基于連續(xù)卸煤條件下的卸船機(jī)給料系統(tǒng)振動分析

張圣，周富春

基于連續(xù)卸煤條件下的卸船機(jī)給料系統(tǒng)振動分析

張圣，周富春

（國家電力公司水電施工設(shè)備質(zhì)量檢驗測試中心，浙江杭州310030）

分析了橋式抓斗卸船機(jī)在不同生產(chǎn)率工況下，振動給料機(jī)及下部鋼結(jié)構(gòu)振動情況，探討了下部鋼結(jié)構(gòu)振動與振動給料機(jī)振動之間的關(guān)系，對卸船機(jī)振動給料系統(tǒng)的振動特性進(jìn)行了深入分析。

連續(xù)卸煤；振動給料系統(tǒng)；振動分析；橋式抓斗卸船機(jī)

0 引言

抓斗卸船機(jī)是用來將大量固態(tài)貨物從船艙運至碼頭上的煤料傳送帶上的機(jī)械。而橋式抓斗卸船機(jī)主要用于散貨船的卸船作業(yè),由于其較高的轉(zhuǎn)運能力,目前已經(jīng)成為國內(nèi)外各大型散貨港口的主要卸船設(shè)備。給料系統(tǒng)是橋式抓斗卸船機(jī)的主要的核心構(gòu)成之一，主要包括振動給料器、給料皮帶、料斗門、轉(zhuǎn)換皮帶、料斗及格柵等。以華電某儲運公司的2100t/h橋式卸船機(jī)為例。在日常運行過程中發(fā)現(xiàn)，該設(shè)備在連續(xù)卸煤作業(yè)工況下，振動給料機(jī)工作時，卸船機(jī)下部鋼結(jié)構(gòu)會產(chǎn)生一定程度的振動。發(fā)生振動時，操作人員反饋在卸船機(jī)下部鋼結(jié)構(gòu)上亦感受較為明顯，振動強烈時，可影響正常的操作。

1 卸船機(jī)給料系統(tǒng)工作流程

卸船機(jī)給料系用工作流程為：抓斗從船艙抓取物料；起升機(jī)構(gòu)將抓斗提升到一定高度，小車從船艙向料斗方向移動；抓斗位于料斗的正上方打開；物料落人料斗內(nèi)，并從料斗出口落到振動給料器中；振動給料器通過振動將物料連續(xù)均勻地送到給料皮帶機(jī)上。

2 結(jié)構(gòu)振動測試

為了解卸船機(jī)下部鋼結(jié)構(gòu)振動的情況，分析振動產(chǎn)生的原因，本次研究采用鋼結(jié)構(gòu)振動測試的方式，針對該設(shè)備的結(jié)構(gòu)特點，在卸船機(jī)振動給料機(jī)及卸船機(jī)下部鋼結(jié)構(gòu)，布置了11個拾振測點（如圖1所示），圖上括號內(nèi)為對稱部位測點。主要測試卸船機(jī)在實際卸煤作業(yè)時，卸船機(jī)在不同生產(chǎn)率工況下，振動給料機(jī)及下部鋼結(jié)構(gòu)振動情況。通過對振動測試結(jié)果時域、頻域的分析，確定鋼結(jié)構(gòu)振動的大??；分析下部鋼結(jié)構(gòu)振動與振動給料機(jī)振動之間的關(guān)系；分析下部鋼結(jié)構(gòu)振動的原因、性質(zhì)，判斷卸船機(jī)下部鋼結(jié)構(gòu)是否發(fā)生共振現(xiàn)象。

