大型桥式抓斗卸船机托绳小车系统(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2500t/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 2500t/h ore grab ship unloader firstly adopts grab lift 2ing ,opening ,closing and trolley traveling “Triune ”four -drum differential compensating mode 1This paper presents fea 2tures of four rope -supporting trolley system ,which is critical to realize the compensating mode mentioned above ,and explains why to use it in the Qingdao ship unloader 1 K eyw ords :grab ship unloader ;four rope -supporting trolley system ;feature ;calculation 青岛2500t/h (起重量62t )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　2500t/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2100t/h 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180m/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L max =871798m )、主钢丝绳直径大(<53mm )的实际情况,并经过大量调查研究及论证,决定在主小车前后各设置2辆托绳小车,共4辆,组成四托绳小车系统。

此系统的基本原理(见图2)是利用5组钢丝绳缠绕系统把所有小车串连在一起,使它们各自的运动符合一定的规律。

当贯串钢丝绳的抽绳量为S 时,前牵引钢丝绳2的抽绳量为S 2=2S ,前牵引钢丝绳1的抽绳量为S 1=3S 2。

则前托绳小车2的行程L 2=S ,前托绳小车1的行程L 1=S 2=2S ,主小车的行程L =S 1/2=3S 2/2=6S /2=3S 。

由于结构对称,可得到后托绳小车1、2与主小车行程之间同样的关系。

所以通过这5组钢丝绳缠绕系统,可以保证前、后托绳小车1的行程是主小车行程的2/3,前、后托绳小车2的行程是主小车行程的1/3。

因此,无论主小车行走到哪个位置,4辆托绳小车都能借助于托绳小车上可旋转的托辊将主小车前后的主钢丝绳的长度均分为3段。

其目的在于减小主钢丝绳间距,降低主钢丝绳因自重而产生的下垂度。

图2　2500t/h 抓斗卸船机四托绳小车绕绳系统原理图11垂直滑轮　21贯串钢丝绳　31前牵引钢丝绳241前牵引钢丝绳1　51后牵引钢丝绳1　61后牵引钢丝绳271水平滑轮　81张紧液压缸　91后托绳小车2101后托绳小车1　111主小车　121前托绳小车1131前托绳小车2　141水平滑轮2　空抓斗开斗能力计算抓斗没有外部动力驱动,它所有的动作都是在抓斗和物料重力的共同作用下完成的。

为提高生产率(起重量=抓斗自重+物料重量),抓斗自重必须加以控制。

所以当空抓斗打开时,只能依靠抓斗中梁的自重作为动力,这样就容易出现动力不足的情况。

此时,支持绳张紧,开闭绳放松,抓斗中梁带动开闭绳下降,推动斗体张开。

因此,抓斗中梁的重量有2个作用:作为开斗力矩及作为引导开闭绳下降的动力。

211　根据开斗力矩计算的中梁最小重量空抓斗打开时,斗体在抓斗部分重力的作用下绕撑杆下铰点B 转动,产生开斗力矩。

同时,这些重力又会使斗体绕斗体铰点A 转动,产生闭斗力矩。

只有当开斗力矩M B 大于闭斗力矩M A 时,抓斗才能打开(见图3)。

对抓斗中梁及斗体取分离体,则单侧斗体上的开斗力矩M B 及闭斗力矩M A 分别为 M B =G 42(b -a )+G 3min2bM A =G 42a +G 24b式中　G 2———抓斗撑杆的总重量 G 3min ———空抓斗能打开时中梁的最小重量 G 4———抓斗斗体总重量 a ———单边斗体重心到抓斗下铰点水平距离 b ———撑杆下铰点到抓斗下铰点的水平距离图3　空抓斗受力分析要保证空抓斗能打开,必须使M B ≥M A 。

则中梁最小重量为:G 3min ≥G 4(2ab-1)+G 22因抓斗中梁的重量还要作为引导开闭绳下降的动力,所以其实际重量G 3应大于G 3min 。

212　开闭钢丝绳计算要使空抓斗能够顺利打开,还必须保证在抓斗中梁部分重力的作用下,钢丝绳能够克服本身由重力引起的下垂度的影响,跟随中梁往料堆方向运动(见图4)。

否则从卷筒放出的开闭钢丝绳将累积在滑轮及托辊之间,使其下垂度越来越大,最终导致抓斗无法打开。

此时,每根开闭绳的张力P =G 3-G 3mai 2mη+G s 式中　m ———开闭绳滑轮组倍率 η———开闭绳滑轮组效率 G s ———开闭绳在抓斗中梁至主小车滑轮间的自重力,G s =qH q ———钢丝绳单位长度重量 H ———开闭绳在抓斗中梁至主小车滑轮间的长度,当抓斗在最大起升高度时为最小值由悬索理论可知,钢丝绳在自重作用下的曲线方程可拟合为抛物线。

当2端点等高或近似于等高时,曲线长度S及在跨中的最大垂度f max为S=L+q2L3 24P2f max=qL2 8P式中　L———开闭绳跨距,当主小车在最大前伸距时为最大值则在一跨中,开闭绳重量G=qS要保证从卷筒放出的开闭钢丝绳能在P力的作用下往抓斗方向降落,必须使P>G。

因为张力P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=0192m,b=1188m,G2= 4083kg,G4=11481kg,m=5,η=0196,q= 1214kg/m,H=914m,G s=116156kg,L= L max/3=291266m,计算得G3min≥1797kg。

本机抓斗中梁实际重量G3=5645kg>G3min,空抓斗能够正常打开。

同时可得S=2919m,P=517 kg,G=37018kg,因此P>G,能满足抓斗工作要求。

而且,开闭绳在跨中的最大垂度f max=216 m,而本机主梁的梁高为215m,从主小车开闭滑轮底径到主梁底边的高度为319m。

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<1815mm。

(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　2500t/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张紧液压缸图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。