斗管理、發(fā)放、使用的暫行規(guī)定；RR/TJGW-3-056-GY抓斗管理使用規(guī)定。■

［1］ 蔣強. 抓斗卸船機起重鋼絲繩的失效原因分析及預(yù)防措施[J]. 港口裝卸，2015(2)：3-4.

［2］ 馮剛，吳海帆，宋甲宗. 卸船機抓斗有控擺動的策略及運動分析[J]. 起重運輸機械，2001(12)：14-17.

［3］ 聞邦椿. 機械設(shè)計手冊[M]. 北京：機械工業(yè)出版社，2010.

Research of a 40 t M ultipurpose Grab Bucket

XU Zhipeng
(Tianjin Port No.5 Stevedoring Co.，LTD.，Tianjin 300456，China)

Follow ing the rapid development of ship manufacturing，the w idth of ore carriers has increased from 35,m to 50,m and as a result，capture range of current portal crane grab buckets fails to cover the hatch w idth．This paper studies a 40,t multipurpose grab bucket．The new bucket not only solves the problem of goods sticking，but also meets the requirements of the 40,t full load operation by portal cranes．Besides，it effectively reduces the excavator’s cost of underdeck operation and improves the utilization rate of electrical energy of the cranes.

40,t multipurpose grab；design；ore carrier

U664.6

：A

：1006-8945(2015)10-0080-04

2015-09-18