圖1 拾振測點示意圖

測試內(nèi)容主要分為兩部分：結(jié)構(gòu)振動測試和結(jié)構(gòu)固有頻率測試。

2.1 結(jié)構(gòu)振動測試

測試工況如下：

（1）卸船機(jī)處于實際卸煤狀態(tài)，生產(chǎn)率基本在1000t/h。

（2）卸船機(jī)處于實際卸煤狀態(tài)，生產(chǎn)率基本在1500t/h。

（3）卸船機(jī)處于實際卸煤狀態(tài)，生產(chǎn)率基本在2000t/h。

分別測試各測點在上述相應(yīng)工況下的振動數(shù)據(jù)，見表1。振動測試方向以海陸方向為主，部分測點進(jìn)行垂直及大車行走方向振動測試。

因現(xiàn)場條件限制，部分測點測試了其中的兩個工況。

2.2 結(jié)構(gòu)固有頻率測試

當(dāng)卸船機(jī)處于靜止?fàn)顟B(tài)時，在測點9部位施加一定大小的海陸方向側(cè)向力，然后突然釋放側(cè)向力，使結(jié)構(gòu)進(jìn)行自由衰減振動，直至靜止?fàn)顟B(tài)。記錄此過程中，測點9處結(jié)構(gòu)振動數(shù)據(jù)，通過對此自由衰減振動頻譜進(jìn)行分析，確定結(jié)構(gòu)的固有頻率。

3 結(jié)構(gòu)振動分析

卸船機(jī)下部鋼結(jié)構(gòu)振動測試結(jié)果見表1。

3.1 整體振動分析

經(jīng)對測試結(jié)果的振動波形及振動頻譜研究、分析后，可以確定，各測點的振動基本上由2部分振動合成。下面以測點1在1000t/h生產(chǎn)率下的振動數(shù)據(jù)為例進(jìn)行分析，其它各測點、各生產(chǎn)率下振動數(shù)據(jù)基本類似。測點1的振動波形及頻譜如圖2-圖4所示。

表1 卸船機(jī)振動測試結(jié)果

3.1.1整機(jī)振動（晃動）

從圖2可以看出，測點1的振動位移波形存在一個明顯的低頻振動。此振動是因抓斗抓煤作業(yè)產(chǎn)生的卸船機(jī)整機(jī)振動，平時稱其為卸船機(jī)“晃動”，一般此類整機(jī)振動（晃動）頻率較低、幅度相對較大。通過對測點7、測點8海陸方向與大車方向振動數(shù)據(jù)的比對，可以確定，整機(jī)振動（晃動）主要沿海陸方向。

在此次測試中，#3卸船機(jī)下部測點的整機(jī)振動（晃動）幅度（p-p值）在2-19m m之間，其大小受抓斗抓煤、卸煤作業(yè)時的操控方式影響較大。所以，振動幅值變化較大。從圖4的頻譜圖中可以看出，整機(jī)振動頻率較低，為0.8H z。

3.1.2給料機(jī)引起的振動

從圖3的振動波形中可以看出，在測點1的整機(jī)振動（晃動）位移波形上，疊加了一個振幅（p-p值）相對較?。?.6m m）、頻率相對較高（8.9H z）的振動波形。此振動基本由振動給料機(jī)振動引起，振動振幅相對穩(wěn)定。振動頻率相對整機(jī)晃動頻率高很多，其頻率隨生產(chǎn)率的變化而變化。

3.2 給料機(jī)對下部鋼結(jié)構(gòu)的振動分析

振動分析主要包括以下幾個方面內(nèi)容：1）振源的分析；2）振動方向分析；3）振動幅度、頻率分析；4）結(jié)構(gòu)固有頻率分析；5）結(jié)構(gòu)共振分析。

因時間及船艙煤量關(guān)系，振動測試在不同的時段進(jìn)行了多次測試。每個測試時段內(nèi)，生產(chǎn)率不做調(diào)整，各測點振動測試時生產(chǎn)率相同。不同的測試時段之間，生產(chǎn)率進(jìn)行過調(diào)整，即使某2個測試時段，生產(chǎn)率值相同，但因時滯、誤差等因素，實際振動給料機(jī)的振動速度并不相同，從而可能造成振動測試結(jié)果的頻譜也不相同。例如，在測試“時段5”，生產(chǎn)率為1000t/h，各測點振動頻率為6.5H z。但在測試“時段1”，生產(chǎn)率同為1000t/h，各測點振動頻率為8.9H z。由此導(dǎo)致的數(shù)據(jù)差異對結(jié)果的分析基本沒有影響。

