裝船小車運(yùn)行中大臂抖動的解決方案

　　摘要

　　近年來氣力輸送粉體物料技術(shù)已經(jīng)得到了廣泛的應(yīng)用。本文對氣力輸送礦粉裝船中過程中裝船小車大臂震動的影響因素進(jìn)行了討論，并對裝船小車結(jié)構(gòu)優(yōu)化提出了方案。

　　關(guān)鍵詞：氣力輸送、裝船小車、振動分析

　　1、現(xiàn)場裝船小車基本情況

　　氣力輸送管道將礦粉輸送至碼頭對應(yīng)的裝船小車，用可移動可升降裝船小車同時將礦粉直接輸送到5000~30000t散貨船上，裝船小車可同時往散裝船1~3個料倉送料，水平輸送距離可達(dá)40~100米，垂直高度可達(dá)20米，裝船機(jī)上自帶處理風(fēng)量8000m3/h的收塵器，收塵器收下的礦粉再通過氣力輸送管道輸送至船倉內(nèi)，氣力輸送系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)無塵化礦粉裝船。

　　裝船小車主要由車架，收塵器，管路、變幅裝置、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)組成。

　　車架主體結(jié)構(gòu)采用300方管焊接而成，車架底部安裝有六個萬向輪。側(cè)面有四個液壓支腿，在港口工作時，液壓支腿把整個設(shè)備支撐起來，當(dāng)工作結(jié)束后，支腿收起，置于車架側(cè)邊。在車架上，有一個由300方管焊接成的平臺，平臺高約2米，在平臺的兩根柱子中間有一根軸，軸端各有軸承。這根軸和氣力輸送管和導(dǎo)軌焊接在一起，主要作用是作為管道轉(zhuǎn)動的支點(diǎn)。

　　在車架的后半部分，放置有收塵器。該收塵器是濾筒式的。車架尾部有一根方管做成的柱子，柱子上裝有滑輪，滑輪上的繩子拉著下面的橡膠軟管，該軟管是接入物料的入口。

　　本套裝置共包括兩根管路，一根輸送物料；物料通過這根管子進(jìn)入船艙。另一根用來收塵，船艙的出塵通過這根管路進(jìn)入收塵器。物料在收塵器里經(jīng)過濾筒過濾之后，經(jīng)過收塵器下方的分格輪進(jìn)入輸送管道，再次進(jìn)入船艙。在車架平臺上可以變幅的鋼管與鋪在平臺上的鋼管通過活接頭連接起來。

　　變幅裝置主要采用液壓傳動。在本裝置車架平臺的轉(zhuǎn)動軸上，鋪設(shè)了一排導(dǎo)軌，兩路管道也放在這些導(dǎo)軌上，導(dǎo)軌中間是放置軟管的地方，導(dǎo)軌頭部安裝有兩個滑輪，對應(yīng)兩根軟管。當(dāng)設(shè)備準(zhǔn)備工作時，通過滑輪把軟管拉到鋼管端部，安裝起來既可以裝船。當(dāng)作業(yè)結(jié)束后，再用滑輪把軟管放在導(dǎo)軌上。在導(dǎo)軌底部安裝有連接孔，液壓油缸連接在此處，通過液壓油缸的伸縮來控制導(dǎo)軌以及管路的變幅。

　　調(diào)試的小車底盤為3000mm×3000mm，液壓臂高為8980mm，壁長度6500mm。當(dāng)輸送量低于10t/泵時，臂的抖動幅度不大；當(dāng)輸送量為10t/泵或11t/泵時，臂的抖動幅度大，且頻率高，調(diào)試工作無法繼續(xù)開展。

　　2、分析原因

　?、僖簤罕鄣耐庑纬叽缂敖Y(jié)構(gòu)

　?、诠艿赖闹亓?/p>

　　液壓臂使用Ф325×5mm的鋼管，重量為39.45kg/m，則臂的自重為：

　　39.45kg/m×6.455m=254.45kg；

　　Ф325×5mm的鋼管的截面積為0.077931132m2，則礦粉在管道內(nèi)的重量為：

　　0.077931132m2×6.455m×1000kg/m3=503.05kg；

　　運(yùn)動中的物料存在動載荷，取系數(shù)1.5~2.0：

　　503.05 kg×1.5=754.575 kg

　　所以：在輸送過程中，液壓臂承受的重量為：

　　254.45 kg+754.575 kg=1009.03 kg

　?、圯斔蜁r速度引起的受力分析

　　A、在第一段(A處)彎頭處因速度引起的受力

　　說明：反作用力即為F1。

　　B、在第二段（B處）彎頭處因速度引起的受力

　　說明：反作用力即為F2。

　　C、液壓臂的受力分布及等效

　　說明：q為管道和礦粉均布時的受力，這是理論值，實(shí)際分布并不均勻，只要乘以1.0~1.2的系數(shù)即可。本次按理論值，僅說明問題。

　　說明：F1和F2在受力中心點(diǎn)等效后，會產(chǎn)生力矩M1和M2，方向是相反的，合力矩相對于M可以忽略。

　　④理論解釋抖動

　　A、在輸送過程中，為保持液壓臂的受力平衡，需F1+ F2=Q＋N，其中：N為液壓缸在垂直方向的分力，N是由液壓缸的大小決定的，且為柔性支撐，當(dāng)受力波動時，液壓缸在超過支撐上限值后會產(chǎn)生伸縮。反應(yīng)在6.5m外的液壓臂就是大幅度的抖動。

