螺旋卸船機(jī)垂直臂螺旋更換方法及維修工藝研究

葉帥，胡光躍

（1.國(guó)家能源集團(tuán)泰州發(fā)電有限公司，江蘇泰州 225327；2.浙江天新智能研究院有限公司，杭州 310030）

0 引言

隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展水平的持續(xù)提升，船業(yè)運(yùn)輸?shù)玫搅烁鼮閺V泛的關(guān)注，作為卸船作業(yè)中最常見的設(shè)備之一，螺旋卸船機(jī)狀態(tài)是保證作業(yè)質(zhì)量與效率的關(guān)鍵。當(dāng)前，螺旋卸船機(jī)在船業(yè)運(yùn)輸領(lǐng)域中發(fā)揮出十分關(guān)鍵的作用，主要應(yīng)用于水泥、礦粉、煤料、化肥等散裝物料的卸船工作中，作為螺旋卸船機(jī)的核心部件，垂直螺旋機(jī)構(gòu)的運(yùn)行狀態(tài)將會(huì)直接影響到螺旋卸船機(jī)工作的穩(wěn)定性與可靠，因此有必要針對(duì)相關(guān)內(nèi)容展開研究。根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，通過螺旋卸船機(jī)開展作業(yè)的整體運(yùn)輸環(huán)節(jié)都處于封閉狀態(tài)，具有作業(yè)效率高、污染小的優(yōu)勢(shì)，而且可以保證距艙底30～50 cm處可以一直處于滿負(fù)荷工作狀態(tài)。然而在以往的研究過程中，更多強(qiáng)調(diào)關(guān)于垂直螺旋機(jī)構(gòu)的構(gòu)成與應(yīng)用，對(duì)于其更換及維修的研究則相對(duì)較少。在這樣的情況下，有必要針對(duì)垂直螺旋機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)部件、螺旋筒體、旋轉(zhuǎn)螺旋、支撐部件等各環(huán)節(jié)的更換維修展開研究，確保其可以處于穩(wěn)定的運(yùn)行狀態(tài)。除此以外，垂直螺旋機(jī)構(gòu)的運(yùn)行難免會(huì)出現(xiàn)因連續(xù)作業(yè)而產(chǎn)生的螺旋片磨損以及間隙增大等問題，進(jìn)而造成垂直臂震動(dòng)劇烈，影響設(shè)備使用的穩(wěn)定性。因此本文針對(duì)這一問題展開研究與計(jì)算，并圍繞垂直螺旋更換及維修制定合理的工藝方案，起到滿足螺旋卸船機(jī)垂直螺旋機(jī)構(gòu)作業(yè)需求、提高作業(yè)效率的目的。

1 螺旋卸船機(jī)的機(jī)構(gòu)組成與參數(shù)計(jì)算

1.1 機(jī)構(gòu)組成

以某船業(yè)運(yùn)輸企業(yè)為例，該企業(yè)在碼頭配備了2臺(tái)生產(chǎn)率為600 t/h的機(jī)械連續(xù)式卸船機(jī)，如圖1所示，可以實(shí)現(xiàn)1 500～70 000 dwt散貨的接卸工作。其具體的作業(yè)流程為：由卸船機(jī)將船艙內(nèi)的貨物進(jìn)行連續(xù)輸送，放置到碼頭軌道外側(cè)的皮帶輸送機(jī)上；再由輸送機(jī)、灌包設(shè)備等進(jìn)行貨物的后續(xù)處理［1］。整體作業(yè)過程由自動(dòng)控制系統(tǒng)控制，在該系統(tǒng)的操作下可以有效將一干貨物直接進(jìn)行裝車作業(yè)，進(jìn)而帶動(dòng)整體作業(yè)效率的提升［2］。機(jī)械連續(xù)式卸船機(jī)在其中發(fā)揮主要作用，同時(shí)可以滿足軌道行走、臂架旋轉(zhuǎn)、臂架俯仰、自動(dòng)取料等操作，進(jìn)而保證整體物料控制的連續(xù)性［3］。