圖2 測點1整機(jī)晃動位移波形（1000t/h生產(chǎn)率）

3.2.1振源分析

從測試結(jié)果表1可以看出，各測點在不同生產(chǎn)率下的振動頻率與振動給料機(jī)的振動頻率（測點10）完全相同。

卸船機(jī)生產(chǎn)率提高，振動給料機(jī)的振動頻率相應(yīng)提高，反之降低。當(dāng)卸船機(jī)生產(chǎn)率分別在1000t/h、1500t/h、2000t/h時，振動給料機(jī)的振動頻率（測點10）相應(yīng)為8.9H z、11.3H z、13.6H z，各測點的振動頻率跟隨振動給料機(jī)的頻率同步變化，且相同。這說明振動給料機(jī)就是這些測點部位振動的激勵源。因此，卸船機(jī)下部鋼結(jié)構(gòu)的振動是在振動給料機(jī)激勵下的受迫振動。

圖3 測點1給料機(jī)引起的振動波形

圖4 測點1振動的頻譜（1000t/h生產(chǎn)率）

3.2.2振動方向分析

從測點7、測點8在1000t/h生產(chǎn)率下，海陸方向與大車方向振動數(shù)據(jù)比對可以看出，在海陸方向，存在振幅為0.2-0.3m m，頻率為8.9H z由振動給料機(jī)引起的振動。而大車方向振動數(shù)據(jù)，通過頻譜分析，基本無此類振動。

從測點3及測點9海陸方向與垂直方向振動數(shù)據(jù)比對可以看出，測點3海陸方向振幅0.4m m，垂直方向只有0.1m m；測點9海陸方向振幅在1.2m m左右，而垂直方向只有0.2m m左右。垂直方向振動幅值遠(yuǎn)小于海陸方向。

因此，振動給料機(jī)引起的振動主要為海陸方向，這與振動給料機(jī)機(jī)械振動方向為海陸方向也是一致的。

3.2.3振動幅值、頻率分析

測試結(jié)果表1中可以看出，振動給料機(jī)引起的振動振幅（p-p值）基本在0.2-1.2m m之間。測點3至測點8振動幅度相對較小，在0.2-0.4m m之間；測點9（樓梯下部）振動最大，為1.2m m。各測點部位振動大小相對穩(wěn)定，基本不隨生產(chǎn)率的變化而變化。

各測點的振動頻率與振動給料機(jī)振動頻率（測點10）變化同步，且大小相同，隨生產(chǎn)率的提升而提高，反之降低。在生產(chǎn)率分別為1000t/h、1500t/h、2000t/h時，各測點的振動頻率相應(yīng)為6.5H z（8.9H z）、11.3H z、13.6H z（13.9H z、14.3H z），括號內(nèi)的頻率為相同生產(chǎn)率，不同時段測試結(jié)果的頻率。

振動給料機(jī)（測點10）的振動頻率隨生產(chǎn)率變化而調(diào)整變化，生產(chǎn)率在1000-2000t/h之間變化時，其對應(yīng)振動頻率在6.5-14.3H z之間變化。振動振幅基本保持在10m m左右不變，這是由振動給料機(jī)的振動發(fā)生機(jī)械結(jié)構(gòu)所決定的。

