散貨碼頭堆取料機選型淺析

楊正貌 張婷

摘要：對港口散貨作業(yè)一般分為裝船碼頭和卸船碼頭，北方港口以裝船碼頭較多，南方以卸船碼頭較多。裝船碼頭主要由翻車機、堆取料機（或者堆料機；取料機）、裝船機、地面皮帶機等設(shè)備組成。在滿足工藝功能和保證每個機構(gòu)和部件安全作業(yè)要求的情況下。設(shè)備如何選型，并以最低的成本制造出滿足業(yè)主需求的機器，是十分重要的。本文主要對堆取料機選型進行研究分析。

關(guān)鍵詞：碼頭；堆取料機；選型；俯仰；走形；回轉(zhuǎn)；懸臂；斗輪；

1.堆取料機選型思路的組成部分

1.1滿足裝船碼頭工藝功能要求。

1.2保證每一個機構(gòu)、部件能最好的適其作業(yè)要求。

1.3極限有效的使用結(jié)構(gòu)材料。

1.4綜合分析機器的穩(wěn)定性。

注：還應(yīng)考慮用戶特別需求，尤其是對老港口改造或擴容，設(shè)備選型時盡量減少備件的種類，為了保證設(shè)備安全可靠適當(dāng)放大安全系數(shù)是有必要的，總之，以最小的成本，選出最合理可靠機型為目的。

2.堆取料機選型

2.1堆取料機的主要參數(shù)的確定。

2.1.1按照能力大小國內(nèi)一般可分為小型、中型、大型，具體參數(shù)如下表：

2.1.2整機外形尺寸：

整機重量是由懸臂長度和額定能力決定，懸臂長度與料堆寬度有關(guān)一般懸臂長度R=料堆寬度—10m以內(nèi)較為合理，鑒于整機穩(wěn)定性的考慮，堆取料機的，懸臂長度和軌距必須有效的匹配，一般臂長與軌距之比選為5或6，對于整機穩(wěn)定性較為合理。

2.2堆取料機俯仰機構(gòu)選型。

目前國內(nèi)俯仰機構(gòu)型式主要有兩種型式：

2.2.1蹺蹺板型式。具體如下圖

優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠；機體的尾部半徑小，并能達到完全平衡的目的。

缺點：因此種型式的俯仰機構(gòu)尾部較長，避免尾配重與煤堆干涉，因此要求左右兩側(cè)煤堆的間距較大，r的長度受到主機整體布置條件的限制，因而配重的重量大，配重對主機穩(wěn)定性起的作用不能充分發(fā)揮，主機的整體布置比較困難等缺點。比較適合小型堆取料機。

2.2.2四連桿活配重型式（黃驊港、曹妃甸國投煤碼頭等堆場大型設(shè)備均采用此種形式）。

優(yōu)點：可以大大減少配重的重量，臂架系統(tǒng)布置方便，配重對主機的穩(wěn)定性的作用有顯著效果，比較適合中型和大型堆取料機。

此種型式的配重可以放在回轉(zhuǎn)部分，也可放在俯仰裝置上，但必須在通過臂架中心線的垂直平面內(nèi)，正確設(shè)計俯仰機構(gòu)的平衡，把回轉(zhuǎn)機構(gòu)的合力作用于回轉(zhuǎn)環(huán)的中心線上，使用整機重量均勻分布在門腿上，這是非常重要的。同時在俯仰作業(yè)時使得上部結(jié)構(gòu)重心位移最小，同時設(shè)計選型時使配重到其樞軸點之間的距離值相當(dāng)于懸臂重心到其樞軸點的距離值，可以使得堆取料機在俯仰作業(yè)時使得上部結(jié)構(gòu)重心位移最小。

2.3堆取料機走行機構(gòu)選型

軌道設(shè)備走形機構(gòu)型式一般可分為：四點四腿支撐、三點支撐、三點四腿支撐（變相點支撐）三種型式。（具體如下圖）

走形機構(gòu)的選型主要根據(jù)基礎(chǔ)承載能力來選擇，并采用超靜定系統(tǒng)設(shè)計，將垂直力傳遞到軌道上。走形型式特點比較表如下

走行傳動機構(gòu)一般根據(jù)機器的迎風(fēng)表面積和規(guī)定的工作風(fēng)速至少有總輪數(shù)1/2為驅(qū)動輪，在許多場合甚至2/3為驅(qū)動輪目前普遍采用三合一（電機+制動器+減速機）有立和臥式兩種布置，輸出軸為套裝式，結(jié)構(gòu)緊湊無開式齒輪。

2.4旋轉(zhuǎn)支承型式的確定，目前用于單機設(shè)備支承有兩種型式。

由于堆取料機的回轉(zhuǎn)速度并不高（一般最大旋轉(zhuǎn)速度為0.2rpm左右），故對速度低的來講壽命影響不大，而大直徑軸承的損壞及其隨后的更換從投資費用和影響生產(chǎn)的角度來看，都要付出很高的代價，制造周期長，軸承毛坯需按大型水壓機進行鍛造安裝后需安密封嚴密，防止灰塵進入，要有良好的潤滑條件。否則會大大縮短使用壽命、最大優(yōu)點使整機重心降低受力好，穩(wěn)定（整機）好等優(yōu)點。旋轉(zhuǎn)機構(gòu)目前均采用分體式（臥式）電機+力矩聯(lián)軸節(jié)+制動器+行星減速機及立式四合一電機+力矩聯(lián)軸節(jié)+制動器+立式行星減速機。一般小型采用一個驅(qū)動裝置對于大型S/R需要兩個或兩個以上驅(qū)動裝置，對結(jié)構(gòu)受力均勻有一定好處。

