浅谈装船机伸缩臂架处理.docx

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1、浅谈装船机伸缩臂架处理李建光（神华黄骅港务有限责任公司，河北沧州，061113）摘要：针对港口装船机臂架具有伸缩功能的特殊性，总结了典型的装船机臂架伸缩问题，提出港口装船机伸缩问题的改造措施。针对伸缩轨道产生塑性变形，提出整改措施；针对伸缩减速机损坏，提出相应的整改措施；针对支撑轮缘磨损，提出整改措施；防止重复发生装船机伸缩臂架从主臂架上坠落，设计出定位止挡轮。通过上述技术措施，提升了装船机臂架伸缩运动的精准度，增加了伸缩运动的平稳性和可靠性，保障了装船机臂架的安全运行。关键词：装船机臂架伸缩问题处理中图分类号：U653.298+.1文献标识码：A文章编号:1674-8492（2019）01-

2、076-04作者简介：李建光（1983-）,男，高级工程师，现任职于神华黄骅港务有限责任公司，主要从事有限元分析工作。Te1:13513173980,E-mai1:5069894751问题描述二期装船机S16（6#装船机，以下简称S16）的（申缩臂架在伸缩过程中臂架偏斜，即臂架在伸缩过程中除了具有前后的速度外，还伴随着一个数值较小的横向速度。尽管装船机伸缩臂架的横向速度很小，但是横向式不允许有位移。S16在伸缩过程中，明显存在啃轨道现象，S16装船机伸缩臂架有脱落的危险，而且由于伸缩的偏斜，伸缩轨道产生了严重的塑性变形、开裂等问题，伸缩齿轮断裂、伸缩减速机开裂等问题伴随而生，如图1所示。图1S

3、16装船机伸缩轨道损坏2装船机臂架伸缩问题原因分析对主流S1型6000th的装船机臂架伸缩进行分类，目前主要有2种：左右各一套电机、联轴器、减速机驱动同一根齿轮轴，1根齿轮轴上安装了左右对称的2个齿轮，小齿轮驱动齿条传动。这种驱动同步性较好，不存在驱动偏斜的情况，但是两侧的受力可能会不均，经常出现减速机输入轴断轴的情况。有4组电机、联轴器、减速机单独驱动4个齿轮，中间齿轮是独立的，靠变频器每2组安装1个变频器，一个是主驱动，另一个是变频器力矩跟随。这样力矩相对均匀，出现较多的是臂架伸缩偏斜、伸缩减速机损坏、伸缩制动器损坏等问题。究其原因是左右伸缩驱动不同步，臂架就会偏斜，臂架重量太大，造成伸缩

4、轨道碾压伸缩支撑轮，伸缩支撑轮的轮缘阻挡臂架偏斜，造成轮缘与伸缩轨道的塑性变形，有了塑性变形后，又会加剧碾压的变形速度，形成恶性循环。由于臂架的伸缩偏斜，臂架重量较大，造成驱动承受外载荷大，减速机固定螺栓松动、减速机外壳破裂等问题；由于臂架偏斜，臂架重力的分力左右到各个伸缩传动齿轮上，造成伸缩传动齿轮齿形剥落、断齿等问题。而且这种装船机在设计上采用了伸缩驱动齿轮位于齿条上方的设计，导致现场运煤等散料作业，异物多落入齿条上，异物与齿条上的润滑脂粘结在一起，齿轮驱动过程中。将这些异物压实，通过伸缩小臂架翼子板与水平定位轮的最近距离的测量，可以测出伸缩位置与臂架倾斜的速度。伸缩距离越大，距离左侧水平

5、定位轮的距离越近，说明向前伸缩过程中，臂架逐渐向左倾斜。采集臂架伸缩位置与水平轮的位置变化，定位臂架在伸缩过程中的倾斜数据量，见表Io表1轮与翼子板之间的距离位置距离左右前9.85272前10.85074前12.84080前16.83682后9.834253对装船机臂架伸缩问题进行技术改造S16伸缩存在着诸多问题，从多方面对其进行技术改造：打磨伸缩轨道。改造伸缩减速机壳体。更换伸缩制动器，更换伸缩支撑轮、再次增加伸缩水平定位轮。平时注意对伸缩齿条润滑保养，并及时挖出多余的煤泥，防止堆积固体物质影响齿轮啮合，造成伸缩支撑轮、伸缩反压轮损坏。3.1 轨道打磨由于伸缩轨道多处出现塑性变形，形成多处铁

