基于連續卸煤條件下的卸船機給料系統振動分析

張圣，周富春

基于連續卸煤條件下的卸船機給料系統振動分析

張圣，周富春

（國家電力公司水電施工設備質量檢驗測試中心，浙江杭州310030）

分析了橋式抓斗卸船機在不同生產率工況下，振動給料機及下部鋼結構振動情況，探討了下部鋼結構振動與振動給料機振動之間的關系，對卸船機振動給料系統的振動特性進行了深入分析。

連續卸煤；振動給料系統；振動分析；橋式抓斗卸船機

0 引言

抓斗卸船機是用來將大量固態貨物從船艙運至碼頭上的煤料傳送帶上的機械。而橋式抓斗卸船機主要用于散貨船的卸船作業,由于其較高的轉運能力,目前已經成為國內外各大型散貨港口的主要卸船設備。給料系統是橋式抓斗卸船機的主要的核心構成之一，主要包括振動給料器、給料皮帶、料斗門、轉換皮帶、料斗及格柵等。以華電某儲運公司的2100t/h橋式卸船機為例。在日常運行過程中發現，該設備在連續卸煤作業工況下，振動給料機工作時，卸船機下部鋼結構會產生一定程度的振動。發生振動時，操作人員反饋在卸船機下部鋼結構上亦感受較為明顯，振動強烈時，可影響正常的操作。

1 卸船機給料系統工作流程

卸船機給料系用工作流程為：抓斗從船艙抓取物料；起升機構將抓斗提升到一定高度，小車從船艙向料斗方向移動；抓斗位于料斗的正上方打開；物料落人料斗內，并從料斗出口落到振動給料器中；振動給料器通過振動將物料連續均勻地送到給料皮帶機上。

2 結構振動測試

為了解卸船機下部鋼結構振動的情況，分析振動產生的原因，本次研究采用鋼結構振動測試的方式，針對該設備的結構特點，在卸船機振動給料機及卸船機下部鋼結構，布置了11個拾振測點（如圖1所示），圖上括號內為對稱部位測點。主要測試卸船機在實際卸煤作業時，卸船機在不同生產率工況下，振動給料機及下部鋼結構振動情況。通過對振動測試結果時域、頻域的分析，確定鋼結構振動的大小；分析下部鋼結構振動與振動給料機振動之間的關系；分析下部鋼結構振動的原因、性質，判斷卸船機下部鋼結構是否發生共振現象。

圖1 拾振測點示意圖

測試內容主要分為兩部分：結構振動測試和結構固有頻率測試。

2.1 結構振動測試

測試工況如下：

（1）卸船機處于實際卸煤狀態，生產率基本在1000t/h。

（2）卸船機處于實際卸煤狀態，生產率基本在1500t/h。

（3）卸船機處于實際卸煤狀態，生產率基本在2000t/h。

分別測試各測點在上述相應工況下的振動數據，見表1。振動測試方向以海陸方向為主，部分測點進行垂直及大車行走方向振動測試。

因現場條件限制，部分測點測試了其中的兩個工況。

2.2 結構固有頻率測試

當卸船機處于靜止狀態時，在測點9部位施加一定大小的海陸方向側向力，然后突然釋放側向力，使結構進行自由衰減振動，直至靜止狀態。記錄此過程中，測點9處結構振動數據，通過對此自由衰減振動頻譜進行分析，確定結構的固有頻率。

3 結構振動分析

卸船機下部鋼結構振動測試結果見表1。

3.1 整體振動分析

經對測試結果的振動波形及振動頻譜研究、分析后，可以確定，各測點的振動基本上由2部分振動合成。下面以測點1在1000t/h生產率下的振動數據為例進行分析，其它各測點、各生產率下振動數據基本類似。測點1的振動波形及頻譜如圖2-圖4所示。

表1 卸船機振動測試結果

3.1.1整機振動（晃動）

從圖2可以看出，測點1的振動位移波形存在一個明顯的低頻振動。此振動是因抓斗抓煤作業產生的卸船機整機振動，平時稱其為卸船機“晃動”，一般此類整機振動（晃動）頻率較低、幅度相對較大。通過對測點7、測點8海陸方向與大車方向振動數據的比對，可以確定，整機振動（晃動）主要沿海陸方向。

在此次測試中，#3卸船機下部測點的整機振動（晃動）幅度（p-p值）在2-19m m之間，其大小受抓斗抓煤、卸煤作業時的操控方式影響較大。所以，振動幅值變化較大。從圖4的頻譜圖中可以看出，整機振動頻率較低，為0.8H z。

3.1.2給料機引起的振動

從圖3的振動波形中可以看出，在測點1的整機振動（晃動）位移波形上，疊加了一個振幅（p-p值）相對較小（0.6m m）、頻率相對較高（8.9H z）的振動波形。此振動基本由振動給料機振動引起，振動振幅相對穩定。振動頻率相對整機晃動頻率高很多，其頻率隨生產率的變化而變化。