圖5 自由衰減振動位移波形

圖6 自由衰減振動頻譜

圖7 測點3振幅頻率變化曲線

圖8 測點9振幅頻率變化曲線

3.2.4 結(jié)構(gòu)固有頻率分析

通過對結(jié)構(gòu)自由衰減振動測試，獲取了“測點9”處結(jié)構(gòu)自由衰減振動波形及頻譜，結(jié)果如圖5、圖6所示。

從圖5的振動位移波形圖中，可以看見明顯的自由衰減振動過程，從圖6的自由衰減振動頻譜可以確定結(jié)構(gòu)的固有振動頻率為5.5H z。

3.2.5振動共振分析

當(dāng)結(jié)構(gòu)振動的固有頻率與振動激勵源的頻率一致時，結(jié)構(gòu)就會發(fā)生共振。

從“3.2.4結(jié)構(gòu)固有頻率分析”章節(jié)中，可以確定所測部位鋼結(jié)構(gòu)的固有頻率為5.5H z。卸船機(jī)在1000t/h、1500t/h、2000t/h生產(chǎn)率時，振動給料機(jī)的振動頻率分別為8.9H z、11.3H z、13.6H z，均高于所測結(jié)構(gòu)的固有頻率，且相差較大。因此所測部位鋼結(jié)構(gòu)的振動，是受振動給料機(jī)振動激勵的受迫振動，未發(fā)生共振現(xiàn)象。

當(dāng)振動激勵源的頻率從低到高（或從高到低）變化時，當(dāng)激振頻率處于結(jié)構(gòu)共振點，結(jié)構(gòu)就會發(fā)生共振現(xiàn)象，此時結(jié)構(gòu)振幅就會激增。

從圖7、圖8測點振幅頻率曲線可以看出，測點3及測點9在1000t/h、1500t/h、2000t/h生產(chǎn)率，即振動給料機(jī)振動頻率（激勵頻率）分別為8.9H z、11.3H z、13.6H z時，海陸方向振幅變化不大，未出現(xiàn)振幅激增現(xiàn)象，可以判斷所測部位鋼結(jié)構(gòu)沒有發(fā)生共振現(xiàn)象。

通過上述分析可知，卸船機(jī)在1000t/h、1500t/h、2000t/h生產(chǎn)率時，下部鋼結(jié)構(gòu)在振動給料機(jī)激勵下未發(fā)生結(jié)構(gòu)共振現(xiàn)象。

4 結(jié)語

通過對卸船機(jī)下部鋼結(jié)構(gòu)及振動給料系統(tǒng)采用振動測試的方法，分析了卸船機(jī)在不同生產(chǎn)率工況下，振動給料機(jī)及下部鋼結(jié)構(gòu)振動情況，同時通過對結(jié)果進(jìn)行時域、頻域的分析，確定了鋼結(jié)構(gòu)振動的大小，探討了下部鋼結(jié)構(gòu)振動與振動給料機(jī)振動之間的關(guān)系，對卸船機(jī)振動給料系統(tǒng)的振動特性進(jìn)行了深入解讀。

[1]GBT18224-2008,橋式抓斗卸船機(jī)安全規(guī)程[S].

[2]GB3811-83，起重設(shè)計規(guī)范[S].

[3]機(jī)械設(shè)計手冊編委會.機(jī)械設(shè)計手冊[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社,2004.

修回日期：2017-02-13

加快煤電去產(chǎn)能規(guī)范自備電廠管理

應(yīng)綜合施策推進(jìn)煤電去產(chǎn)能，把東中部地區(qū)作為煤電去產(chǎn)能重點，將煤電去產(chǎn)能與優(yōu)化布局相結(jié)合，通過建立機(jī)制加快煤電去產(chǎn)能，嚴(yán)格規(guī)范自備燃煤電廠管理。

我國能源稟賦以煤炭為主，占能源消費總量的63%左右，大氣主要污染物中約80%的二氧化硫、60%的氮氧化物、50%的細(xì)顆粒物來源于煤炭燃燒。煤電是我國的主力電源，據(jù)統(tǒng)計，截至2016年年底，煤電裝機(jī)容量達(dá)到10.5億千瓦，占電源總裝機(jī)的64%，2016年煤電發(fā)電量4.3億千瓦時，占全社會總用電量的72.4%。而且，我國75%的煤電裝機(jī)集中在資源匱乏、人口密集的東中部地區(qū)，帶來嚴(yán)重霧霾和煤炭運輸壓力。