6、瘤子，伸缩轨道在伸缩轮上承载着装船机伸缩臂架的重量，来回做伸缩运动过程中，对伸缩支撑轮轮缘的磨损巨大。同时伸缩轨道也承受着轮缘给轨道的巨大反作用力，造成伸缩轨道的塑性变形增大。为了减小轨道对轮缘的磨损，同时降低轨道的进一步破坏，对轨道上的铁瘤子进行打磨，施工工艺采用角磨机打磨，如图2所示。由于打磨掉了铁瘤子，轨道接触面的接触性能提升，粗糙度下降，同样接触强度下，磨损速度继续下降。3.2 图2伸缩轨道打磨3.3 伸缩减速机改造由于减速机壳体经常平破裂，将减速机壳体由原来的铸铁零件，改造为锻钢零件；由于壳体为旋转件，因此采用钢板旋压加工，钢件纤维的走向与零件的形状一致，承载能力得到了提高。减速机壳

7、体链接盘部分原来为铸造，现在采取翻边冲压加工模式，使得减速机的固定链接盘的承载能力得到了提升。虽然减速机的额定功率仅为电机的1/4,但是经过技术人员的持续改造，减速机的承载破坏的能力有了提高，与伸缩驱动电机基本匹配。3.4 伸缩支撑轮更换由于S16伸缩轨道长期压榨磨损伸缩支撑轮，伸缩过程中，臂架向一侧倾斜，造成伸缩支撑轮轮缘严重磨损，严重磨损的支撑轮由于轮缘定位的作用降低，致使臂架横向倾斜更加严重，臂架的倾斜导致伸缩轨道磨损严重，形成恶性循环。因此，更换伸缩支撑轮，将伸缩支撑轮领出，拆掉新轮的轴，将伸缩支撑轮安装上，链接润滑油管、试车。3.4更换伸缩制动器由于伸缩不同步，导致制动器在停止臂架伸

8、缩运动时，8组伸缩制动器所受的力不同，某些伸缩制动器必定先损坏。由于日积月累，有一个制动器承受所有的伸缩驱动惯性力，该制动器必然失效。一旦该制动器失效，便不再参与制动，而后其他的制动器也随后失效。因此，将失效的制动器更换，调整制动器的同步性，保证4组工作制动器首先同时工作，随后4组安全制动器也同时工作。将制动失效的制动器拆除、更换，而后调节制动力矩与制动距离，保障制动的同步性。因此，在更换伸缩支撑轮时，将失效的伸缩制动器更换，并调整制动力矩和开口大小的丝杠调节螺杆。3.5增加伸缩定位轮防止伸缩臂架脱落伸缩轨道水平轮要想挡住臂架的偏移，水平轮支架要承受住臂架的倾斜力。通过4组水平定位轮，将伸缩臂

9、架定位到一定的范围内，防止小臂架掉到主臂架上。首先测量小臂架翼子板距离主臂架小横梁上面的跳动距离，设计轮子的厚度为跳动距离的2倍，防止翼子板跳出轮缘，影响定位效果；而后设置工字钢支撑柱，具有较高的抗弯模量；焊接槽钢斜拉，优化水平定位轮支架的受力效果，如图3所示。水平轮具有位置调节功能，可以微调水平轮的位置，而且水平轮具有安装框架，可以随时更换框架及水平轮。图3S16装船机水平定位轮及支架安装设计水平定位轮支架的截面尺寸，首先要确定支架所承受的最大载荷；再根据材料的许用应力，根据材料力学的强度准则、可计算出最小截面尺寸。伸缩驱动由4个独立的驱动系统，分前后两排，前排由1个变频器控制，但是前排左右

10、2个电机之间没有控制，后排左右2个电机由另外1个变频器控制；同样后排的左右2个电机之间没有控制，但是后排的变频器设立了力矩跟随前排变频器的力矩。电机带动行星减速机，行星减速机带动小齿轮，小齿轮驱动1个大齿轮，大齿轮同轴设置了1个驱动齿条伸缩的摆针齿轮，齿条上都是圆柱型齿形。减速机的减速比为114.61,小齿轮齿数为Z1=20,大齿轮齿数为Z2=68,驱动齿轮齿数为z3=9,模数m=55.7,与齿柱啮合的分度圆。501.34mmo传动齿轮形成的外在减速机的减速比为i=Z2Ia=68/20=3.4,则整个传动系统的减速比为I=114.613.4=389.674o在正常情况下，伸缩电机的输出扭矩为：

