臂架堆取料機平衡性檢測與分析

王 建

寧波舟山港股份有限公司北侖礦石碼頭分公司

1 引言

隨著全球經濟一體化的不斷發展，港口煤炭、礦石等散料吞吐量不斷增加，散料機械也趨于大型化。作為堆場物料轉運設備的堆取料機，在建設智慧港口的背景下，提高其可靠性和效率成為業主重點關注的問題。通過分析影響堆取料機平衡性的具體原因，介紹一種檢測平衡性的方法，可定量掌握堆取料機在各種工況下的平衡狀態，為設備的使用及維護提供指導依據。

2 影響平衡性的因素

堆取料機根據塔架是否參與變幅可分為整體平衡式和活動平衡式兩種形式，其工作原理都是通過俯仰油缸或鋼絲繩實現臂架俯仰，結合回轉機構、大車行走機構、斗輪機構來實現物料的堆取功能。在工作過程中，通過配重和俯仰油缸來平衡斗輪頭部載荷、臂架皮帶機物料載荷、挖掘力、風載荷等，確保回轉支承上方全部的結構重心都位于回轉支承直徑內。影響平衡性的因素一般有如下幾點。

(1)配重重量。在設計階段，通過將各部件的理論重量重心折算到變幅鉸點，根據力矩平衡原理，確定配重重量以及油缸載荷。由于理論計算與實際情況存在差異，可能出現配重重量不準確的情況，導致整機平衡性出現問題。某碼頭堆取料機由于配重不足，導致回轉支承內外圈受拉脫離，機器發生傾覆。

(2)頭部積料載荷。堆取料機斗輪體長期使用后，由于腹板磨損及清料不及時等原因，可能堆積過多物料，極端情況下可達5～10 t。積料載荷距離回轉中心較遠，嚴重影響整機的平衡性，發生不少由于積料載荷造成機器抬腿和油缸不能頂升的案例。

(3)臂架頭部偏載。某些機型的斗輪驅動采用短軸布置，且懸臂皮帶機未采用偏置形式來抵消部分的偏載情況，長期運行后易出現臂架單側下撓，一側拉桿變形或開裂，從而影響整機的平衡性。

3 平衡性檢測

堆取料機長期運行后，均會出現上述問題，從保障設備的可靠性及使用率角度來看，定量掌握不同工況下整機的重心情況很有必要。下面以某港口一臺堆取料機為例，介紹平衡性檢測的具體方案。

3.1 檢測方案

本次測試在每個門腿的輪系中選擇1個測點，共布置4個測點(見圖1)。實際測試時采用2點同步頂升方式，在測點2和測點3處分別放置2個千斤頂及2個傳感器。頂升前，保證在傳感器不受力時將儀器調零，然后2點同時頂升，直至將所選門腿中的1只車輪頂離軌道面。隨后將堆取料機懸臂按擬定工況轉至指定角度，待讀數穩定后進行數據采集。按照上述方法，重復對測點1和測點4進行頂升及數據采集工作。

圖1 門腿輪系測點布置

3.2 工況設定

為最大限度模擬實際作業情況，本次檢測工況設定如下：工況T1，懸臂回轉至與大車軌道方向成252°，懸臂俯仰角度為7°；工況T2，懸臂回轉至與大車軌道方向成265°，懸臂俯仰角度為7°；工況T3，懸臂回轉至與大車軌道方向成99°，懸臂俯仰角度為7°；工況T4，懸臂回轉至與大車軌道方向成265°，懸臂俯仰角度為0°；工況T5，懸臂回轉至與大車軌道方向成99°，懸臂俯仰角度為0°；工況T6，懸臂回轉至與大車軌道方向成252°，懸臂俯仰角度為-10°；工況T7，懸臂回轉至與大車軌道方向成265°，懸臂俯仰角度為-10°。

上述工況中的角度值規定如下：懸臂回轉時，沿大車軌道向尾車方向為0°，垂直大車軌道向左為90°；懸臂俯仰時，規定水平角度為0°，上仰為正值，下俯為負值。

3.3 腿壓計算

堆取料機的腿壓Pi計算方法由頂升點的選擇及大車輪系的布置形式決定。對于本臺測試機器，測點1及測點4所在的輪系均為14輪形式，其受力分析見圖2，其中Pi為腿壓，Fi為千斤頂的頂升力，由于該堆取料機14輪的輪距一致，根據輪系結構的對稱性，腿壓的計算公式可簡化為：

圖2 前門腿輪系受力分析

Pi=14Fi

(1)

式中，i取1或4。

該堆取料機測點2與測點3所在的輪系為8輪結構形式(見圖3)，計算方法同上：

圖3 后門腿輪系受力分析

Pi=8Fi

(2)

式中，i取2或3。

3.4 數據處理

根據上文中的工況設定及腿壓計算方法，結合實時采集的數據，計算處理后，得出不同工況下所測的腿壓數值(見表1)。

表1 腿壓測試計算數據表

表2為不同工況下，以回轉中心為原點，整機的穩定性分析表。工況S1、S2是按設計要求考慮了動力系數，斗輪挖掘力(4 t)、懸臂皮帶上的連續物料載荷(11.91 t)后的情況。

表2 整機穩定性計算分析表

根據檢測數據分析，可得出以下結論：

(1)堆取料機整機平均重量為727.87 t。

(2)工況S2中整機最危險重心(1 865,10)距離傾覆邊3 500 mm還有1 635 mm，滿足穩定性要求。

(3)實測重心軌跡圓圓心位置為(73,10)，接近堆取料機的回轉中心，說明整機回轉部分的重心位置分部較為合理。

(4)工況S2整機最危險重心軌跡圓半徑為1 791 mm，小于軸承回轉半徑2 205 mm。

數據分析結果表明，該機器的回轉支承緊固螺栓等部件在正常作業過程中所承受的拉力(抗旋轉結構傾覆之力)較小，其工作可靠性高，壽命也會較長。

4 結語

通過分析影響堆取料機平衡性的相關因素，詳細介紹了一種檢測方案，可以讓設備管理者定量掌握堆取料機在不同工況下的重心軌跡，為設備管理和維護提供堅實的理論依據。該檢測方案可應用到其他堆取料機，根據檢測結果，設備管理者可采取相應的整改方案來保證設備的可靠性和使用率。