3.2 給料機對下部鋼結構的振動分析

振動分析主要包括以下幾個方面內容：1）振源的分析；2）振動方向分析；3）振動幅度、頻率分析；4）結構固有頻率分析；5）結構共振分析。

因時間及船艙煤量關系，振動測試在不同的時段進行了多次測試。每個測試時段內，生產率不做調整，各測點振動測試時生產率相同。不同的測試時段之間，生產率進行過調整，即使某2個測試時段，生產率值相同，但因時滯、誤差等因素，實際振動給料機的振動速度并不相同，從而可能造成振動測試結果的頻譜也不相同。例如，在測試“時段5”，生產率為1000t/h，各測點振動頻率為6.5H z。但在測試“時段1”，生產率同為1000t/h，各測點振動頻率為8.9H z。由此導致的數據差異對結果的分析基本沒有影響。

圖2 測點1整機晃動位移波形（1000t/h生產率）

3.2.1振源分析

從測試結果表1可以看出，各測點在不同生產率下的振動頻率與振動給料機的振動頻率（測點10）完全相同。

卸船機生產率提高，振動給料機的振動頻率相應提高，反之降低。當卸船機生產率分別在1000t/h、1500t/h、2000t/h時，振動給料機的振動頻率（測點10）相應為8.9H z、11.3H z、13.6H z，各測點的振動頻率跟隨振動給料機的頻率同步變化，且相同。這說明振動給料機就是這些測點部位振動的激勵源。因此，卸船機下部鋼結構的振動是在振動給料機激勵下的受迫振動。

圖3 測點1給料機引起的振動波形

圖4 測點1振動的頻譜（1000t/h生產率）

3.2.2振動方向分析

從測點7、測點8在1000t/h生產率下，海陸方向與大車方向振動數據比對可以看出，在海陸方向，存在振幅為0.2-0.3m m，頻率為8.9H z由振動給料機引起的振動。而大車方向振動數據，通過頻譜分析，基本無此類振動。

從測點3及測點9海陸方向與垂直方向振動數據比對可以看出，測點3海陸方向振幅0.4m m，垂直方向只有0.1m m；測點9海陸方向振幅在1.2m m左右，而垂直方向只有0.2m m左右。垂直方向振動幅值遠小于海陸方向。

因此，振動給料機引起的振動主要為海陸方向，這與振動給料機機械振動方向為海陸方向也是一致的。

3.2.3振動幅值、頻率分析

測試結果表1中可以看出，振動給料機引起的振動振幅（p-p值）基本在0.2-1.2m m之間。測點3至測點8振動幅度相對較小，在0.2-0.4m m之間；測點9（樓梯下部）振動最大，為1.2m m。各測點部位振動大小相對穩定，基本不隨生產率的變化而變化。

各測點的振動頻率與振動給料機振動頻率（測點10）變化同步，且大小相同，隨生產率的提升而提高，反之降低。在生產率分別為1000t/h、1500t/h、2000t/h時，各測點的振動頻率相應為6.5H z（8.9H z）、11.3H z、13.6H z（13.9H z、14.3H z），括號內的頻率為相同生產率，不同時段測試結果的頻率。

振動給料機（測點10）的振動頻率隨生產率變化而調整變化，生產率在1000-2000t/h之間變化時，其對應振動頻率在6.5-14.3H z之間變化。振動振幅基本保持在10m m左右不變，這是由振動給料機的振動發生機械結構所決定的。

圖5 自由衰減振動位移波形

圖6 自由衰減振動頻譜

圖7 測點3振幅頻率變化曲線

圖8 測點9振幅頻率變化曲線

3.2.4 結構固有頻率分析

通過對結構自由衰減振動測試，獲取了“測點9”處結構自由衰減振動波形及頻譜，結果如圖5、圖6所示。

從圖5的振動位移波形圖中，可以看見明顯的自由衰減振動過程，從圖6的自由衰減振動頻譜可以確定結構的固有振動頻率為5.5H z。

3.2.5振動共振分析

當結構振動的固有頻率與振動激勵源的頻率一致時，結構就會發生共振。

從“3.2.4結構固有頻率分析”章節中，可以確定所測部位鋼結構的固有頻率為5.5H z。卸船機在1000t/h、1500t/h、2000t/h生產率時，振動給料機的振動頻率分別為8.9H z、11.3H z、13.6H z，均高于所測結構的固有頻率，且相差較大。因此所測部位鋼結構的振動，是受振動給料機振動激勵的受迫振動，未發生共振現象。