11、T=955叶=9550龄=382(Nm)式中，丁为伸缩电机输出扭矩，Nm;尸为电机功率，kW;。为电椭专数，Rmino已知电动机的扭矩和减速机的传动比，减速机的输出力矩为电动机的输出力矩与减速机的传动比相乘的乘积，再乘以减速机外的减速齿轮组形成的减速机比。减速齿轮伸缩驱动齿轮处的驱动扭矩为：7；=382389.674=148855.468=148.9(kNm)驱动齿轮距离伸缩臂架中心的距离是230Omm,由于伸缩齿轮左右的伸缩力不均匀，会造成伸缩臂架伸缩的扭转力矩。驱动齿轮对伸缩齿条的推动力为：F=给=2x1常XIO?=5956X103(N)=595.6(kN)式中，尸为驱动小齿轮对齿条的推力

12、，kN;G为小齿轮上的扭转力矩，Nm,。为小齿轮分度圆直径，mo当减速机壳体损坏后，减速机左右两侧的推力不损坏的一方增加1倍，损坏部分则完全丧失推力，考虑到其损坏有个过程。因此假设驱动齿轮的最大不平衡度为50%,则伸缩不平衡力形成的回转力矩为：7；=F2.32=595.6X4.6=2739.76(kNm)式中，T3为伸缩驱动左右推力不一致形成的回转力矩，kNm;尸为驱动小齿轮对齿条的推力，kNo伸缩定位轮距离伸缩驱动的距离为5m,则伸缩轮所承受的支撑力为：F2=548(kN)式中，F2为伸缩定位轮对伸缩臂架的推力，kN；73为伸缩驱动左右推力不一致形成的回转力矩，Nmo取水平轮的支撑杆为研究对

13、象，根据理论知识可知，应用静力平衡方程，斜支撑为二力杆，对其下方与水平小横梁焊接的地方取力矩，根据力矩平衡公式，列方式：7；COS45。X1200-尺X1500=0式中，F2为伸缩定位轮对伸缩臂架的推力，kN;乙为斜支撑对水平轮支撑杆的作用力，kNo则有：了151HF21500*548QAQfkKh刀=1200Xcos45。=,=969(kN)1200X-由此可求得，伸缩定位轮支架主立柱的受力弯矩，如图4所示。F2=548kNo,.168kNm、演图4S16装船机水平定位支架主立柱的弯矩及截面尺寸立柱截面的惯性矩为：I=200dy200+dy=1.331011+2W7=1.331011(mm4

14、)=0.133(m4)因此，立柱上受力的最大点的应力值为：例ma7；sin45=-7-+-A-168X1-0.1969X2=0.133+0.20.022+0.160.2=1.26W5+1.7W4=1.43W5(Pa)由此可知，立柱的强度足够，即使是突发事件或者是碰撞瞬间，立柱也有足够的强度保持自身的机械性能。由于单靠立柱，其许用应力大于所受应力的上千倍，而斜支撑起到稳定结构的作用。4结束语本次技术改造，通过伸缩轨道的打磨、伸缩支撑轮的更换、伸缩减速机的改造以及伸缩制动器的更换，尤其是增加了水平定位轮，有效地防止了S16装船机伸缩臂架的坠落，提高了装船机的伸缩臂架的安全性，以及伸缩驱动和支撑的使

15、用效果和使用寿命。S16装船机多年来的运行，改造前S16伸缩驱动少则半年，多则一年半就会出现伸缩驱动问题，通过改造后，设备平稳运行了两年半，未出现过伸缩驱动故障，提高了设备运行的可靠性。参考文献：1哈尔滨工业大学理论力学教研室.理论力学M.哈尔滨：哈尔滨ZD1k大学出版社，2002:27-28.2赵九江，张少实，王春香.材料力学M.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社995:50-61.BriefDiscussionaboutTreatmentofArmSupporfsStretchofShip1oarder1IJianguang(ShenghuaHuanghuaHarbourAdministration1imited1iabi1ityCompany,Cangzhou1Hebei1061113)Abstract:Inviewoftheparticu1arityofthearmsupportwithstretchfunctionofship1oaderinport,thispapersummarizesthetypica1stretchprob1emsofarmsupportofshi