全國政協(xié)委員、國家電網(wǎng)公司辦公廳主任張寧介紹說，近年來我國企業(yè)自備燃煤電廠發(fā)展迅猛，國家電網(wǎng)公司經(jīng)營區(qū)域自備燃煤電廠裝機(jī)年增速達(dá)15.7%，高出燃煤公用電廠裝機(jī)增速10個百分點。高耗能企業(yè)大量建設(shè)自備燃煤機(jī)組，不僅加劇了煤電產(chǎn)能過剩，增加了大氣污染治理的難度，而且助推了鋼鐵、電解鋁等產(chǎn)能過剩。

習(xí)近平總書記提出推進(jìn)能源“四個革命”重大戰(zhàn)略部署，為我國煤電發(fā)展指明方向：一是要控制煤炭消費總量，抑制煤電增速，緩解產(chǎn)能過剩;二是要大力推進(jìn)煤電機(jī)組產(chǎn)能升級和節(jié)能減排改造，推動煤電高效、清潔利用;三是要積極服務(wù)清潔能源發(fā)展，為大電網(wǎng)做好調(diào)峰等系統(tǒng)支撐。張寧認(rèn)為，為了貫徹好習(xí)近平總書記的指示要求，推動清潔能源發(fā)展、綠色發(fā)展，應(yīng)綜合施策推進(jìn)煤電去產(chǎn)能。

張寧建議，把東中部地區(qū)作為煤電去產(chǎn)能重點，下決心停建東中部煤電，在運煤電機(jī)組應(yīng)減少發(fā)電并有計劃關(guān)停一部分，新增電力需求主要由西部北部地區(qū)的清潔能源送入解決;將煤電去產(chǎn)能與優(yōu)化布局相結(jié)合，有序推進(jìn)西部北部煤電基地集約開發(fā)，發(fā)揮特高壓電網(wǎng)大范圍配置資源的作用，實現(xiàn)風(fēng)電、太陽能發(fā)電與煤電打捆外送，擴(kuò)大“西電東送”、“北電南送”規(guī)模，促進(jìn)清潔能源發(fā)展和西部大開發(fā)。

在機(jī)制建立方面，張寧建議加快構(gòu)建全國統(tǒng)一電力市場，完善電價機(jī)制、交易機(jī)制和利益補償機(jī)制，促進(jìn)跨區(qū)跨省電力交易;開展節(jié)能調(diào)度，擴(kuò)大煤電與清潔能源電量置換規(guī)模，逐步壓減燃煤電量。嚴(yán)格規(guī)范自備燃煤電廠管理。同時，應(yīng)由國家相關(guān)部門組織，統(tǒng)籌開展自備燃煤電廠運行、能效、環(huán)保等方面的監(jiān)督檢查，違規(guī)的及時督促關(guān)停整改，已投運的自備燃煤發(fā)電機(jī)組應(yīng)并網(wǎng)運行并服從電網(wǎng)統(tǒng)一調(diào)度，承擔(dān)公用電廠調(diào)峰和交叉補貼義務(wù)，并將相關(guān)結(jié)果納入政府和金融征信體系。

（摘自“北極星電力網(wǎng)”）

Vibration Analysis of Ship Unloader's Feeding System Based on Continuous Unloading Coal

ZHANG Sheng，ZHOU Fu-chun
（State Power Corporation of hydropower construction quality and Testing Center，Hangzhou 310030，China）

The vibration ofthe vibrating feeder and the low er steelstructure are analysised，in differentproduction conditions ofthe bridge type grab ship unloader.Then the relationship betw een the vibration ofthe low ersteelstructure and the vibration of the feeder is explored.The vibration characteristics of the ship unloader's feeding system are deeply interpreted.

continuous unloading coal；vibrating feeder system；vibration analysising；bridge type grab ship unloader

U 653.928+1

B

2095-3429（2017）01-0039-05

2016-09-10

張圣（1986-），男，浙江杭州人，本科，助理工程師，主要從事起重設(shè)備金屬結(jié)構(gòu)檢測及安全和質(zhì)量評估工作。

D O I：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.01.009