斗轮取料机斗轮自转现象的探究与遏制_靳文博.pdf

设备管理与维修2023 2（上）管理中的应用 J.中国设备工程，2016（6）：23-25.3秦继山.设备维护与管理信息系统的建设 J.设备管理与维修，2015（S1）：26-27.4吕从军.特种设备管理信息系统的应用与设计分析 J.科技与创新，2018（15）：107-108.5杨舒音，赵诚，李锦阳，等.仪器、设备管理信息管理信息系统设计 J.自动化与仪器仪表，2015（10）：124-125，128.6王连德，陈卫华，胡连桃.装备维修理论的发展及在军事装备维修中的应用 J.国防技术基础，2006（10）：47-49，61.7李安宗，王易敏，谭志力，等.测井装备制造信息化系统开发与实践 J.测井技术，2021，45（6）：545-551.编辑李波0引言曹妃甸矿石一期堆场的斗轮堆取料机额定生产率 7500 t/h，堆料最大生产率 8625 t/h，取料额定生产率 3600 t/h，取料最大生产率 4140 t/h。该斗轮堆取料机可用于堆和取粒度小于75 mm的铁矿石及粒度小于 300 mm 的煤炭等散状物料，适用于大中型码头、矿山、冶金等工矿企业的储料场堆取散状物料。斗轮堆取料机的取料作业是通过臂架回转和斗轮旋转连续实现的。物料经卸料板卸至反向运行的臂架带式输送机上，再经机器中心处下面的漏斗卸至料场带式输送机运走。通过整机的运行，臂架的回转、俯仰可使斗轮将储料堆的物料取尽。由于日常工作量大，斗轮堆取料机取料斗更换频繁。在实际的更换过程中，发现断电后取料斗轮装置产生了方向随机的自转现象。为保证取料斗轮装置进行维护保养过程的安全性，对自转现象的产生进行系统性分析，并采取相应技术措施，消除自转现象。1取料斗轮分析取料斗轮传动装置安装于前臂架的端部，由驱动装置及圆弧挡料板、斗轮轴、圆弧挡料板、斗轮、轴承座等组成。斗轮驱动装置由低速大扭矩液压马达、液压动力站及连接油管等组成，液压泵的进油管直接与液压马达的回油管相连，工作液体在系统的管路中进行封闭循环。大扭矩马达与斗轮轴通过花键联接，马达上扭力臂通过支座铰接在悬臂架上。取料斗轮的结构形式为单腹板无格式，既保证斗轮体有良好的强度，又可使卸料快、回料少，比有格式斗轮出力大。取料斗轮采用单腹板无格式斗轮，取料斗数 9 只，旋转直径 7500 mm，斗容 V=0.75 m3，采用半轴式液压马达驱动。在现场作业过程中取料斗轮呈现 3 种状态：正常工作模式：取料斗轮以正向旋转方式挖取物料，在取料斗轮取料作业完毕后，取料斗轮进行反方向的旋转，进行清料；紧急制动模式；取料斗轮在遇到突发情况下进行紧急制动，取料斗停止在任意位置静止（图 1a）。在对斗轮取料装置取料斗进行维修保养的过程中，斗轮取料装置可旋转至任意位置后启动紧急制动模式，在保持紧急制动的状态下斗轮取料装置静止，并无自转现象；断电模式：取料工作完毕，排空斗轮取料装置的料斗内的残存积料后，斗轮堆取料机进入断电模式。此时取料斗轮发生了正、反方向随机自转状态，直至斗轮取料装置达到自平衡后，取料斗轮装置的某一取料斗位于旋转中心的垂线上静止，如图 1b）所示。2取料斗轮装置自转现象分析在对取料斗轮装置的取料斗进行维护与保养的工作过程中，为了防止误操作，取料斗轮需处于断电状态。在斗轮取料装置进入断电模式后，取料斗轮旋转后静止，某个取料斗位于旋转中心的垂线上，但它往往不是需要进行维护保养的取料斗。因此需要结合相关图纸与作业现场的实际情况，对取料斗轮的自转现象进行系统性分析，采取必要的技术措施防止自转，以确保在对斗轮取料装置的取料斗进行维护保养过程中的安全性。斗轮取料机斗轮自转现象的探究与遏制靳文博（河北港口集团港口机械有限公司，河北秦皇岛066000）摘要：在对斗轮堆取料机取料斗的更换过程中，发现断电后取料斗轮装置发生方向随机的自转现象。为保证取料斗轮装置维护保养过程的安全性，对自转现象的产生进行系统性分析，并采取相应技术措施，增加锁支机构，防止在进行更换取料斗维修作业时产生自转，有效确保了在对取料斗轮装置进行维护保养过程中的安全性。关键词：斗轮取料机；皮带线；钢结构局部改造；分析校核中图分类号：U653.928文献标识码：BDOI：10.16621/ki.issn1001-0599.2023.02.13图 1取料斗轮停止位置38设备管理与维修2023 2（上）为明确各取料斗在斗轮取料装置上的关系，对断电后取料斗轮的随机位置状态模型进行相关参数的定义：断电后的取料斗轮的随机初始位置状态，进入自旋转状态的临界点；在此状态下，将右侧最高位置的取料斗定义为 1 号取料斗，其重量定义为 G1；其余取料斗依次定义为 n9 号取料斗；将斗轮取料装置的旋转中心定为中心点 O；1 号取料斗的质心与中心点O的连接线平面距离定位为 R1；则其余取料斗的质心与中心点 O 的连接线平面距离依次进行相应定义为 Rn至 R9；1 号取料斗质心位置与中心点垂直线的角度定义为=1；由斗轮取料装置相关图纸可知，取料斗在取料斗轮体上呈现均布放置状态，则相邻两取料斗的质心与中心点的角度为 40；可计算出n 号取料斗与中心点垂直线的角度分别为：n=+（n-1）40；1 号取料斗与旋转中心的垂直线距离为 L1；其余取料斗与旋转中心的垂直线距离分别为 Ln至 L9；将取料斗轮的所受扭矩定义为 T。