長(zhǎng)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）

長(zhǎng)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(jī)裝卸散料的一種取物裝置，其閉合繩平衡裝置的設(shè)計(jì)和所處的位置，對(duì)抓斗閉合繩的更換快捷性尤為重要。通過對(duì)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(jī)閉合繩長(zhǎng)度差的調(diào)整，節(jié)約裝卸成本的投入。

長(zhǎng)撐桿四繩抓斗；平衡裝置；改造

抓斗是起重機(jī)裝卸散料的一種取物裝置。它的抓取和開卸動(dòng)作由司機(jī)在司機(jī)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(chǎng)。通常抓斗按開閉方式分成三類：?jiǎn)卫K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(zhǎng)撐桿抓斗。本文主要是對(duì)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(zhǎng)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(zhǎng)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(tái)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(jī)難以控制。抓斗的嚴(yán)重打轉(zhuǎn)會(huì)使裝卸作業(yè)中斷。如果要使閉合繩長(zhǎng)短一致，必須在起重機(jī)內(nèi)通過機(jī)械、電氣來解除閉合機(jī)構(gòu)兩個(gè)卷筒的聯(lián)動(dòng)性能，在閉合機(jī)構(gòu)內(nèi)實(shí)施單卷筒收放閉合繩，使兩根閉合繩的長(zhǎng)度差在允許的范圍內(nèi)。由于抓斗閉合繩的長(zhǎng)度不一，在抓料過程中抓斗重載閉合時(shí)，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(shí)遇到碼頭卸船作業(yè)船期較為緊張，勢(shì)必給船方造成一定的經(jīng)濟(jì)損失。

針對(duì)以上情況，通過對(duì)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(dòng)補(bǔ)償兩根閉合繩的長(zhǎng)短，也就是長(zhǎng)度差在一定范圍內(nèi)可以通過下承梁軸轉(zhuǎn)動(dòng)一定角度加以消除，免除對(duì)起重機(jī)閉合機(jī)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(jī)構(gòu)的倍率勢(shì)必發(fā)生變化，按照傳動(dòng)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(jì)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(zhǎng)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(gòu)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(jì)下滑輪軸及平衡裝置。

2.2 下承梁的設(shè)計(jì)

下承梁軸的設(shè)計(jì)。原抓斗采用4倍率滑輪組，上承梁安裝2個(gè)滑輪及閉合繩的固定裝置，下承梁安裝4個(gè)滑輪。現(xiàn)采用下承梁軸的直徑不變，取φ=190mm，取軸長(zhǎng)L=660mm，材料選用42CrMo。為保證鋼絲繩傾角與原相同，故不改變?cè)虚g2個(gè)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(diǎn)取同一位置。改變?cè)鲁辛合潴w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(shí)物如圖1。

圖1

3 改造后強(qiáng)度驗(yàn)算

3.1 鋼絲繩直徑驗(yàn)算

首先根據(jù)公式（1）計(jì)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(jì)算選用6*37WS-IWRC、鋼絲抗拉強(qiáng)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(jī)的開閉機(jī)構(gòu)工作級(jí)別為M8，根據(jù)《起重機(jī)和起重機(jī)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(shí)仍可用6X36WS-IWRC、公稱抗拉強(qiáng)度為1770φ40mm的鋼絲繩，與原橋式抓斗卸船機(jī)的起升開閉機(jī)構(gòu)的鋼絲繩一致。

3.2 下滑輪組軸設(shè)計(jì)及強(qiáng)度驗(yàn)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(qiáng)度驗(yàn)算：當(dāng)重物突然離地起升或下降制動(dòng)時(shí)，重物其取物裝置等將對(duì)鋼結(jié)構(gòu)（在垂直方向）和傳動(dòng)機(jī)構(gòu)產(chǎn)生附加的動(dòng)載荷，在考慮這種工況時(shí)進(jìn)行載荷組合，應(yīng)把起升載荷乘以起升動(dòng)載系數(shù)。

起升動(dòng)載系數(shù)與穩(wěn)定起升速度和起升狀態(tài)級(jí)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(jì)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(jiǎn)支，平衡塊上的受力可化簡(jiǎn)為向上的力F1、F4及一對(duì)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(duì)稱，所以F2=F3=2F=864kN。

軸兩端為平衡塊所受力，且分布對(duì)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(xiǎn)截面進(jìn)行軸的強(qiáng)度校核，用第三強(qiáng)度理論對(duì)軸的強(qiáng)度進(jìn)行校核：

故此軸符合強(qiáng)度要求。

4 經(jīng)濟(jì)性

在起重機(jī)械中，兩根閉合繩更換一根時(shí)，新鋼絲繩的結(jié)構(gòu)性伸長(zhǎng)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(zhǎng)度隨著作業(yè)時(shí)間的延長(zhǎng)，總是存在長(zhǎng)短不一的現(xiàn)象。此改造項(xiàng)目一定程度上減少了修理中的兩個(gè)時(shí)間：鋼絲繩更換過程中，抓斗閉合繩的更換時(shí)間，大約節(jié)省2的小時(shí)，也避免了起重機(jī)雙聯(lián)動(dòng)結(jié)構(gòu)的單卷筒收放鋼絲繩的過程所需4小時(shí)時(shí)間。同時(shí)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(zhǎng)了鋼絲繩的使用壽命。每個(gè)抓斗每年可減少鋼絲繩更換費(fèi)用約1萬(wàn)多元，同時(shí)也減少了因鋼絲繩斷股而帶來的不必要的停機(jī)損失。

5 結(jié)語(yǔ)

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(shí)間的延長(zhǎng)。本改造項(xiàng)目實(shí)施后，減少了設(shè)備的故障時(shí)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(shí)間，降低了船泊滯港費(fèi)用。同時(shí)對(duì)其他碼頭無(wú)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(jī)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(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[S].北京.中國(guó)標(biāo)準(zhǔn)出版社.

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1671-0711（2017）07（上）-0064-02