回轉俯仰式散料輸送設備稱重和重心位置求解

黃振國

華電重工股份有限公司

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回轉俯仰式散料輸送設備稱重和重心位置求解

黃振國

華電重工股份有限公司

散料輸送設備安裝后須測量設備重量和重心位置。由于設備整體稱重無法得到下部固定結構和上部轉臺及俯仰結構的重量精確值，只能按理論統(tǒng)計推算獲取比較粗糙的重心位置數(shù)據(jù)。本文提出一種可以精確求取回轉俯仰式散料輸送設備上、下部分重量及其重心位置的思路和計算方法。

散料輸送設備; 回轉; 俯仰; 稱重; 重心

DOI： 10.3963/j.issn.1000-8969.2016.04.003

1　前言

散料輸送設備諸如斗輪機、堆料機等安裝結束后，由于缺少對設備重量的稱重環(huán)節(jié)，設計者難以獲得設備竣工時的真實重量數(shù)據(jù)，也就無法對整機的重心數(shù)據(jù)進行計算驗證?，F(xiàn)有手段主要依靠純粹的理論統(tǒng)計計算，然而根據(jù)實際工程經(jīng)驗，設備竣工的重量往往會超出理論設計值。過去測量上部俯仰重心位置用的較多的方法是接地力測定[1]，但各廠家設備機型和出力不同，業(yè)內(nèi)很難去規(guī)定具體的數(shù)值，另外此方法中用于計算的上部結構重量數(shù)據(jù)也是基于圖紙理論統(tǒng)計的，因此獲取的數(shù)據(jù)不太精確。

近年來在執(zhí)行海外項目過程中，依據(jù)國外標準如FEM、AS的要求，在設備安裝完畢后，需對設備進行稱重并校核重量是否會超過許用誤差以驗證設計，使得設計成為一種閉環(huán)控制。因此稱重是設計者了解設備竣工狀態(tài)的一種重要手段。

2　稱重

目前獲取設備準確重量最有效的方法就是將設備用千斤頂進行頂升，用稱重傳感器單元測量數(shù)據(jù)。對稱重傳感器單元的精度值要控制在±1%以內(nèi)，校準越精確越好。

下部結構若為四支點剛性結構，可對一側軌道的兩個支腿進行稱重以獲取較為準確的數(shù)據(jù)；下部結構若為三支點結構，可對單個支點進行稱重。

在過去執(zhí)行的幾個海外項目中，稱重僅被執(zhí)行為安裝結束后的整機稱重。在后來的平衡調試中發(fā)現(xiàn)，這樣稱重僅獲得整機的重量，無法獲取下部、上部轉臺及俯仰系統(tǒng)的重量，進而無法求取重心的高度坐標。且在俯仰平衡調試中，只能依靠液壓系統(tǒng)對俯仰范圍內(nèi)油缸力的測繪，與理論設計值比較，得出一個基于理論值的配重調整值。顯然，這樣的結果離精確值仍有差距。

為了改善這一狀況，建議在以下兩個階段也進行稱重：①安裝下部及附屬結構完畢；②安裝轉臺及附屬結構完畢。通過這兩次稱重數(shù)據(jù)和整機稱重，我們就可獲取準確的三部分重量數(shù)據(jù)，用以分析各自及整機重心位置。

3　重量和重心計算

3.1坐標系建立

為了分析三部分的重心位置，可建立如圖1、圖2、圖3所示的坐標系。

圖1　下部結構坐標系

圖2　上部結構坐標系

圖3　俯仰系統(tǒng)坐標系

本文以四支點結構作為研究對象，三支點可類似處理。

3.2參數(shù)定義及坐標系轉換

計算參數(shù)定義：G為整機重量；G1為下部結構重量；G2為轉臺結構重量；G2′為上部結構重量；G3為俯仰系統(tǒng)重量。

(x1,y1,z1)為下部結構重心位置；(x2,y2,z2)為轉臺結構重心位置；(x3,y3,z3)為俯仰系統(tǒng)重心位置；(x2′,y2′,z2′)為上部結構重心位置。

e1為回轉中心到支點形心的距離；e2為俯仰鉸點到回轉中心的距離；h1為回轉大軸承中心到軌面高度；h2為俯仰鉸點到回轉大軸承中心距離。

FA，F(xiàn)B，F(xiàn)C，F(xiàn)D為各支腿力的測量值。

R1，R2，R3為 坐標系1、2、3中重心在XY平面內(nèi)的極徑。

θ1，θ2，θ3為坐標系1、2、3中重心在XY平面內(nèi)的極角。

ρ為坐標系3中俯仰重心的極徑。

φ為坐標系3中俯仰重心的極角(極徑與XY平面夾角)。

β為測試時俯仰從初始位置變化的角度值。

a為一側軌道上兩支腿距離一半;b為軌距一半。

坐標系2與坐標系1之間的轉換關系：

(1)

