取料機(jī)整機(jī)配重調(diào)平技術(shù)

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1 引言

斗輪取料機(jī)在工作性變幅機(jī)構(gòu)中普遍采用配重，其主要作用有：減少俯仰機(jī)構(gòu)液壓缸的受力、減少俯仰電機(jī)的功率、調(diào)整回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以上部分重心的位置、減少重心移動(dòng)所造成的能量消耗并防止過(guò)載或大風(fēng)作用下的傾覆可能[1-2]。

煤五期取料機(jī)經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的運(yùn)行維護(hù)，出現(xiàn)懸臂接地力增大的情況，這些不利因素帶來(lái)了臂架提升困難、臂架自降、油缸泄露等許多問(wèn)題，嚴(yán)重影響生產(chǎn)。為解決上述問(wèn)題，通過(guò)測(cè)量計(jì)算液壓缸受力，即間接校核接地力的方法來(lái)調(diào)整配重，取得了良好的效果。

2 技術(shù)方案對(duì)比

配重進(jìn)行調(diào)整測(cè)量的方法有3種：

(1)將液壓千斤頂放置在懸臂頭部的底部，邊加活配重邊測(cè)量千斤頂有壓腔的油壓，通過(guò)液壓油壓強(qiáng)換算成其所提供的支持力即為懸臂的接地壓力。接地壓力值由設(shè)計(jì)提供，在測(cè)量前應(yīng)將俯仰油缸脫開(kāi)保證其不受力。

(2)用帶有重量傳感器的吊車將懸臂頭部吊起，邊加活配重邊讀出所受到的拉力即為懸臂的接地壓力。在測(cè)量前應(yīng)將俯仰油缸脫開(kāi)保證其不受力。

(3)若變幅機(jī)構(gòu)是使用液壓油缸驅(qū)動(dòng)的，通過(guò)油缸受力情況即在不同角度時(shí)液壓缸無(wú)桿腔與有桿腔之間的壓力差來(lái)確定變幅機(jī)構(gòu)的平衡情況。該種測(cè)量方法需要設(shè)計(jì)提供全俯仰范圍內(nèi)的液壓缸受力曲線圖，或提供水平俯仰、最高點(diǎn)俯仰、最低點(diǎn)3點(diǎn)的油缸受力值[3]。

通過(guò)查閱相關(guān)資料進(jìn)行比對(duì)，油缸壓力測(cè)量方法得到的測(cè)量值最為準(zhǔn)確，測(cè)量方式也最為便捷，可以方便地在不同的角度進(jìn)行測(cè)量，且不需要任何額外的測(cè)量工具，只需在給油缸供油的液壓站讀出有桿腔、無(wú)桿腔的壓力并通過(guò)換算即可[4]。因此，決定選用油缸壓力測(cè)量方案作為本次整機(jī)平衡的測(cè)試方案。

3 接地力計(jì)算分析

測(cè)量時(shí)，技術(shù)人員對(duì)液壓缸和液壓系統(tǒng)進(jìn)行細(xì)致檢查，確定液壓缸、液壓系統(tǒng)完好，液壓缸上下腔充滿液壓油并排凈空氣，然后啟動(dòng)液壓系統(tǒng)，分別測(cè)量懸臂水平狀態(tài)下上、下腔系統(tǒng)壓力，進(jìn)行輪斗中心接地力相對(duì)于液壓缸受力的換算[5]。液壓缸受力計(jì)算公式為：

Nr=n[PaπD2/4-Pbπ(D2-d2)/4]

(1)

式中，D為液壓缸內(nèi)腔直徑，D=360 mm；d為活塞桿直徑，d=250 mm；Pa為有桿腔壓力；Pb為無(wú)桿腔壓力；Nr為俯仰液壓缸在一定俯仰角度所受到的力，當(dāng)Nr大于0時(shí)表示液壓缸受壓，當(dāng)Nr小于0表示液壓缸受拉；n為液壓缸數(shù)量，n=2。

煤五期取料機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖見(jiàn)圖1。取料機(jī)配重安裝狀態(tài)應(yīng)使懸皮處于最低點(diǎn)位置，因此接地力也應(yīng)該在最低點(diǎn)位置測(cè)量。接地力N1與油缸處所需推力N2以及配重P的關(guān)系為:

N2=N1L1/L4

(2)

P=N1L1/L5

(3)

圖1 取料機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)上部結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

根據(jù)圖紙資料和R14-2取料機(jī)俯仰油缸空載壓力值可得，大臂在最低點(diǎn)時(shí)斗輪接地力約為16.3 t，為R12-2斗輪接地力的1.5倍，過(guò)大的斗輪接地力存在一定的安全隱患。通過(guò)接地力計(jì)算，若想將R14-2斗輪接地力降低至12 t左右，需要增加25 t配重。

4 配重三腳架鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析

對(duì)R14-2取料機(jī)配重三腳架進(jìn)行了鋼結(jié)構(gòu)應(yīng)力分析。主臂上仰角度3.8°，配重增加后總重309 t，讀取中拉桿處節(jié)點(diǎn)約束反力值，推算出中拉桿總的拉力為7 327 690 N。

配重增加至330 t，俯仰3.8°時(shí)配重臂拉桿拉力為單根0.397E+07 N。

拉桿截面寬500 mm，高316 mm，蓋板厚36 mm，腹板厚14 mm，拉桿截面積39 416 mm2，拉桿材質(zhì)Q345，極限許用應(yīng)力是470 MPa。拉桿的極限承受能力是470 MPa×39 416 mm2=18 525 520 N。目前的安全系數(shù)是18 525 520/0.397E+07=4.67。再將中拉桿施加7 327 690 N拉力，配重增加至340 t，俯仰3.8°進(jìn)行靜力計(jì)算。此時(shí)配重臂拉桿單根拉力值為0.408E+07 N。安全系數(shù)為18 525 520/0.408E+07=4.54。執(zhí)行FEM標(biāo)準(zhǔn)時(shí)，安全系數(shù)大于3即滿足安全使用要求，因此此次增加配重25 t安全可靠。

為了在安裝配重調(diào)整塊之后能夠?qū)崿F(xiàn)整機(jī)平衡，首先對(duì)大臂頭部積煤、雜物等進(jìn)行清理、拆除，盡量降低大臂頭部重量。隨后對(duì)配重結(jié)構(gòu)進(jìn)行檢查，確定配重塊安裝位置、安裝尺寸及吊裝工藝流程等。取料機(jī)鋼板配重塊每塊重量約為2.5 t，共計(jì)10塊，厚度為20 mm，配重塊安裝于配重縫隙處，安裝完成后進(jìn)行固定，不需要移動(dòng)其余配重就可以達(dá)到配平的目的，安裝方便且成本較低(見(jiàn)圖2)。

圖2 取料機(jī)配重調(diào)整塊圖紙

5 結(jié)語(yǔ)

在R14-2取料機(jī)配重縫隙處安裝完成了10塊調(diào)整配重塊后，總配重24.96 t，計(jì)算得出斗輪最低點(diǎn)時(shí)的接地力為12.5 t，實(shí)現(xiàn)了R14-2取料機(jī)俯仰油缸上下腔壓力的降低，達(dá)到了本次改造的預(yù)期目標(biāo)。進(jìn)行整機(jī)調(diào)平后，R14-2取料機(jī)運(yùn)行平穩(wěn)，未出現(xiàn)大臂無(wú)法提升的情況，取料過(guò)程正常，未出現(xiàn)過(guò)由大臂不平衡引起的相關(guān)故障，對(duì)類似設(shè)備的平衡系統(tǒng)改造提供了一定的參考。