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1、大型桥式抓斗卸船机托绳小车系统上海海运学院 沈 莹 王悦民摘 要:青岛2 500 t/ h矿石抓斗卸船机创造性地在大型抓斗卸船机中采用了抓斗起升、开闭与小车运行“三合一”的四卷筒差动补偿方式,其关键技术之一是首创研制出的四托绳小车系统。本文介绍了采用此系统的主要原因及此系统的主要特点。关键词:桥式抓斗卸船机;四托绳小车系统;特点;计算Abstract : As one of large grab ship unloaders , the Qingdao 2 500 t/ h ore grab ship unloader firstly adopts grab lift2ing , openin
2、g , closing and trolley traveling“Triune”four - drum differential compensating mode1This paper presentsfea2turesof four rope - supporting trolley system , which is critical to realize the compensating mode mentioned above , andexplains why to use it in the Qingdao ship unloader1Keywords : grab ship
3、unloader ; four rope - supporting trolley system; feature; calculation青岛2 500 t/ h (起重量62 t)矿石抓斗卸船机 是目前生产率位居全球第2、亚洲首位的大型抓斗 卸船机。它创造性地采用了抓斗起升、开闭与小车 运行“三合一”的四卷筒差动补偿方式,从而解决了传统抓斗卸船机或小车自重过大或钢丝绳过多、 使用寿命短等一系列问题。这项全新的研究填补了 我国大型抓斗卸船机主要依靠进口的空白,也为我 国自行设计、制造同类型设备,走向国际市场迈出 了坚实的一步。其关键技术之一是首创研制出的四托绳小车系统。图1 2 500 t/
4、 h抓斗卸船机主小车绕绳系统原理图1、4、61 开闭滑轮 2、5、71 支持滑轮 31 主小车81 卷筒 91 支持钢丝绳 101 开闭钢丝绳1 问题的提出四卷筒差动补偿式抓斗卸船机的工作原理(见图1)是利用行星齿轮差动减速箱控制4个卷筒按 一定的传动比旋转,从而实现小车的运行及抓斗的升降与开闭。长期以来,国际上一直在中、小型抓斗卸船机中采用,在大型卸船机中从未使用过。主 要原因是其主小车牵引绳与抓斗工作绳合二为一, 工作载荷的增加必将引起钢丝绳直径的加大。而在大型卸船机中,主小车运行距离长,钢丝绳自重将引起钢丝绳下垂度增加,因而不能保证抓斗在任何 位置都能顺利打开。如北仑2 100 t/ h
5、主、副小车补偿式抓斗卸船机在小车接近最大前伸距时,就曾 出现过抓斗打不开的问题。其二,在抓斗工作过程中,开闭绳和支持绳都将经历从松弛到张紧的快速转换过程(最大速度达到180 m/ min)。在此过程 中,钢丝绳将产生剧烈抖动。由于钢丝绳跨距及自重引起的下垂度增加必将使这一抖动更为严重,不 仅易使钢丝绳产生跳槽、断丝,同时也对结构、机构产生冲击。其三,作为挠性构件,钢丝绳垂度过 大也易产生钢丝绳之间的相互干涉或勾挂其他部件,从而影响设备的正常工作。因此,根据本机钢丝绳行程长(当主小车在最大前伸距时,后大梁尾部改向滑轮至主小车滑轮的距离为Lmax= 871798m)、主钢丝绳直径大(G。因为张力P
