臂架堆取料机平衡性检测与分析

王 建

宁波舟山港股份有限公司北仑矿石码头分公司

1 引言

随着全球经济一体化的不断发展，港口煤炭、矿石等散料吞吐量不断增加，散料机械也趋于大型化。作为堆场物料转运设备的堆取料机，在建设智慧港口的背景下，提高其可靠性和效率成为业主重点关注的问题。通过分析影响堆取料机平衡性的具体原因，介绍一种检测平衡性的方法，可定量掌握堆取料机在各种工况下的平衡状态，为设备的使用及维护提供指导依据。

2 影响平衡性的因素

堆取料机根据塔架是否参与变幅可分为整体平衡式和活动平衡式两种形式，其工作原理都是通过俯仰油缸或钢丝绳实现臂架俯仰，结合回转机构、大车行走机构、斗轮机构来实现物料的堆取功能。在工作过程中，通过配重和俯仰油缸来平衡斗轮头部载荷、臂架皮带机物料载荷、挖掘力、风载荷等，确保回转支承上方全部的结构重心都位于回转支承直径内。影响平衡性的因素一般有如下几点。

(1)配重重量。在设计阶段，通过将各部件的理论重量重心折算到变幅铰点，根据力矩平衡原理，确定配重重量以及油缸载荷。由于理论计算与实际情况存在差异，可能出现配重重量不准确的情况，导致整机平衡性出现问题。某码头堆取料机由于配重不足，导致回转支承内外圈受拉脱离，机器发生倾覆。

(2)头部积料载荷。堆取料机斗轮体长期使用后，由于腹板磨损及清料不及时等原因，可能堆积过多物料，极端情况下可达5～10 t。积料载荷距离回转中心较远，严重影响整机的平衡性，发生不少由于积料载荷造成机器抬腿和油缸不能顶升的案例。

(3)臂架头部偏载。某些机型的斗轮驱动采用短轴布置，且悬臂皮带机未采用偏置形式来抵消部分的偏载情况，长期运行后易出现臂架单侧下挠，一侧拉杆变形或开裂，从而影响整机的平衡性。

3 平衡性检测

堆取料机长期运行后，均会出现上述问题，从保障设备的可靠性及使用率角度来看，定量掌握不同工况下整机的重心情况很有必要。下面以某港口一台堆取料机为例，介绍平衡性检测的具体方案。

3.1 检测方案

本次测试在每个门腿的轮系中选择1个测点，共布置4个测点(见图1)。实际测试时采用2点同步顶升方式，在测点2和测点3处分别放置2个千斤顶及2个传感器。顶升前，保证在传感器不受力时将仪器调零，然后2点同时顶升，直至将所选门腿中的1只车轮顶离轨道面。随后将堆取料机悬臂按拟定工况转至指定角度，待读数稳定后进行数据采集。按照上述方法，重复对测点1和测点4进行顶升及数据采集工作。

图1 门腿轮系测点布置

3.2 工况设定

为最大限度模拟实际作业情况，本次检测工况设定如下：工况T1，悬臂回转至与大车轨道方向成252°，悬臂俯仰角度为7°；工况T2，悬臂回转至与大车轨道方向成265°，悬臂俯仰角度为7°；工况T3，悬臂回转至与大车轨道方向成99°，悬臂俯仰角度为7°；工况T4，悬臂回转至与大车轨道方向成265°，悬臂俯仰角度为0°；工况T5，悬臂回转至与大车轨道方向成99°，悬臂俯仰角度为0°；工况T6，悬臂回转至与大车轨道方向成252°，悬臂俯仰角度为-10°；工况T7，悬臂回转至与大车轨道方向成265°，悬臂俯仰角度为-10°。

上述工况中的角度值规定如下：悬臂回转时，沿大车轨道向尾车方向为0°，垂直大车轨道向左为90°；悬臂俯仰时，规定水平角度为0°，上仰为正值，下俯为负值。

3.3 腿压计算

堆取料机的腿压Pi计算方法由顶升点的选择及大车轮系的布置形式决定。对于本台测试机器，测点1及测点4所在的轮系均为14轮形式，其受力分析见图2，其中Pi为腿压，Fi为千斤顶的顶升力，由于该堆取料机14轮的轮距一致，根据轮系结构的对称性，腿压的计算公式可简化为：

图2 前门腿轮系受力分析

Pi=14Fi

(1)

式中，i取1或4。

该堆取料机测点2与测点3所在的轮系为8轮结构形式(见图3)，计算方法同上：

图3 后门腿轮系受力分析

Pi=8Fi

(2)

式中，i取2或3。

3.4 数据处理

根据上文中的工况设定及腿压计算方法，结合实时采集的数据，计算处理后，得出不同工况下所测的腿压数值(见表1)。

表1 腿压测试计算数据表

表2为不同工况下，以回转中心为原点，整机的稳定性分析表。工况S1、S2是按设计要求考虑了动力系数，斗轮挖掘力(4 t)、悬臂皮带上的连续物料载荷(11.91 t)后的情况。

表2 整机稳定性计算分析表

根据检测数据分析，可得出以下结论：

(1)堆取料机整机平均重量为727.87 t。

(2)工况S2中整机最危险重心(1 865,10)距离倾覆边3 500 mm还有1 635 mm，满足稳定性要求。

(3)实测重心轨迹圆圆心位置为(73,10)，接近堆取料机的回转中心，说明整机回转部分的重心位置分部较为合理。

(4)工况S2整机最危险重心轨迹圆半径为1 791 mm，小于轴承回转半径2 205 mm。

数据分析结果表明，该机器的回转支承紧固螺栓等部件在正常作业过程中所承受的拉力(抗旋转结构倾覆之力)较小，其工作可靠性高，寿命也会较长。

4 结语

通过分析影响堆取料机平衡性的相关因素，详细介绍了一种检测方案，可以让设备管理者定量掌握堆取料机在不同工况下的重心轨迹，为设备管理和维护提供坚实的理论依据。该检测方案可应用到其他堆取料机，根据检测结果，设备管理者可采取相应的整改方案来保证设备的可靠性和使用率。