圖1 連續(xù)式卸船機(jī)示意圖

1.2 參數(shù)計(jì)算

1.2.1 垂直螺旋生產(chǎn)率

垂直螺旋機(jī)構(gòu)作業(yè)過程中，提升高度可以在4.5 m左右，同時(shí)基于其生產(chǎn)率為600 t/h，進(jìn)而在計(jì)算過程中設(shè)定其效率為166.7 kg/s。結(jié)合上述數(shù)據(jù)對(duì)垂直螺旋提升凈功率進(jìn)行計(jì)算，N＝166.7 kg/s×4.5 m×9.8 m/s2＝7.35 kW［4］。在此基礎(chǔ)上，結(jié)合以往卸船作業(yè)的實(shí)際經(jīng)驗(yàn)來(lái)看，在對(duì)相關(guān)貨物進(jìn)行接卸時(shí)，垂直螺旋機(jī)械效率η＝7%，進(jìn)而按照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)選擇合適功率的電機(jī)。通常情況下，φ530管徑可以滿足600 t/h的生產(chǎn)率要求，然而考慮到物料容重的影響，需要在現(xiàn)在的基礎(chǔ)上進(jìn)一步減小螺旋升角與螺距。在實(shí)際計(jì)算的過程中，可以選取螺距為360、葉片直徑為φ498，工作轉(zhuǎn)速設(shè)定為370 r/min，進(jìn)而得出垂直螺旋機(jī)構(gòu)的無(wú)旋轉(zhuǎn)提升速度為1 252.9 m3/h，并且可以實(shí)現(xiàn)432 m3/h的生產(chǎn)率，由此可見螺距取360具有一定的可行性。

1.2.2 垂直螺旋軸校核

在對(duì)垂直螺旋軸進(jìn)行校核的過程中，設(shè)定垂直螺旋端軸直徑為φ75，并對(duì)抗扭截面模量進(jìn)行計(jì)算，具體的計(jì)算過程為Jn＝πd3/16＝82 835 mm3。將電機(jī)輸出軸轉(zhuǎn)速設(shè)定為329 r/min，可以求得軸工作應(yīng)力，得到σ＝M/Jn＝3.84 kg/mm2，進(jìn)而可以將穩(wěn)定區(qū)間的數(shù)據(jù)進(jìn)行提取，確定其強(qiáng)度的穩(wěn)定性，為后續(xù)拆裝及維修工藝的實(shí)施奠定基礎(chǔ)，同時(shí)提供一定數(shù)據(jù)支持［5］。

2 垂直螺旋喂料器拆裝工藝

2.1 外殼拆卸

技術(shù)人員在開展設(shè)備日常檢查的過程中，最基礎(chǔ)的環(huán)節(jié)就是觀察外殼的變形情況及進(jìn)料口的磨損情況［6］。一旦存在問題，技術(shù)人員應(yīng)第一時(shí)間進(jìn)行焊補(bǔ)。與此同時(shí)，還需要對(duì)喂料器外殼筋板進(jìn)行檢查，如圖2所示，具體的檢查內(nèi)容包括筋板脫落變形情況、定位軸等重點(diǎn)部位的磨損情況等，一旦出現(xiàn)磨損，將會(huì)直接導(dǎo)致螺旋振動(dòng)加劇，影響作業(yè)效率。

圖2 連續(xù)式卸船機(jī)喂料器外殼檢查

2.2 頂部法蘭連接

技術(shù)人員在拆卸頂部法蘭連接的過程中，需要先準(zhǔn)備規(guī)格為20 mm的厚樹脂緩沖墊片，再將其放置在地面上，若直接放置將會(huì)導(dǎo)致法蘭連接變形的情況［7］。在操作中，技術(shù)人員需要先遙控垂直螺旋放置在緩沖墊上，后第一時(shí)間進(jìn)行急停，并及時(shí)采取相應(yīng)的安全措施，保證后續(xù)拆卸工作的穩(wěn)定開展。技術(shù)人員在對(duì)聯(lián)軸節(jié)螺栓等部分進(jìn)行拆卸的時(shí)候，應(yīng)避免站立下方區(qū)域，防止高空墜物造成安全威脅。技術(shù)人員之間的通訊通過對(duì)講機(jī)進(jìn)行，上方人員應(yīng)確保在下方人員完成盤轉(zhuǎn)螺旋后再進(jìn)行拆卸，以免造成擠壓事故，對(duì)人員安全造成威脅。

2.3 懸止鋼絲繩組件安裝

技術(shù)人員在進(jìn)行懸止鋼絲繩組件安裝之前，需要先檢查鋼絲繩是否存在磨損情況，還需要對(duì)懸止板鋼結(jié)構(gòu)的使用情況進(jìn)行查看，一旦存在異常應(yīng)第一時(shí)間更換，以免造成安全事故。安裝懸止板對(duì)于其可靠性與牢固性提出了較高的要求，因此連接器件可以選用8.8級(jí)以上的高強(qiáng)度螺栓，具體安裝過程如圖3所示［8］。