2.5懸臂結(jié)構(gòu)。

2.5.1懸臂結(jié)構(gòu)型式有采用圓管斷面，維修抗扭性好，還有三角行桁架結(jié)構(gòu)板梁結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)能降低重量，從結(jié)構(gòu)力等觀點桁架比較省料從制造維修觀點，板梁結(jié)構(gòu)比較簡單，但用料較多，比桁架結(jié)構(gòu)重25%左右，在堆取料機懸臂采用板梁和桁架結(jié)構(gòu)較為合理。機器的輕巧和靈活性，隨之而的可能是共振問題，即某些構(gòu)件的應(yīng)力增大，其固有頻率接近于產(chǎn)生作業(yè)的某種頻率，知道了繞度值，認識到斗輪及其驅(qū)動機構(gòu)可能是臂架的激振機構(gòu)，因此對臂架做振動分析并且對引起共振的可能性做出評價是非常必要的。堆取料機臂架的應(yīng)力的產(chǎn)生主要是由以下幾個方面組成：①由自重載荷。（即）②控取力和物料產(chǎn)生最大可變載荷共同作用所產(chǎn)生的應(yīng)力。（即）③由極端事件（颶風(fēng)、地震或事故塌方等）所導(dǎo)致偶然載荷。（即）

這樣設(shè)計應(yīng)力為屈服強度80%-90%，而自重載荷產(chǎn)生的應(yīng)力是屈服強度的60%。

參照FEM（散貨連續(xù)裝卸機械設(shè)計規(guī)范）載荷組合表④疲勞比較設(shè)計，目前對受疲勞的結(jié)構(gòu)的設(shè)計是允許一定的應(yīng)力范圍內(nèi)，該范圍取決于循環(huán)次數(shù)，應(yīng)用最廣的結(jié)構(gòu)鋼表現(xiàn)出明顯弱點，由于疲勞強度的減少是由表面缺陷和引入接頭所致（如黃驊港司機室掉落）。

2.6斗輪的結(jié)構(gòu)與驅(qū)動方式（結(jié)構(gòu)型式及主要參數(shù)確定）

2.6.1斗輪可分為有格式與無格式兩種型式。

（1）有格式斗輪主要用于礦石。

（2）無格式斗輪一般用煤炭，不適用粘性物料，因為斗和環(huán)形空間物料過量壓向環(huán)形槽（圓弧板）很可能會使粘性物料硬結(jié)。

無格式斗輪比有格式斗輪速度快，但由于圓弧板之間摩擦力，因此功率大約是有格式斗輪的2倍。

2.6.2斗輪速度確定

由于重力卸料，對挖取速度及控取阻力選定有一定要求，極限速度 其中r是斗輪切割圓的半徑，g為重力加速，此時為理論控取速度實際是達不到，據(jù)有關(guān)資料當(dāng)工作條件良好時，無格式（開式斗輪）斗輪的實際達到的最高控取速度為理論極限速度的50%左右，對粘性物料挖取速度更降低：

有格斗輪V=（0.25-0.31）F

無格式斗輪 V1=（0.33-0.51）F1

當(dāng)物料為常規(guī)煤種時

無格式斗輪V=（0.38-0.51）F

當(dāng)物料為礦石時

有格式斗輪V1=（0.33-0.46）F1

斗輪到達前臂架皮帶機的最終卸出有一定的時間限制，接近2S-3S，為確保散料卸清斗輪必須有足夠的慢的速度旋轉(zhuǎn)，以使斗子里料有充裕時間到達卸料槽。

挖取阻力選定W=煤x （煤=15.5kg/cm ，礦石=30kg/cm）。

2.6.3斗輪驅(qū)動一般有兩種方式：

①電機+液力耦合器、行星減速機等組成。

②低速大扭距液壓馬達。

液壓驅(qū)動結(jié)構(gòu)形式簡單整機布置合理，運行故障少過載保護性能得到很好的改善。

由于液壓系統(tǒng)平穩(wěn)，慣性非常?。ㄆ?停）及反轉(zhuǎn)對驅(qū)動無影響沖擊力小等優(yōu)點。

省掉減速機直接安裝在被動軸上，體積?。ňo湊）重量輕，噪音低安裝方便，不用對中或其他設(shè)計安裝設(shè)備維護工作量小，液壓驅(qū)動整機重量可減輕約60t-70t（動力站5.5t+液壓馬達7t）=12.5t機械驅(qū)動（電機4.6t+行星減速機11.5t+液力耦合器2t）=18t設(shè)計簡單內(nèi)曲線徑向柱塞式，是一個平衡無死區(qū)的設(shè)計內(nèi)部配件只滾動運作，沒有線性摩擦，效率高，啟動扭力大，工作穩(wěn)定最低速度可為零。

2.6.4斗輪軸為通軸（長軸）與半軸優(yōu)缺點比較如下：

減小偏心扭矩辦法

①斗輪驅(qū)動采用液壓馬達（低速大扭矩）比機械驅(qū)動偏心載荷小得多

②將司機室布置在斗輪另一側(cè)

③懸臂中心向斗輪另一側(cè)偏一點角度

④斗輪在水平面上向另一側(cè)傾斜。

3.結(jié)語

在滿足工藝功能和保證每個機構(gòu)和部件安全作業(yè)要求的情況下，按照上述方式選出最合理可靠機型，并以最低的成本制造出滿足業(yè)主需求的機器，不僅給同類的堆取料機選型提供借鑒，而且有重要的理論和實踐指導(dǎo)意義，值得在港口單機設(shè)備中推廣應(yīng)用。

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