抓斗卸船机结构优化分析

抓斗卸船机结构优化分析

抓斗卸船机是港口机械的重要设备之一，速度快，效率高，整个码头的整体运行效率因为抓斗卸船机有着很大的提高，随着经济的快速进步，海陆运输已经在运输行业扮演着越来越重要的角色。所以每个港口的码头尽可能大的船型，为提高整个系统的运行效率，所以选取高效、可靠的抓斗卸船机。当前，大型抓斗卸船机越来越多，它的安全平稳运行直接影响到公司效率，对整体结构设计也有了更高的要求。文章对抓斗卸船机从抓斗结构、抓斗支承下铰点结构、梁结构、支撑结构方面进行优化，使抓斗卸船机的效率更高。

标签：抓斗卸船机；结构优化；分析

引言

抓斗卸船机是运输系统的主要设备之一，主要应用在各类码头场所。同连续卸船机比较，抓斗卸船机虽然环境污染相对严重、整机质量大以及效率相对比较低，但是它的运营成本相对较低、物料和船舶的适应性好、船舶颠簸对其影响较小。越来越多的散货船舶日趋大型化，抓斗周期要求越来越严格精确，对卸船机的性能、结构提出了更高的要求。

1 抓斗卸船机的基本构成及其工作原理

抓斗卸船机是由前后大梁、前后门架、前后水平桁架、前后拉杆、小门架、斜撑杆、侧桁架、机台、料斗及支架等金属结构以及起升、开闭、小车运行机构（三者合而为一，简称为四卷筒机构）、变幅机构、大车运行机构等机构以及抓斗和料斗接料系统、水喷雾防尘系统、电气系统等系统和移动式司机室、检修设施以及防爬器、锚定、系缆、保险钩、限位装置等安全辅助设施等部件组成。

抓斗卸船机的工作原理为利用钢丝绳的闭合运动，采用四绳双颚板抓斗，开启钢丝绳，从船舱中挖掘物料后，闭合钢丝绳，提起后跟随小车前进，再开启钢丝绳，松开抓斗，把物料卸载到安装在门架上的料斗里，由此完成抓斗卸船机的工作，而后物料通过料斗下部的给料系统，被送到港口码头上面的皮带输送机上。

2 抓斗结构优化

目前一些港口，抓斗卸船机的抓斗到现在还使用长撑杆抓斗，其设计时的撑杆材料为实心圆钢，滑轮中心采用滑动轴承进行滚动，闭合绳采用钢质链条，自重大，同时钢质结构的强度和刚度难以满足抓斗卸船机长期、高负荷作业需要。此外，这种长撑杆抓斗存在设计缺点，即在到达某位置后，颚铲开始闭合，抓斗的抓取能力会逐渐变小，严重影响抓取量和效率。

斜压式抓斗相对长撑杆抓斗进行技术改进，利用切削力大的刃口替代传统剪式抓斗的刃口，并且其抓斗张开度可根据抓取物流的比重大小进行调节，不受抓

举力限制，从而可以在深挖作业时保证深挖能力和充填效率，兼具深挖和抓取力较大的特点。斜压式抓斗相对于长撑杆抓斗的结构只是在斗体部分，会比长撑杆抓斗的斗体少一个下横梁，这样既能减轻抓斗自身重量，也简化斗体的铰接形式。这样来说，长撑杆抓斗能够深挖和剪式抓斗抓取力逐渐增大的优点，斜压式抓斗兼而有之。同时，斜压式抓斗是用高强度和刚度的斜压臂来代替长撑杆抓斗的侧撑杆，并降低了斜压式抓斗的上部支承结构的高度，从而使得抓斗结构的强度和刚度均可改善。

3 抓斗支承下铰点结构优化

一方面，在抓斗卸船机运行时，抓斗支承下的铰点销轴卡盘由于挤压会变形，严重时甚至发生会崩裂，维修周期长，销轴可能窜出，发生意外。同时，抓斗撑杆铰点和抓斗瓣上轴套长期使用时会发生磨损，磨损超标时，抓斗就不能使用，进行维修，但是维修时间长。因此，要尽快找到处理方法，延长抓斗运行周期。