圖3 鋼絲繩組件安裝示意圖

2.4 垂直螺旋拆卸

結(jié)合其作業(yè)的具體環(huán)節(jié)來(lái)看，垂直螺旋拆卸主要可以劃分為7個(gè)環(huán)節(jié)，在進(jìn)行各個(gè)環(huán)節(jié)的過程中體現(xiàn)出一定的重復(fù)性，同時(shí)需要在專人指揮下完成相關(guān)操作。這一環(huán)節(jié)中，技術(shù)人員應(yīng)關(guān)注以下要點(diǎn)：一是控制好吊車與叉車之間的安全距離，保證人員應(yīng)在作業(yè)半徑之外；二是保證螺旋懸止器安裝的穩(wěn)定性，避免出現(xiàn)虛擰的情況。

3 外殼拆裝工藝

3.1 桃形減速箱拆卸

在進(jìn)行這一作業(yè)環(huán)節(jié)的過程中，需要保證叉車叉取桃形減速機(jī)的中心軸承套部位，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)桃形減速箱的穩(wěn)定拆卸。隨后，技術(shù)人員完成外殼拆除需要將鋼絲繩與垂直螺旋鋼結(jié)構(gòu)進(jìn)行穩(wěn)定連接，避免卸船機(jī)出現(xiàn)重心偏移的情況，確保吊點(diǎn)的合理性［9］。

3.2 螺旋外殼拆吊

現(xiàn)場(chǎng)在進(jìn)行螺旋外殼拆吊的時(shí)候，需要配備2臺(tái)吊車同時(shí)配合作業(yè)，其中一臺(tái)負(fù)責(zé)外殼拆吊，另一臺(tái)吊起技術(shù)人員。為確保作業(yè)的穩(wěn)定進(jìn)行，在進(jìn)行吊裝帶、鋼絲繩連接的時(shí)候應(yīng)充分遵循相應(yīng)的吊裝要求，在完成檢修蓋板拆卸之后也需要及時(shí)借助鐵絲進(jìn)行固定，避免出現(xiàn)高空墜物的情況。技術(shù)人員開展三通外殼吊裝控制的時(shí)候，應(yīng)保證操作緩慢，同時(shí)在牽引繩的協(xié)助下控制下降路徑，避免三通外殼與供油管路接觸［10］。完成全部的外殼拆除作業(yè)后需要進(jìn)行統(tǒng)一存放、嚴(yán)格管理，避免拆卸過程出現(xiàn)碰撞、切割等情況［11］。值得注意的是，螺旋外殼拆吊的運(yùn)行狀況將直接受到螺旋緊固情況的影響，因此技術(shù)人員需要進(jìn)行定時(shí)檢查，通常情況下為每運(yùn)行100 h檢查一次。除此以外，對(duì)垂直螺旋進(jìn)行定位需要依靠軸承箱進(jìn)行，在對(duì)其進(jìn)行拆卸的時(shí)候需要可以分為4個(gè)環(huán)節(jié)。在此過程中，技術(shù)人員需要對(duì)軸承箱的晃動(dòng)間隙進(jìn)行重點(diǎn)檢查，一旦超過1.5 mm需要及時(shí)修復(fù)，避免對(duì)后續(xù)作業(yè)造成不利影響。拆裝固定卡板的時(shí)候也需要格外注意，避免外力碰撞，一旦變形將直接對(duì)螺旋外殼的基準(zhǔn)點(diǎn)造成破壞［12］。

3.3 新軸承箱組裝

開展新軸承箱組裝之前需要先進(jìn)行相應(yīng)的調(diào)試工作，注意需要先借助潤(rùn)滑劑進(jìn)行潤(rùn)滑，不經(jīng)潤(rùn)滑直接運(yùn)行很容易造成其內(nèi)部的磨損、一般情況下，軸承箱的潤(rùn)滑工作頻率為每月一次，由技術(shù)人員分別對(duì)頂部、左右兩側(cè)3個(gè)潤(rùn)滑點(diǎn)進(jìn)行注油，在一定情況下也可以取消頂部的潤(rùn)滑點(diǎn)。安裝新軸承箱需要先對(duì)其底部基礎(chǔ)面進(jìn)行打磨，為保證其接觸的嚴(yán)密性還需要用柴油清洗［13］。吊裝新軸承箱需要以3個(gè)平衡吊裝卸扣為支撐，完成安裝之后需要及時(shí)固定卡板，并確保法蘭連接的緊密性。

3.4 保險(xiǎn)扣安裝

為保證作業(yè)安全，保險(xiǎn)扣可以從原廠進(jìn)口，并將安裝壓力與脫扣壓力分別設(shè)定為73 MPa以及30 kN·m，隨后借助液壓鉗進(jìn)行安裝。國(guó)產(chǎn)保險(xiǎn)扣在使用性能上仍存在一定弊端，在實(shí)際應(yīng)用中容易出現(xiàn)損壞。