當振動激勵源的頻率從低到高（或從高到低）變化時，當激振頻率處于結構共振點，結構就會發生共振現象，此時結構振幅就會激增。

從圖7、圖8測點振幅頻率曲線可以看出，測點3及測點9在1000t/h、1500t/h、2000t/h生產率，即振動給料機振動頻率（激勵頻率）分別為8.9H z、11.3H z、13.6H z時，海陸方向振幅變化不大，未出現振幅激增現象，可以判斷所測部位鋼結構沒有發生共振現象。

通過上述分析可知，卸船機在1000t/h、1500t/h、2000t/h生產率時，下部鋼結構在振動給料機激勵下未發生結構共振現象。

4 結語

通過對卸船機下部鋼結構及振動給料系統采用振動測試的方法，分析了卸船機在不同生產率工況下，振動給料機及下部鋼結構振動情況，同時通過對結果進行時域、頻域的分析，確定了鋼結構振動的大小，探討了下部鋼結構振動與振動給料機振動之間的關系，對卸船機振動給料系統的振動特性進行了深入解讀。

[1]GBT18224-2008,橋式抓斗卸船機安全規程[S].

[2]GB3811-83，起重設計規范[S].

[3]機械設計手冊編委會.機械設計手冊[M].北京：機械工業出版社,2004.

修回日期：2017-02-13

加快煤電去產能規范自備電廠管理

應綜合施策推進煤電去產能，把東中部地區作為煤電去產能重點，將煤電去產能與優化布局相結合，通過建立機制加快煤電去產能，嚴格規范自備燃煤電廠管理。

我國能源稟賦以煤炭為主，占能源消費總量的63%左右，大氣主要污染物中約80%的二氧化硫、60%的氮氧化物、50%的細顆粒物來源于煤炭燃燒。煤電是我國的主力電源，據統計，截至2016年年底，煤電裝機容量達到10.5億千瓦，占電源總裝機的64%，2016年煤電發電量4.3億千瓦時，占全社會總用電量的72.4%。而且，我國75%的煤電裝機集中在資源匱乏、人口密集的東中部地區，帶來嚴重霧霾和煤炭運輸壓力。

全國政協委員、國家電網公司辦公廳主任張寧介紹說，近年來我國企業自備燃煤電廠發展迅猛，國家電網公司經營區域自備燃煤電廠裝機年增速達15.7%，高出燃煤公用電廠裝機增速10個百分點。高耗能企業大量建設自備燃煤機組，不僅加劇了煤電產能過剩，增加了大氣污染治理的難度，而且助推了鋼鐵、電解鋁等產能過剩。

習近平總書記提出推進能源“四個革命”重大戰略部署，為我國煤電發展指明方向：一是要控制煤炭消費總量，抑制煤電增速，緩解產能過剩;二是要大力推進煤電機組產能升級和節能減排改造，推動煤電高效、清潔利用;三是要積極服務清潔能源發展，為大電網做好調峰等系統支撐。張寧認為，為了貫徹好習近平總書記的指示要求，推動清潔能源發展、綠色發展，應綜合施策推進煤電去產能。

張寧建議，把東中部地區作為煤電去產能重點，下決心停建東中部煤電，在運煤電機組應減少發電并有計劃關停一部分，新增電力需求主要由西部北部地區的清潔能源送入解決;將煤電去產能與優化布局相結合，有序推進西部北部煤電基地集約開發，發揮特高壓電網大范圍配置資源的作用，實現風電、太陽能發電與煤電打捆外送，擴大“西電東送”、“北電南送”規模，促進清潔能源發展和西部大開發。

在機制建立方面，張寧建議加快構建全國統一電力市場，完善電價機制、交易機制和利益補償機制，促進跨區跨省電力交易;開展節能調度，擴大煤電與清潔能源電量置換規模，逐步壓減燃煤電量。嚴格規范自備燃煤電廠管理。同時，應由國家相關部門組織，統籌開展自備燃煤電廠運行、能效、環保等方面的監督檢查，違規的及時督促關停整改，已投運的自備燃煤發電機組應并網運行并服從電網統一調度，承擔公用電廠調峰和交叉補貼義務，并將相關結果納入政府和金融征信體系。

（摘自“北極星電力網”）

Vibration Analysis of Ship Unloader's Feeding System Based on Continuous Unloading Coal

ZHANG Sheng，ZHOU Fu-chun
（State Power Corporation of hydropower construction quality and Testing Center，Hangzhou 310030，China）

The vibration ofthe vibrating feeder and the low er steelstructure are analysised，in differentproduction conditions ofthe bridge type grab ship unloader.Then the relationship betw een the vibration ofthe low ersteelstructure and the vibration of the feeder is explored.The vibration characteristics of the ship unloader's feeding system are deeply interpreted.

continuous unloading coal；vibrating feeder system；vibration analysising；bridge type grab ship unloader

U 653.928+1

B

2095-3429（2017）01-0039-05

2016-09-10

張圣（1986-），男，浙江杭州人，本科，助理工程師，主要從事起重設備金屬結構檢測及安全和質量評估工作。

D O I：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.01.009