　　現(xiàn)場使用中反應(yīng)的現(xiàn)象為：

　　當(dāng)輸送量低于10t時，F(xiàn)1+ F2≤Q＋N，抖動幅度不大，或不會抖動；

　　當(dāng)輸送量大于10t時，F(xiàn)1+ F2＞Q＋N max，抖動幅度大。

　　B、在輸送過程中，為保持液壓臂合力矩的平衡，需M配+ M缸=M，其中：

　　M缸為液壓缸相對于支點(diǎn)產(chǎn)生的力矩。

　　現(xiàn)場使用中反應(yīng)的現(xiàn)象為：

　　當(dāng)輸送量低于10t時，M配+ M缸＞M，抖動幅度不大，或不會抖動；

　　當(dāng)輸送量大于10t時，M配+ M缸max≤M，抖動幅度大。

　　由此可知，只要合力不為零或合力矩不為零，液壓臂的抖動就會存在，抖動的幅度受料量的大小決定。

　　3、解決思路

　　根據(jù)上述的理論分析可知，液壓臂的抖動是力或力矩的無法平衡所致。解決的思路是減少力或力矩的存在，或利用作用力與反作用力的原理相互抵消，具體如下：

　?、僭谝簤罕凵显黾又c(diǎn)，減輕或取代現(xiàn)有第二節(jié)液壓缸的支撐位置。這樣做的目的是讓液壓臂的力和力矩直接分到液壓缸上。以減少分力矩的存在。

　?、诋?dāng)?shù)谝还?jié)液壓臂調(diào)整好位置后，用撐桿固定三角機(jī)構(gòu)和底盤。這樣做的目的是避免第一節(jié)液壓缸的晃動影響液壓臂。將力引到底盤上，減少回轉(zhuǎn)支撐的受力。

　?、墼黾拥妆P的支點(diǎn)。現(xiàn)有為四個支點(diǎn)，間距為3000mm×3000mm，為保證小車的穩(wěn)定性，將靠近液壓臂的支點(diǎn)向外延伸800~1000mm，并支撐固定三角機(jī)構(gòu)的撐桿。這樣做的目的是增大底盤支點(diǎn)面積，提高小車的穩(wěn)定性。

　　小車的穩(wěn)定運(yùn)行至關(guān)重要。礦粉經(jīng)過小車上船問題是氣力輸送裝船的核心問題。我們知道液壓臂上船必須加固，而且還要滿足升降的功能。因此針對大臂升降固定還需做到以下幾點(diǎn)：

　?、僖簤罕鄹倪M(jìn)。根據(jù)上次小車加固后的使用情況來看，效果明顯，但強(qiáng)度仍不夠，且升降性不好。本次將液壓臂在現(xiàn)有基礎(chǔ)上進(jìn)行改進(jìn)，利用滑塊機(jī)構(gòu)，在油缸移動時，滑塊機(jī)構(gòu)移動，當(dāng)移動到預(yù)定位置時，滑塊機(jī)構(gòu)夾緊支柱，達(dá)到固定的目的。這樣避免每天漲潮的落差和裝船時臂的升降。

　?、谛≤囈簤褐鹊募庸?。小車支腿的設(shè)計(jì)選型時，僅考慮小車自重，選型為10T×4個，液壓臂工作行程760mm。輸送壓力不高時小車輕微抖動，當(dāng)超過2.5Bar時抖動明顯。

　　原因：液壓臂工作行程太長，動載荷產(chǎn)生的橫向力和縱向力使小車出現(xiàn)左右和前后晃動，頻率高時抖動。這是選型偏小和行程偏長的原因，從安全角度和節(jié)省成本出發(fā)，本次擬將液壓支腿加固，彌補(bǔ)行程偏長的缺陷。

　?、坌≤囇b船位置的確定。考慮到今后船型和每次?？课恢玫牟煌?，小車在裝船時的停靠位置不能因船而變。應(yīng)像動車組的停靠位置一樣，都有自己固定的停靠位置，所以，應(yīng)將小車的裝船停靠明確下來，在現(xiàn)場用明顯的標(biāo)記符標(biāo)示，船型的不同可用軟管調(diào)節(jié)，船?？课恢貌粚梢拼?/p>

　　總結(jié)：理論計(jì)算對分析問題是具有一定的導(dǎo)向性，通過理論分析我們發(fā)現(xiàn)問題的存在點(diǎn)，結(jié)合現(xiàn)場的實(shí)際使用情況，經(jīng)過現(xiàn)場改進(jìn)，認(rèn)真分析了輸送工程中徑向力與軸向力的關(guān)系，大膽提出“井”型支架，將大輸送量情況下管道振動問題徹底解決。