6、是一定的(当抓斗及起升高度已经确定时) ,而 开闭绳重量G随着跨距L的增加而增加,所以跨 距L一定要控制在允许的范围内。尤其是当钢丝 绳直径较大时,跨距L的允许值将更小。因此对 于本机,我们采用了4辆托绳小车,使开闭绳最大跨距L为总长度的1/3,从而大大减小了一跨中钢 丝绳的下垂度及重量。 本机各参数为a= 0192 m ,b= 1188 m ,G2=4 083 kg ,G4= 11 481 kg ,m= 5,= 0196,q=1214 kg/ m ,H= 914 m ,Gs= 116156 kg ,L=Lmax/ 3 = 291266 m ,计算得G3min1 797 kg。本机抓斗中梁实际
7、重量G3= 5 645 kg G3min,空抓斗能够正常打开。同时可得S= 2919 m ,P= 517kg ,G= 37018 kg ,因此PG,能满足抓斗工作 要求。而且,开闭绳在跨中的最大垂度fmax= 216m ,而本机主梁的梁高为215 m ,从主小车开闭滑 轮底径到主梁底边的高度为319 m。所以开闭绳的悬垂线将都在大梁腹板的高度内,不会因垂度过大 而影响整机的正常工作。 由此可见,四托绳小车系统通过减小主钢丝绳的跨距解决了大型四卷筒差动补偿式抓斗卸船机由 于主钢丝绳直径和长度大引起的主要问题。3 系统简介四托绳小车系统的总体布置见图5。其主要特 点如下:(1)由受力分析可知,在所
8、有5组钢丝绳中,拉力从大到小依次为贯串钢丝绳、牵引钢丝绳2、 牵引钢丝绳1 ,因此它们的绳径应该有所不同。但 为减少整机钢丝绳以及与之相配套的滑轮、绳夹等 部件的种类,使整机部件具有更好的通用性和互换性,因此所有钢丝绳直径均为 1815 mm。 (2)每辆小车均由2根牵引钢丝绳牵引。为使2根钢丝绳的张力保持一致,防止小车跑偏,采用 了水平滑轮,使2根牵引绳串联在一起(见图2)。 从而使小车在工作过程中,均能保持直线运动。并且因此在小车上省略了水平轮装置,使其结构更为 简单轻便。 (3)当前大梁仰起80 时,主小车位于料斗上方,而前托绳小车1、2将随着臂架升高。为避免 因牵引钢丝绳突然断裂引起前
9、托绳小车下坠造成人员伤亡或设备损坏事故,对贯串钢丝绳和前牵引钢 丝绳2在后托绳小车2及后大梁上的水平滑轮处各 设置了一对保护接头(见图6)。目的是当2根串图4 开闭钢丝绳运动图11 主小车开闭滑轮 21 托辊31 抓斗开闭绳 41 抓斗支持绳51 抓斗头部 61 抓斗撑杆71 抓斗中梁 81 抓斗斗体图5 2 500 t/ h抓斗卸船机托绳小车绕绳系统布置图11 垂直滑轮 21 前托绳小车2 31 前托绳小车1 41 后托绳小车151 后托绳小车2 61 保护接头 71 水平滑轮 81 贯串钢丝绳91 前牵引钢丝绳2 101 前牵引钢丝绳1 111 后牵引钢丝绳1121 后牵引钢丝绳2 131
10、 张紧液压缸52起重运输机械 2004 (6)图6 前牵引钢丝绳2保护接头11 牵引钢丝绳2 21 水平滑轮31 后大梁端梁 41 保护接头图7 头部垂直滑轮图8 托绳小车牵引绳托辊组11 主钢丝绳托辊组 21 托绳小车牵引绳托辊组联钢丝绳中的任何1根断裂时,保护接头均能在瞬间抓住未断的另一根,从而使前托绳小车不致下 坠。需指出的是,在选择牵引钢丝绳的直径时应考 虑到使单根钢丝绳的强度足以支持整辆小车的下坠 力。保护接头设置在图示(见图2)位置的原因是 在小车的整个行程中,牵引钢丝绳在此处的变化量最小,仅为调整小车跑偏的变化量,从而能在保证 安全的前提下不影响小车的正常工作,同时也可以 减少保
11、护钢丝绳的长度。图9 反滚轮装置11 小车行走轮 21 轨道 31 大梁41 反滚轮组 51T形钢翼缘板 61 小车机架(4)托绳小车系统的钢丝绳缠绕比较复杂。在安装及维修时,钢丝绳的预张力需要调节。当前大梁仰起时,随着臂架几何位置的改变,小车之间及小车与结构之间的相对位置也将发生变化。因此,在后大梁端部,又布置了一对张紧液压缸。其目的是通过对液压缸设定力的控制,来实现对钢丝绳的预张紧,以减小起制动时钢丝绳的抖动,并通过液压缸行程的变化来补偿钢丝绳长度的不足。(5)四托绳小车系统钢丝绳数量多,长度长。由原理图(见图2)可见,在主小车与托绳小车1之间有7根钢丝绳通过,托绳小车1与2之间有5根钢丝