从另一方面考虑，抓斗卸船机在运行中产生的卡板变形，会使卡板孔与销轴之间的配合间隙增大，抓斗在抓料过程中，矿粉会进入轴孔之间，导致销轴润滑不良。在闭合抓斗的过程中，由于很大扭矩的影响，抓斗的支撑杆在长期反复的应力作用下会导致支撑杆的焊接点开裂，就会引起抓斗撑杆断裂事故的发生。所以，很有必要对抓斗卸船机的抓斗支承下的铰点进行优化。

第一，从新选取销轴与卡盘孔的配合标准，确保在卸船机抓斗运行时卡板孔与销轴之间的配合间隙不会增大；同时在保证其他最优化条件下，选择不易变形、强度高的材料，确保卡盘不变形，从而保证仅仅只是轴和套之间的磨损，而不会损伤主体结构，在轴套磨损严重时只需更滑轴套而不需大修。第二，使用自身带密封套的销轴来解决销轴润滑不良的问题。此销轴设计时，将其润滑油道设计在密封套里面，从而不管外界的卡盘是否变形，配合间隙会不会增大，都会有效的阻止矿粉的进入，确保抓斗卸船机抓斗支承下铰点的自由转动。

4 抓斗卸船机梁结构优化

抓斗卸船机典型结构的前后大梁一般设计成矩形梁（如图1所示），优点是小车经过大梁铰点处，可以没有冲击的自由渡过，所需材料多、截面积大、自重大；所以针对梁的宽轨进行优化，优化结构后的前后大梁其截面是T形，好处是节省材料、截面积小、自重轻，缺点是这样的优化设计会因为空间局限性，小车经过大梁的铰点只能利用如图所示的窄轨渡过，但只要再在此基礎上把局部的细节进行优化，该处的冲击可忽略。

5 抓斗卸船机支撑结构优化

抓斗卸船机典型结构中，机房底架通过螺栓，分别与卸船机主结构支架的H 形梁和陆侧上横梁相连接，从而支撑起来的，H形梁和陆侧上横梁的这种连接方式使得其辅助支撑增多，使得抓斗卸船机的质量增大，同时由于过度固定的超静定，螺栓在设计时，考虑位置、力等因素，情况复杂。而且在卸船机使用初期时，

需要经常检查各个螺栓的使用、失效情况，防止螺栓松动、剪断，过多的螺栓导致工作繁琐。由于抓斗卸船机经常在海上托运，所以必须考虑海上浪潮、风暴等极端工况下的情况。此时情况就会更加复杂，螺栓在考虑3个方向的加速度惯性力的共同作用下，为确保螺栓的安全系数，尽量选择大尺寸的螺栓，而这既不经济，情况改观不大。所以选择优化结构运用铰接形式，第一，利用主铰轴把机房底架和陆侧上横梁连一起，第二，利用楔块把主铰轴和陆侧上横梁在大车方向固定，第三，在机房底架海陆侧增加连接撑杆与后大梁连接。这样的优化设计会使机房底架的受力数量减小非常明确，同时由于该种支撑结构取消了辅助支撑，结构质量大大减轻。

通过有限元分析得到，分别将两种形式的抓斗卸船机做简单分析对比（如表1所示），优化设计后，优化后的卸船机相对于典型卸船机的整体质量可降低8%左右。

6 结束语

抓斗卸船机作为一种连续运输货物的大型机械设备之一，其运行成本、运行故障的降低对于提高整个工作的效率有着至关重要的作用。文章通过对抓斗卸船机的一些结构进行优化，希望对有关公司对于抓斗卸船机的设计进行优化，尽量降低自重，降低生产成本，保证质量。

参考文献

[1]林继钦，苏超.桥式抓斗卸船机典型结构与结构优化的对比分析[J].起重运输机械，2014（6）：54-59.

[2]陈洁，陈再兴.桥式抓斗卸船机与链斗式连续卸船机的比较与研究[J].起重运输机械，2013（2）：100-103.