40 t多用途抓斗的研制

徐智鹏

(天津港第五港埠有限公司 天津300456)

40 t多用途抓斗的研制

徐智鹏

(天津港第五港埠有限公司 天津300456)

随着船舶制造业的迅猛发展，矿石船舶宽度逐渐由 35,m增加至 50,m，现有门机抓斗有效抓取半径已不能覆盖船舶舱口宽度。对 40,t多用途抓斗进行了研制，新型抓斗不仅解决了货物粘斗的问题，而且能够满足门机 40,t满负荷作业的要求，可有效降低挖掘机下舱作业成本，同时提升了门机的电能利用率。

40,t多用途抓斗 设计 矿石船

0 引 言

天津港第五港埠有限公司成立于 1983年，坐落于天津港北疆，是一家以港口装卸作业为主营业务的服务型企业。近年来公司吞吐量屡创新高，一直在集团公司名列前茅。

图1 散货量吞吐量和总吞吐量曲线图Fig.1 Curves of the hand ling capacity of bulk goods and the total hand ling capacity

如图 1所示，近几年散货量吞吐量和总吞吐量的折线基本重合，达到总吞吐量的90%,以上，高粘度货类占到散货吞吐量的50%,以上，货物粘斗情况比较严重。

随着船舶制造业的迅猛发展，矿石船舶宽度逐渐由 35,m增加至 50,m，现有门机抓斗有效抓取半径已不能够覆盖船舶舱口宽度，若想将舱内抓斗不能及的货物清出就需要挖掘机下舱辅助作业，这既增加了作业成本，又影响作业效率。

我公司散矿石作业全部使用门机抓斗作业，门机的最大负荷、抓取半径都是固定值，若想解决货物粘斗和抓取半径不足的问题，就必须从抓斗入手。经过分析，我公司现有抓斗若进行大规模改造不仅不能达到预期效果，还会造成成本的浪费。因此，设计一种新型40,t多用途抓斗势在必行。

1 设定目标

1.1 目标值的确定

①抓斗粘货量由 3,t/斗降至 1,t/斗。②将门机抓斗有效取货半径由现在的40,m提升至41,m。

1.2 目标值分析

①经过测算，目前公司现有40,t抓斗自重在15,t左右，平均取货量为22,t，遇有粘性较强的货物取货量更低(见表1)。

表1 40吨矿石抓斗参数对比表Tab.1 Comparison of 40 t m ineral grab bucket parameters

从表 1可以看出，我公司现有 40,t抓斗平均取货量为22,t。

抓斗粘货量＝门机负荷－抓斗自重－取货量

平均每斗粘货量＝40(门机负荷)－15(抓斗自重)－22(平均取货量)＝3,t

随后小组成员又针对不同货类，分别对粘货量进行了统计(见表2)：

表2 不同货类统计Tab.2 Information of different cargo categories

粘斗情况最好的是 1,t/斗，如果可以将所有货类粘斗情况都降至1,t/斗即实现目标。

②门机抓斗有效取货半径＝门机最大旋转半径(固定值37,m) ＋抓斗与货物接触宽度(可变)，目前门机抓斗有效取货半径为：

37＋3＝40,m

若想增加门机抓斗有效取货半径，就要从抓斗与货物接触宽度入手。通过走访兄弟公司，收集了抓斗与货物接触宽度数据，最大值为 4,m，力争达到：将门机抓斗有效取货半径由现在的40,m提升至41,m。

2 提出各种方案并确定最佳方案

抓斗设计步骤如图2所示：

图2 设计步骤Fig.2 Design procedures

2.1 降低抓斗粘货量

抓斗与货物接触的部位只有斗体，因此，若想降低抓斗的粘货量就必须从斗体的设计入手。

2.2 增加抓斗抓取半径

选择了两种可增加抓抓取半径的方案进行必选(见表3)。

表3 两种方案Tab.3 Two schemes

从表 3中可以看出，增加斗体宽度方案不可行，而改变开闭斗方向只有从抓斗的上梁设计入手。

2.3 选择材料

抓斗的材料选择是研制新型抓斗最重要环节，它不仅关系到抓斗自重问题，还关系到抓斗强度问题。目前国内主要厂家制造矿石抓斗所用材料主要是 16,Mn钢板，A3钢板，采用HARDOX-500板材只限于抓斗斗口部位。小组首先对准备研制抓斗所用材料进行选择，对3种材料进行分析，发现16,Mn钢板比 A3钢板除延伸率略小一些外，其他指标都要高一些；而 HARDOX-500钢板在屈服强度、拉伸强度、硬度方面远高于前两者，只是延伸率小一些。通过测算，确认用 HARDOX-500钢板作为新型抓斗的研制材料。

2.4 上梁设计

门机抓斗有效取货半径＝门机最大旋转半径(固定值37,m) ＋抓斗与货物接触宽度(可变)，目前抓斗与货物接触宽度即为抓斗的宽度为 3,m，而抓斗的张开度为5,m左右，若能改变抓斗开闭斗的方向，就可以有效提升门机抓斗的有效取货半径。