3.5 臂架螺旋作業(yè)

臂架螺旋作業(yè)最關(guān)鍵的內(nèi)容就是對(duì)人員安全性的保障，技術(shù)人員在開展頂部連接三通安裝的時(shí)候，必須先將設(shè)備進(jìn)行急停斷電，斷開臂架螺旋之后再進(jìn)入作業(yè)，同時(shí)完成相關(guān)安全標(biāo)識(shí)的設(shè)置，以保證作業(yè)的順利進(jìn)行。

3.6 螺旋外殼預(yù)裝

在進(jìn)行螺旋外殼安裝，技術(shù)人員需要先通過磨光機(jī)對(duì)連接面進(jìn)行打磨，避免其表面存在不光滑的問題，隨后對(duì)螺旋外殼進(jìn)行安裝，并借助螺栓進(jìn)行緊固。值得注意的是，針對(duì)這一環(huán)節(jié)的螺栓選擇有一定的強(qiáng)度要求，其中國(guó)產(chǎn)強(qiáng)度應(yīng)達(dá)到12.9，而進(jìn)口強(qiáng)度則需要達(dá)到8.8，確保垂直臂穩(wěn)定性的提升［14］。

3.7 螺旋外殼同心度調(diào)整

技術(shù)人員在調(diào)整螺旋外殼同心度的過程中，需要充分考慮到光照因素對(duì)測(cè)量精度的影響。因此在作業(yè)中可以事先將靶紙放在喂料器定位軸上，借助鐳射儀進(jìn)行光束投射并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行記錄，進(jìn)而根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)信息判斷螺旋外殼距離及調(diào)整方向。

3.8 螺旋外殼調(diào)整

在進(jìn)行螺旋外殼調(diào)整的過程中，需要確保測(cè)量尺位置擺放的對(duì)稱性，同時(shí)為提升測(cè)量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性，一旦其誤差范圍超過2 mm，技術(shù)人員就需要進(jìn)行調(diào)整。具體操作方法為：技術(shù)人員松開偏移方向?qū)γ娴墓潭菟ǎ{(diào)整后再將其恢復(fù)到固定位置。

4 螺旋安裝工藝

4.1 垂直螺旋預(yù)裝

在進(jìn)行垂直螺旋預(yù)裝的時(shí)候，技術(shù)人員需要對(duì)法蘭連接情況進(jìn)行檢查，并注意哈弗與螺旋銜接的平整度，平整度應(yīng)控制在2 mm以內(nèi)。若存在平整度不足的情況可以使用磨光機(jī)打磨，為后續(xù)的安裝工作做好準(zhǔn)備。

4.2 螺旋安裝工藝

螺旋安裝環(huán)節(jié)要求在叉車逐節(jié)配合的基礎(chǔ)上進(jìn)行，在此過程中，嚴(yán)禁將螺旋直接放在地上，避免出現(xiàn)變形的情況，導(dǎo)致對(duì)螺旋動(dòng)平衡造成影響。

4.3 螺旋間隙調(diào)整

技術(shù)人員在安裝喂料器外殼之前需要先對(duì)其進(jìn)行潤(rùn)滑，后對(duì)底部間隙進(jìn)行測(cè)量，保證其范圍可以控制在8～24 mm，其中間隙的最佳范圍為16～20 mm，確保其滿足疲勞強(qiáng)度要求［15］。新耐磨瓦安裝需要采取對(duì)稱的方式，安裝完成后需進(jìn)行測(cè)量。

5 結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，結(jié)合上述研究來(lái)看，垂直螺旋機(jī)構(gòu)在螺旋卸船機(jī)的具體使用情況中發(fā)揮出關(guān)鍵作用，研究致力于解決間隙、磨損等因素對(duì)卸船作業(yè)造成的不利影響。研究中創(chuàng)新性地提出垂直臂螺旋更換及維修工藝，增強(qiáng)對(duì)其結(jié)構(gòu)組成和運(yùn)行原理的了解。具體的更換過程需經(jīng)歷垂直螺旋喂料器拆裝、外殼拆裝以及螺旋安裝等多個(gè)環(huán)節(jié)，在節(jié)省螺旋卸船機(jī)停機(jī)時(shí)間、減少維修費(fèi)用投入、提升卸船作業(yè)安全系數(shù)等方面均體現(xiàn)出重要作用。除此以外，技術(shù)人員通過垂直螺旋機(jī)構(gòu)參數(shù)計(jì)算，可以為后期螺旋卸船機(jī)設(shè)備運(yùn)行改造提供準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)支持，確?？梢赃_(dá)到預(yù)期的作業(yè)目標(biāo)。