裝船小車運(yùn)行中大臂抖動(dòng)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(duì)氣力輸送礦粉裝船中過程中裝船小車大臂震動(dòng)的影響因素進(jìn)行了討論，并對(duì)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(dòng)分析

　　1、現(xiàn)場(chǎng)裝船小車基本情況

　　氣力輸送管道將礦粉輸送至碼頭對(duì)應(yīng)的裝船小車，用可移動(dòng)可升降裝船小車同時(shí)將礦粉直接輸送到5000~30000t散貨船上，裝船小車可同時(shí)往散裝船1~3個(gè)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(gè)萬向輪。側(cè)面有四個(gè)液壓支腿，在港口工作時(shí)，液壓支腿把整個(gè)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(gè)由300方管焊接成的平臺(tái)，平臺(tái)高約2米，在平臺(tái)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(dòng)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(tái)上可以變幅的鋼管與鋪在平臺(tái)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(dòng)。在本裝置車架平臺(tái)的轉(zhuǎn)動(dòng)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(gè)滑輪，對(duì)應(yīng)兩根軟管。當(dāng)設(shè)備準(zhǔn)備工作時(shí)，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(zhǎng)度6500mm。當(dāng)輸送量低于10t/泵時(shí)，臂的抖動(dòng)幅度不大；當(dāng)輸送量為10t/泵或11t/泵時(shí)，臂的抖動(dòng)幅度大，且頻率高，調(diào)試工作無法繼續(xù)開展。

　　2、分析原因

　　①液壓臂的外形尺寸及結(jié)構(gòu)

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　　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(dòng)中的物料存在動(dòng)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

　　③輸送時(shí)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(shí)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(huì)產(chǎn)生力矩M1和M2，方向是相反的，合力矩相對(duì)于M可以忽略。

　　④理論解釋抖動(dòng)

　　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(dòng)時(shí)，液壓缸在超過支撐上限值后會(huì)產(chǎn)生伸縮。反應(yīng)在6.5m外的液壓臂就是大幅度的抖動(dòng)。

　　現(xiàn)場(chǎng)使用中反應(yīng)的現(xiàn)象為：

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

　　當(dāng)輸送量大于10t時(shí)，F(xiàn)1+ F2＞Q＋N max，抖動(dòng)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(duì)于支點(diǎn)產(chǎn)生的力矩。

　　現(xiàn)場(chǎng)使用中反應(yīng)的現(xiàn)象為：

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

　　當(dāng)輸送量大于10t時(shí)，M配+ M缸max≤M，抖動(dòng)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(dòng)就會(huì)存在，抖動(dòng)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(dòng)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：

　　①在液壓臂上增加支點(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(dòng)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)?，F(xiàn)有為四個(gè)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(duì)大臂升降固定還需做到以下幾點(diǎn)：

　　①液壓臂改進(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(dòng)時(shí)，滑塊機(jī)構(gòu)移動(dòng)，當(dāng)移動(dòng)到預(yù)定位置時(shí)，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(shí)臂的升降。

　?、谛≤囈簤褐鹊募庸獭Ｐ≤囍鹊脑O(shè)計(jì)選型時(shí)，僅考慮小車自重，選型為10T×4個(gè)，液壓臂工作行程760mm。輸送壓力不高時(shí)小車輕微抖動(dòng)，當(dāng)超過2.5Bar時(shí)抖動(dòng)明顯。

　　原因：液壓臂工作行程太長(zhǎng)，動(dòng)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(dòng)，頻率高時(shí)抖動(dòng)。這是選型偏小和行程偏長(zhǎng)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(zhǎng)的缺陷。

　?、坌≤囇b船位置的確定?？紤]到今后船型和每次停靠位置的不同，小車在裝船時(shí)的停靠位置不能因船而變。應(yīng)像動(dòng)車組的?？课恢靡粯樱加凶约汗潭ǖ耐？课恢茫?，應(yīng)將小車的裝船停靠明確下來，在現(xiàn)場(chǎng)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?duì)可移船。

　　總結(jié)：理論計(jì)算對(duì)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(chǎng)的實(shí)際使用情況，經(jīng)過現(xiàn)場(chǎng)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(dòng)問題徹底解決。