随着船舶制造业的迅猛发展，矿石船舶船体不断增宽，舱内腰窝深度也在不断增加。如果能够增加取货范围，就可以节省挖掘机下舱作业成本。

而要改变抓斗开闭斗方向，就必须从抓斗的上梁设计入手，改变上梁结构布局，使其以抓斗中心线为轴，支腿连接点不变，井字轮与滑轮组沿顺时针方向旋转 90,°。对比图如图3、4所示。

图3 顺船开闭斗Fig.3 Grab bucket opening and closing along the ship’s direction

图4 横船开闭斗Fig.4 Grab bucket opening and closing perpendicular to the ship’s direction

结论：经过评估，通过改变开闭斗方向，可有效增加抓取范围1.1,m。

2.5 中梁设计

抓斗的中梁由箱体和滑轮组组成，箱体的用途是承载滑轮组，中梁滑轮组需与上梁滑轮组匹配。

结论：我们在上梁设计中将滑轮组沿顺时针旋转了 90 °，那么相应的中梁滑轮组也需要以抓斗中轴线为中心沿顺时针方向旋转90 °，其余结构不变。

2.6 斗体设计

货物粘斗全部来自于抓斗斗体内壁的筋板于斗体板的夹角处，被称之为“死角”，若想降低货物粘斗量就必须减少或消除抓斗内壁“死角”数。为达到箱体内部无死角的效果，必须将筋板由内壁移至外壁。经研究对比，决定选用整体式外筋板斗体作为新型抓斗的箱体构造。虽然此种形式在制作上会有一些困难，但是坚固耐用，能够保证较高的在线完好率。整体式外筋板斗体如图5所示。

图5 整体式外筋板斗体Fig.5 The integrated type of a rib p late bucket body

2.7 滑轮倍率

为了增加抓斗的抓取力，将原有的 4倍率滑轮组提升至5倍率。

3 项目实施

3.1 实施一

根据ISO 9000的要求，小组对供应商进行了较严格的筛选，最终确定了浦铁公司为小组提供HARDOX-500钢板。

因为HARDOX-500钢板的强度性能非常突出，所以小组将中梁、支腿、上承梁截面板厚分别降为 20,mm、15,mm、10,mm。

实施效果：根据HARDOX-500钢板的各项性能以及对抗拉、抗弯检测，各部件的板厚完全可以达到技术性能。

3.2 实施二

实施效果：对组装完毕的箱体，经工艺技术人员对箱体的夹角以及箱体与箱体之间的吻合检验均达到图纸要求。

3.3 实施三

为了保证斗口板的耐磨性能，同时保护斗体不变形，选用了天津滨海特力能表面工程技术有限公司最新研发的高性能耐磨涂层材料。口板经过耐磨涂层更加坚固耐磨，同时对斗体起到了一定的保护作用。

3.4 实施四

通过重新设计，改变了井字轮和滑轮组的方向，在不影响抓取效果的前提下将开闭斗方向旋转了 90,°。通过改变井字轮和滑轮组的方向，成功地将取货范围增加了 1.1,m。实施对比图如图6所示。

图6 实施对比图Fig.6 Im p lem entation com parison

3.5 实施五

通过倍率的增加，进一步加大了抓斗的抓取力。实施前后对比图如图7所示。

4 取得效果

新型40,t多用途抓斗投入使用后，经过近两个月18条船舶的跟踪，抓斗内壁无附着，货物粘斗量为0，彻底解决了货物粘斗的问题，而且能够满足门机40,t满负荷作业的要求。

通过实施四，我们可以看到，通过改变抓斗开闭斗方向，我们成功地将抓斗与货物接触宽度增加了 1.1,m，达到了4.1,m。

图7 实施前后对比图Fig.7 Comparison of imp lementation results

经财务部门测算，40,t多用途抓斗投入使用之后，可有效地降低挖掘机下舱作业成本，同时提升了门机的电能利用率，可为公司创造直接经济效益278万元/年。

5 巩固措施

①对制造后的抓斗定期检查，建立多用途抓斗立档跟踪，对重点易损，易坏部位设专人定期检查记录。②纳入港五制造维修工艺管理标准制度，RR/TJGW-3-055-GY抓斗管理、发放、使用的暂行规定；RR/TJGW-3-056-GY抓斗管理使用规定。■

［1］ 蒋强. 抓斗卸船机起重钢丝绳的失效原因分析及预防措施[J]. 港口装卸，2015(2)：3-4.

［2］ 冯刚，吴海帆，宋甲宗. 卸船机抓斗有控摆动的策略及运动分析[J]. 起重运输机械，2001(12)：14-17.

［3］ 闻邦椿. 机械设计手册[M]. 北京：机械工业出版社，2010.

Research of a 40 t M ultipurpose Grab Bucket

XU Zhipeng
(Tianjin Port No.5 Stevedoring Co.，LTD.，Tianjin 300456，China)

Follow ing the rapid development of ship manufacturing，the w idth of ore carriers has increased from 35,m to 50,m and as a result，capture range of current portal crane grab buckets fails to cover the hatch w idth．This paper studies a 40,t multipurpose grab bucket．The new bucket not only solves the problem of goods sticking，but also meets the requirements of the 40,t full load operation by portal cranes．Besides，it effectively reduces the excavator’s cost of underdeck operation and improves the utilization rate of electrical energy of the cranes.

40,t multipurpose grab；design；ore carrier

U664.6

：A

：1006-8945(2015)10-0080-04

2015-09-18