计算可知：T=G1L1+G2L2+G3L3+G4L4+G5L5-G6L6-G7L7-G8L8-G9L9其中：L1=R1sin1，L2=R2sin2，Ln=Rnsinn，L9=R9sin9。则：T=G1R1sin1+G2R2sin2+G3R3sin3+G4R4sin4+G5R5sin5-G6R6sin6-G7R7sin7-G8R8sin8-G9R9sin9。由于取料斗在取料斗轮体上呈现均布放置状态，即：R1=R2=Rn=R9=R。可知在设计图纸上取料斗的重量为 G=5580 N，即：G1=G2=Gn=G9=G。则：T0=GR（sin1+sin2+sin3+sin4+sin5-sin6-sin7-sin8-sin9），计算可得 T0=0。从上述分析可以看出，斗轮堆取料机在正常作业模式结束进入断电模式，斗轮取料装置整体受力力矩为 0，即斗轮取料装置在进入断电模式后达到平衡状态，因此在斗轮取料装置结构上不会产生自转。但是经过作业现场的实际观测，由于斗轮堆取料机所取物料的不同特性，取料斗内会残余粘连部分积料。由于各取料斗内积料重量的不平衡性，导致斗轮取料装置在断电模式状态下的自平衡受到破环。并且由于各个取料斗内的物料重量分布的随机性，从而产生轮取料装置在随机方向上的自转现象。3取料斗内积料对取料装置平衡的影响为了明确分析取料斗内积料对取料装置平衡状态的影响，将各个取料斗内的积料近似为固定物，不会随着取料装置的旋转而分散或聚集，积料在各个斗内的位置是相同的且固定不变，因此可定义：在此状态下，将右侧最高位置的取料斗定义为1 号取料斗内积料，即 1 号积料，其重量定义为 M1，其余取料斗内积料依次进行相应定义为 n9 号积料；将斗轮取料装置的旋转中心定为中心点 O；1 号取料斗的质量中心与中心点O 的连接线平面距离定位为 P1，其余取料斗内积料的质心与中心点 O 的连接线平面距离依次定义为 PnP9；1 号取料斗内积料质心位置与中心点垂直线的角度定义为=1；由斗轮取料装置相关图纸可知，取料斗在取料斗轮体上呈现均布放置状态，因此各斗内的积料同样呈现均布放置状态，则相邻两取料斗内积料的质心与中心点的角度为 40，n 号取料斗与中心点垂直线的角度分别为 n=+（n-1）40；1 号取料斗内积料与旋转中心的垂直线距离为 I1，其余取料斗内积料与旋转中心的垂直线距离分别为 InI9；将取料斗轮的所受扭矩定义为极限力矩 Tmax。T=M1I1+M2I2+M3I3+M4I4+M5I5+M6I6+M7I7+M8I8+M9I9=M1P1sin1+M2P2sin2+M3P3sin3+M4P4sin4+M5P5sin5-M6P6sin6-M7P7sin7-M8P8sin8-M9P9sin9斗轮取料装置处于断电模式下的随机位置（图 1a），在此定义极限状态为：右侧的取料斗残存为斗容 V=0.75 m3的积料；左侧取料斗内无残存积料，且其余部位也无任何积料；取料斗内的积料不会随着斗轮取料装置的旋转而掉落。则此时的极限力矩为：Tmax=M1I1sin1+M2I2sin2+M3I3sin3+M4I4sin4+M5I5sin5。已知：V=0.75 m3，max=6000 kg/m3，I1=I2=I3=I4=I5=3575 mm。计算可得，在=10时斗轮取料装置达到最大不平衡状态，Tmax=405.75 kN m。4斗轮取料装置限位机构的设计与校核为以确保斗轮取料装置取料斗维护保养过程中的安全性，消除自转现象，设计防自转限位机构。在斗轮堆取料机的臂架前端焊接防自转限位机构（图 2），限制斗轮取料装置上的方钢条幅的正反方向旋转，对取料斗轮进行定位。该机构结构由限位丝杠与支撑架组成，支撑架腹板上有相应的螺纹孔，限位丝杠铣出方形槽，以便用扳手扭动丝杠进行前后相对运动，斗轮取料机的臂架前端适当位置焊接支撑架。支撑架由板块焊接而成，材料为 Q345。将支撑架焊接在斗轮堆取料机臂架前端的相应位置处，限位丝杠轴心与旋转中心点 O 的距离为 L=2200 mm，支撑架与臂架前端的焊接要求有：对接焊、坡口焊的焊接质量等级应为三级；对角焊缝外观质量等级应为三级；在焊接后整形，以保证结构的平行度、垂直度和平面度公差要求。限位丝杠材料为 45#钢，采用梯形螺纹形式，直径 50 mm，为自制件。使用操作步骤为：斗轮取料装置进入正常工作模式，将所需维护的取料斗旋转至适当位置；进入紧急制动模式，对取料斗进行定位；将限位丝杠旋进，前端顶在斗轮取料装置辐板上，由于方钢条幅高于辐板，从而达到限制斗轮自旋转的目的；进入断电模式，进行取料斗的保养维护工作。在限位丝杠限制斗轮取料装置自转状态下，丝杠受力为F，可知：Tmax=FL，经计算可知 F=184.43 kN m，则=FA=4Fd2=93.7 MPa0。5结束语经过结构校核与实际操作，防自转限位机构满足使用要求，能够保证斗轮取料装置取料斗维护保养过程的安全性。编辑张韵图 2防自转限位机构39