桥式抓斗式卸船机抓斗运行轨迹分析论文

桥式抓斗式卸船机抓斗运行轨迹的分析摘要：桥式抓斗卸船机是用来装卸散装货物的重要设备，主要应用在公用码头，钢铁生产企业的原、燃料专用码头，火力发电厂的原料码头等场所。对抓斗的运行轨迹进行分析，以便下一步对卸船机的起升开闭速度、起升开闭加速度、小车运行速度、小车运行加速度、抓斗、潮位、船型等相关技术参数进行匹配，使卸船机的生产率最优化。

关键字：桥式抓斗卸船机抓斗运行轨迹

中图分类号：k928.78 文献标识码：a 文章编号：

本文的目的是如何在给出抓斗起升开闭速度、起升开闭加速度、小车运行速度、小车运行加速度、抓斗、潮位、船型等相关技术参数后，对抓斗的运行轨迹进行分析，以便下一步对卸船机的相关技术参数进行匹配，使卸船机的生产率最优化。

首先对卸船机的实际工况进行分析，抓斗从船舱闭斗抓取物料—抓斗提升—小车向陆侧运行—抓斗到达料斗上方—抓斗开斗卸料—小车向水侧运行—抓斗下降—到达船舱物料面，这是完整的一个工作循环。在卸船机的实际运行中，为了最大程度的提高卸船机的工作效率，熟练的司机往往在抓取物料后出舱的阶段就控制抓斗一边提升，一边向陆侧运行。在最后的抓斗达到料斗上方开斗卸料的阶段，司机也往往不会等待抓斗静止后才开斗，而是利用抓斗的摆动，当抓斗摆动到最大幅度是开斗卸料。

根据实际运行和操作的经验，我们对卸船机的小车运行速度曲

线进行优化后，可以较好地将抓斗的摆动控制在一定的范围内，大大消除抓斗摆动的现象。。开始阶段，小车以a的加速度水平方向加速，当小车运行速度加速到额定速度的50%时，设置了1.5~2秒的小车匀速运行时间,由于钢丝绳的特性，抓斗将相对小车继续向前运行，这样就缩小了抓斗与小车的相对位置，当抓斗接近小车中心位置时，小车继续以a的加速度加速到额定速度。当接近料斗上方预先设定的卸料点时，小车开始以a的减速度做减速运动，当速度减少到额定速度的50%时，我们同样设置了1.5~2s的小车匀速运动时间，为抓斗摆动抛料做好准备。匀速匀速运动后，小车继续以a的减速度直到小车停车。完成卸料后，抓斗以较小的摆动停留在小车中心附近，为小车下一个工作阶段做好准备。

根据以上分析及卸船机工作的实际情况，为了简化计算，建立数学模型给出如下假设：在小车的任意位置，都有x小车 = x抓斗（即忽略抓斗相对于小车的摆动现象）。同样为便于分析，以卸船机在额定生产率的工况下进行研究。根据行业惯例，桥式抓斗卸船机额定生产率一般指设计船型在平均潮位，物料面在中等舱位工况下的卸船效率（单位：吨/小时）。

图1-1 卸船机生产率分析数学模型图

为了更清晰的分析桥式抓斗卸船机抓斗从船舱到料斗卸料、料斗返回船舱抓料的过程，绘制了图1-2桥式抓斗卸船机工作循环表（x轴代表速度，y轴代表时间）。我们约定当桥式抓斗卸船机四卷

筒机构中起升卷筒收绳时速度为正，扬绳时速度为负，当牵引小车向料斗方向运行时速度为负，向船舱运行时速度为正。按照抓斗/小车的不同状态将整个卸船过程分了六个阶段：

图1-2 桥式抓斗卸船机工作循环表

a阶段（抓料闭斗阶段），这个阶段中，抓斗在四卷筒机构开闭卷筒的驱动下，经过t12闭合抓斗抓满物料;b阶段（抓斗提升阶段），抓斗抓满物料后，在四卷筒机构起升卷筒的驱动下，抓斗开始提升离开船舱向上提升，经过t24 的时间到达可以卸料的起升高度；c 阶段（小车向陆侧运行阶段）抓斗提升过程中，抓斗提升过程中，当满足安全离开船舱（即避开图3-1中的b点）和运行轨迹不碰撞料斗接料板（即避开图3-1中的a点）等要求后，小车在四卷筒机构运行电机的驱动下，向陆侧运行，抓斗实现一边提升，一边陆行的斜线行动轨迹。通过小车加速-匀速-加速-匀速-减速-匀速-减速的运动，来消除抓斗相对于小车的摆动现象，经过时间tc后，抓斗水平运行至料斗上方预先设定的卸料点；d阶段（抓斗卸料阶段），当小车运行到料斗上方设定的卸料点，速度减速到零时，因为小车制动，我们可以根据之前的受力分析，抓斗开始向前摆动。当达到设定的抛料点位置后，打开抓斗，物料开始有一个水平方向的初速度抛向料斗内，经过时间t56( t56= t12)后完成卸料。e阶段（小车向江侧运行阶段），抓斗完成卸料后，小车又在四卷筒机构的驱动下向水侧运行，加速-匀速-再加速-匀速-减速-匀速-再减速，经

过时间t68( t68= t35 )过程到达船舱抓料点的上方。f阶段（抓斗下降阶段），当小车向水侧运行一段时间后，当满足抓斗运行轨迹不碰撞料斗接料板（即避开图1-1中的a点）和安全进入船舱（即避开图1-1中的ba点）等要求后，抓斗开始下降，经过时间t79( t79= t24 )最终到达船舱物料面。

设t为完成一个工作循环的总时间(秒），由以上分析和图1-2

可求得t = t12+ t24 + t45 + t56 +t67 + t79。当小车运行加速度、速度，起升开闭加速度、速度确定时， a-f各阶段的单位时间也是确定的，能够缩短工作循环时间t，提高卸船机的生产率的只能是减小图1-2中的t45、t67的值，表现在卸船机上就是在抓斗提升中小车尽早开始向陆侧运行，小车向船舱运行中抓斗尽早开始下降。因此在这前提下，决定抓斗斜线轨迹、卸船机生产率的只有2个因素：

抓斗能否安全出入船舱舱口（如图3-1中的a点）；

抓斗能否安全越过接料板（如图3-1中的b点）；

参考文献：

张奇兴.四卷筒牵引桥式抓斗卸船机.港口装卸，1999.

王立平.四卷筒抓斗卸船机抓斗开闭及悬垂钢丝绳跳动研究，武汉理工大学，2008

马丽.港口卸船机抓斗运行轨迹优化方法研究，武汉理工大学，2008