港口卸船機輪壓測試方法及均衡分析

郭玉波

摘 要：輪壓是影響港口卸船機安全穩定運行的一個重要技術指標，測定各輪輪壓，并分析輪壓是否均衡，對卸船機的可靠運行及制定維修方案極其重要。通過改變車輪通過軌道某點時質量的變化引起軌道某點的應力的變化，進而通過軟件測算出每個車輪輪壓，并分析輪壓的均衡情況，為設備的維修提供技術支持。

關鍵詞：卸船機;輪壓測試;均衡分析;輪壓應變標定

中圖分類號：TH248 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2020）08-0051-03

卸船機是港口散貨接卸港的主要機械設備。主要用于大宗貨物如煤炭、沙、礦石、散糧、化肥、水泥的進出口等[1]，它的安全穩定運行對港口的安全與經濟起著重要作用。卸船機通過大車車輪和軌道相互接觸支撐卸船機自重和貨物重量，軌道和車輪若裝配不當就會造成啃軌，局部輪壓過大，甚至引起整機傾覆的事故。其輪壓是卸船機安全穩定運行的重要技術參數，也是大車軌道基礎的主要設計載荷和依據。輪壓過大對臺車架金屬結構的應力過大，使其產生塑性變形，甚至破壞。輪壓過小使大車行走機構驅動裝置摩擦力不足，車輪打滑，使軌道兩側驅動功率不均，出現啃軌。各輪輪壓如果不均衡，可能出現輪軸卡阻現象。輪壓的分配還與結構和基礎的剛度、結構的制造精度和軌道的平整度等有關，所用，找到一種簡便的輪壓測試方法就非常重要。

1 傳統的輪壓測試方法

傳統的卸船機輪壓測試主要有：

（1）千斤頂頂升法。該方法是最原始的測試方法，它是將傳感器放在千斤頂上，然后利用千斤頂使車輪全部脫離軌道，把卸船機自身重量通過壓力傳感器顯示，再把數值平均到各輪作為輪壓。該方法費時費力，操作不便，也只能得到各輪的平均輪壓，無法準確測試每個輪子的輪壓，并且只能在卸船機靜止狀態測試。

（2）應變測試法。由江蘇省特種設備安全監督檢驗研究院提出的，主要在軌道上粘貼應變傳感器，通過應變的大小來推算輪壓，當車輪經過粘貼傳感器的位置時會造成軌道的變形，進而引起傳感器電壓信號的變化，通過采集儀將電壓信號轉為壓力值。該方法當對應變傳感器進行初始化時，卸船機在軌道造成一部分重力被人為減去，所測的輪壓要小于實際的輪壓。

（3）同濟大學提出在車輪上粘貼應變片的輪壓測法。該方法得到的輪壓值對加載部位、測試溫度特別敏感，可重復性較小。

（4）巴克豪森噪聲測輪壓法。該方法是利用鐵質材料在外磁場磁化達到飽和的過程中其材料的微觀結構是不連續的，當材料的應力場發生微觀變化時，材料的磁疇發生移動，從而彼此摩擦并發生振動和電磁噪聲，通過噪聲進行分析，獲得材料表面和內部的微觀結構和應力狀態等材料特性。但該方法測試數據受到被測量構件的表面粗糙度、氧化皮厚度，選用的激勵磁場強度、激勵信號的頻率，材料化學成分、金相組織、熱處理及冷加工過程的影響。

本文提出的輪壓測試方法，可以實現卸船機行走的過程中，依次測量各個輪子輪壓。不需停機，不影響生產，可先標定后測試。不僅快捷方便，而且受其他因素影響小，測試結果準確。

2 卸船機輪壓測試

以某碼頭的四卷筒電差動補償牽引小車式抓斗卸船機為例，該卸船機可沿碼頭軌道做工作或非工作性運行，有效工作運行距200米，車輪數海側10輪/2套，陸側8輪/2套，驅動/被動輪數16/20。最大輪壓海側500KN，陸側550KN，起重量40t，本機專用于接卸煤炭（容重為0.9～0.95t/m3），設計額定卸煤能力為1500t/h。