12、绳通过,托绳小车2与大梁之间有4根钢丝绳通过。这些钢丝绳还要随着小车的位置变化而改变。而为达到2 500 t/ h的生产率,卸船机完成一个工作循环的时间仅为57 s左右,主小车的运行速度达到了240 m/ min。这就要求托绳小车系统的工作性能必须安全、可靠、稳定。同时,从结构布置考虑,又必须使整个复杂的系统安排在一个最紧凑的空间内。如何防止托绳小车系统本身的钢丝绳互相干扰及与其他部件产生干涉,成为一个重要的问题。因此对托绳小车的钢丝绳系统采取了2项保护措施。 对所有的滑轮都加设了防护罩,以防止钢丝绳跳槽(见图7)。 在钢丝绳的布置上,除了小车间的直接牵引绳外,其他所有在前后大梁上贯串的钢丝绳
13、都被安排在上下两个水平面内(见图5)。其目的是同时利用大梁的腹板高度空间和2根大梁间的水平空间,使结构紧凑。在每辆托绳小车的底部,设置了2对托辊组(见图8) ,可以把这些钢丝绳独立地托在2个不同的层面上。而且随着托绳小车本身的移动,托辊可以保证把这些钢丝绳的长度均分,从而能够控制钢丝绳在自重作用下的下垂度。(6)为保证4辆牵引托绳小车运行的稳定性,在小车的设计上也采取了一些措施。 托绳小车结构简单、重量轻。为防止当抓斗在开斗及闭斗时,主钢丝绳的剧烈抖动使托绳小车跳出轨道,在每辆托绳小车上都安装了1对反滚轮装置。同时也能避免在前大梁仰起时,前托绳小车脱离轨道。反滚轮沿着大梁内侧承轨T形钢翼板的下
14、边缘运动,可以保证小车在任何情况下不脱离轨道,见图9。 为防止在钢丝绳牵引力的作用下小车产生前后方向的翻转现象,影响小车的平稳运行。在牵引钢丝绳的布置上,要确保牵引力不会对小车产生力矩。 为了在满足工作行程的前提下,尽量减小大梁的长度(尤其是前大梁) ,从而使结构自重得到有效控制,当主小车在最大前、后伸距时,各辆小车之间以及小车与结构间的位置极为紧凑,间距很62起重运输机械 2004 (6)小(见图5)。同时考虑到钢丝绳本身的弹性抖动 影响以及小车通过钢丝绳起制动时,所有小车并不 同步,在每辆小车上都安装了缓冲器,以防止小车在惯性力的作用下相互碰撞,见图10。图10 托绳小车牵引绳布置(a)前
15、托绳小车2 (b)前托绳小车1(7)主钢丝绳的托辊在布置时,为避免钢丝绳受附加力的作用,在抓斗有料工作的情况下不与托 辊接触。尤其是要注意在整个工作循环中,主钢丝 绳的位置相对于每辆托绳小车在水平和垂直方向上都要发生变化。同时,托辊与支架间的间隙均小于 钢丝绳直径,以防止钢丝绳卡入此间隙影响小车的 正常运行。 此新型四托绳小车系统在青岛港运行稳定,性 能良好。为把四卷筒差动补偿技术运用到大型抓斗卸船机上解决了关键性的问题。近年来,还出现了采用4个变频调速电机分别 驱动4个卷筒,通过电气系统的控制来实现抓斗起 升、开闭与小车运行“三合一”的新型四卷筒差动补偿技术。既避免了使用构造复杂、价格昂贵的
16、行 星齿轮减速器,又能保持这种系统原来的优点。随 着四卷筒差动补偿技术的成熟,在轻型集装箱桥式 起重机上也得到了运用。此新型四托绳小车系统的 研制成功,也为把四卷筒差动补偿技术运用到大型 集装箱桥式起重机上打下了基础。参 考 文 献1 彭传圣.四卷筒绳索牵引式小车的应用与发展.起重运输机械, 2000 (10) : 682 汪宗华.绳索牵引式抓斗卸船机绕绳系统.起重运输机械, 1998 (1) : 373 张建国. 2500 t/ h桥式抓斗卸船机.上海市机械工程协会物料搬运学会论文集. 1999 : 1091154 李士赢.抓斗卸船机.港口装卸杂志社, 19915 周继祖.缆索吊车.中国铁道出版社, 1981作 者:沈莹地 址:上海市浦东民生路海院新村7/ 403邮 编: 200135收稿日期: 2003 - 11 - 192004年第1季度起重运输(物料搬运)设备行业产销特点据中国重型机械工业协会的统计分析, 2004年第1季度起