坐標系3與坐標系1之間的轉換關系：

(2)

坐標系2,3之間的轉換關系

(3)

3.3重心計算

通過第1次安裝下部及附屬結構完畢的稱重，可以獲得G1值和FA1、FB1、FC1、FD1值。按極坐標法，由式(4)、(5)可以求出下部重心的x1、y1值，z1只能通過三維模型軟件中鋼結構部分的重心高度和編制相應excel表格統(tǒng)計其他部件求得較為準確的值。

(4)

由圖1可得以下關系式：

(5)

通過第2次安裝轉臺及附屬結構完畢的稱重，可以獲得G2值和FA2、FB2、FC2、FD2值。同樣按極坐標法，由式(6)、(7)可以求出轉臺重心的x2、y2值，z2同上也只能通過三維軟件中鋼結構部分重心高度和編制相應excel表格統(tǒng)計求得較為準確的值。

(6)

由圖1、圖2可得以下關系式：

(7)

整機稱重可選取臂架垂直軌道時臂架俯仰角度水平和上仰β角度2個狀態(tài)。在臂架俯仰水平狀態(tài)下可獲得G2′值和FA2′、FB2′、FC2′、FD2′值。同樣按照極坐標法，由式(8)、(9)可以求出可以求得上部結構重心的x2′、y2′值，z2′需待z3求得后推出。

(8)

由圖1、圖2可得以下關系式：

(9)

同理再測得下俯和上仰極限位置的支腿力，可計算出相應的x2′和y2′值并繪制上部回轉結構在自重下的重心變化趨勢。

通過臂架水平狀態(tài)下可獲得G3值和FA3、FB3、FC3、FD3值。通過臂架上仰β角度狀態(tài)下可獲得G3′值和FA3′、FB3′、FC3′、FD3′值。同樣按極坐標法，由式(10)、(15)可以求出兩種狀態(tài)下俯仰系統(tǒng)重心的x3、y3、z3值。

(1)臂架水平狀態(tài)

(10)

由圖1、圖2、圖3可得以下關系式：

(11)

(2)臂架上仰β角度狀態(tài)

(12)

由圖1、圖2、圖3可得以下關系式：

(13)

通過以上步驟可求得式(10)和式(12)中R3和R3′值，并可得下式：

(14)

求得φ值后，代入式(10)或式(12)，即可求出ρ值，依據(jù)式(10)可求z3。z2′可按下式求得

(15)

綜上，在各部分重心位置求得后，可在坐標系1中按下式計算整機臂架水平且垂直軌道狀態(tài)的重心位置(x,y,z)。同理臂架其他狀態(tài)下也可類似處理。

(16)

4　結語

通過改善稱重方案能獲得比較精確的設備重量，設計者可以根據(jù)預先編制完整的excel表格迅速計算出設備的重心位置，為后續(xù)設計驗證提供較為精確的數(shù)據(jù)。

[1]衣萬,張志明,史學佳. 塔架式斗輪堆取料機俯仰系統(tǒng)重心位置的測定與分析[J].起重運輸機械 2002(8)：16～17.

A Novel Solution of Weighting and Gravity Center for the Rotary Pitching Equipment Conveying Bulk Material

Huang Zhenguo

Huadian Heavy Industries Co., Ltd.

Measurement of the weight and the gravity center is important when installing the bulk material conveying equipment. Since it is hard to obtain the accurate weights of bottom mounting structure, superior turntable and pitch structure correspondingly by directly weighing the whole equipment, gravity position data of these parts are usually crudely achieved by theoretical statistic calculation. In order to solve this problem, this paper proposes a calculating method to accurately acquire the weight and the gravity center of upper and lower parts of the rotary pitching equipment conveying bulk material .

Bulk material handling equipment; rotation; pitch; weighting; gravity center

2016-03-18

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.04.004

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