取料機整機配重調平技術

秦皇島港股份有限公司第九港務分公司

1 引言

斗輪取料機在工作性變幅機構中普遍采用配重，其主要作用有：減少俯仰機構液壓缸的受力、減少俯仰電機的功率、調整回轉機構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作用下的傾覆可能[1-2]。

煤五期取料機經過長時間的運行維護，出現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，嚴重影響生產。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整配重，取得了良好的效果。

2 技術方案對比

配重進行調整測量的方法有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。接地壓力值由設計提供，在測量前應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。在測量前應將俯仰油缸脫開保證其不受力。

(3)若變幅機構是使用液壓油缸驅動的，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構的平衡情況。該種測量方法需要設計提供全俯仰范圍內的液壓缸受力曲線圖，或提供水平俯仰、最高點俯仰、最低點3點的油缸受力值[3]。

通過查閱相關資料進行比對，油缸壓力測量方法得到的測量值最為準確，測量方式也最為便捷，可以方便地在不同的角度進行測量，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平衡的測試方案。

3 接地力計算分析

測量時，技術人員對液壓缸和液壓系統進行細致檢查，確定液壓缸、液壓系統完好，液壓缸上下腔充滿液壓油并排凈空氣，然后啟動液壓系統，分別測量懸臂水平狀態下上、下腔系統壓力，進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Nr大于0時表示液壓缸受壓，當Nr小于0表示液壓缸受拉；n為液壓缸數量，n=2。

煤五期取料機回轉機構上部結構簡圖見圖1。取料機配重安裝狀態應使懸皮處于最低點位置，因此接地力也應該在最低點位置測量。接地力N1與油缸處所需推力N2以及配重P的關系為:

N2=N1L1/L4

(2)

P=N1L1/L5

(3)

圖1 取料機回轉機構上部結構簡圖

根據圖紙資料和R14-2取料機俯仰油缸空載壓力值可得，大臂在最低點時斗輪接地力約為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 配重三腳架鋼結構應力分析

對R14-2取料機配重三腳架進行了鋼結構應力分析。主臂上仰角度3.8°，配重增加后總重309 t，讀取中拉桿處節點約束反力值，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Q345，極限許用應力是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。安全系數為18 525 520/0.408E+07=4.54。執行FEM標準時，安全系數大于3即滿足安全使用要求，因此此次增加配重25 t安全可靠。

為了在安裝配重調整塊之后能夠實現整機平衡，首先對大臂頭部積煤、雜物等進行清理、拆除，盡量降低大臂頭部重量。隨后對配重結構進行檢查，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，安裝完成后進行固定，不需要移動其余配重就可以達到配平的目的，安裝方便且成本較低(見圖2)。

圖2 取料機配重調整塊圖紙

5 結語

在R14-2取料機配重縫隙處安裝完成了10塊調整配重塊后，總配重24.96 t，計算得出斗輪最低點時的接地力為12.5 t，實現了R14-2取料機俯仰油缸上下腔壓力的降低，達到了本次改造的預期目標。進行整機調平后，R14-2取料機運行平穩，未出現大臂無法提升的情況，取料過程正常，未出現過由大臂不平衡引起的相關故障，對類似設備的平衡系統改造提供了一定的參考。