2.1測試原理

通過在卸船機行走軌道上選取一橫截面，在軌道的兩側相對應部位同時布貼垂直方向的單向應變傳感器，并與溫度補償片組成橋路進行測試，當輪子從軌道上邊運行時每個輪子對軌道都有一個壓應力出現，與此對應產生一微應變，現場通過配重塊在輪架座來加力標定，配重塊施加的力為1000kg，分別標定軌道兩側應變片對應該力的應變值，各點應變信號由MOPS系統接受后，經過放大、濾波、A/D轉換成數字信號后，送入計算機中，信號以曲線方式實時顯示，同時將數據存貯于計算機的硬盤上。

2.1.1傳感器原理

在此用到的是測力傳感器，它是采用電阻應變片作為敏感元件制造生產的能把各種力學量轉換為電量?；驹頌?，將應變片貼在被測定物上，使其隨著被測定物的應變一起伸縮，引起里面的金屬箔材隨著應變伸長或縮短，其電阻隨之變化。應變片就是應用這個原理，通過測量電阻的變化而對應變進行測定。一般應變片的敏感柵使用的是銅鉻合金，其電阻變化率為常數，與應變成正比例關系。即：

2.2 現場測試

輪壓測試通過在卸船機行駛的軌道上布貼應變傳感器，整機空載駛過，采集系統記錄每個車輪壓過時的波形信號，然后通過改變某一個特定的車輪對軌道的壓力數值，標定計算出一千千克的重量對應的應變值，從而在實驗過程中得到每個車輪的輪壓。

現場以卸船機輪子遠離布置應變計的軌道處時為應力相對零點（儀器調零）。在卸船機行走的過程中，依次測量各個輪子通過應變計粘貼處的軌道時軌道承受的輪壓大小。輪子編號見圖2所示，測試結果值見表1。 測試工況分兩種，大臂抬至最高位置及大臂水平狀態時，卸船機分別緩速通過應變計所在的軌道截面。

2.3 測試結果

利用德國CAESAR公司的MLab、MGraph信號采集分析軟件對現場獲取的各參數的動態變化數據進行了全面整理和分析研究，獲得了所測設備工作過程中關鍵部位的數據和曲線。

卸船機左側輪壓波形圖見圖3，右側輪壓波形圖見圖4。

3 輪壓均衡分析

通過對上述輪壓波形圖和各輪壓數據分析得出輪壓變化折線圖5。進而得出下面幾點結論：

（1）左右兩側最小輪壓為5.8t，最大輪壓為32.4 t ;主機各輪子輪壓大多數均衡;左側前部8輪架的前數第3個輪子32.4t，遠超出設計值要求的25t. 而相鄰的輪子輪壓較小，應檢查輪軸是否有卡阻現象，并調整輪軸到地面的高度使相鄰的輪子高度差一致。

（2）大臂豎直狀態，左側全重303.8 t，，16個輪子平均每個輪子19.0t;右側全重336.3 t，20個輪子平均每個輪子16.8t;各個輪子承受重量左側大于右側，但各個輪子重量分配基本均衡。

（3）大臂水平狀態，左側全重248.5 t，，16個輪子平均每個輪子15.5t;右側全重391.3 t，20個輪子平均每個輪子19.6t;各個輪子承受重量左側小于右側，各個輪子重量分配基本均衡。

4 結束語

通過改變車輪通過軌道某點時質量的變化引起軌道某點的應力的變化，進而通過軟件測算出每個車輪輪壓，是一種簡便快捷的輪壓測試方法，它可以先標定再測試，使卸船機不停產。通過現場實際應用，該方法有效可行，并能為設備檢修提供可行方案。

參考文獻：

[1] 張奇興.四卷筒牽引橋式抓斗卸船機田.港口裝卸，1999， （6）： 1-3

[2] 薛志鋼 等 .基于輪輻式傳感器的起重機輪壓測試方法研究.測試技術學報，2019，（6）：466-469