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散貨碼頭堆取料機(jī)選型淺析

文檔作者：楊正貌張婷文檔來源： 1．中交機(jī)電工程局 2．江蘇理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院		點擊數(shù)：	更新時間： 2021年06月07日
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散貨碼頭堆取料機(jī)選型淺析
Academic
學(xué)術(shù)
楊正貌 張婷
(1．100000 中交機(jī)電工程局 北京 2．213001 江蘇理工學(xué)院機(jī)械工程學(xué)院 江蘇 常州)
摘要：對港口散貨作業(yè)一般分為裝船碼頭和卸船碼頭，北方港口以裝船碼頭較多，南方以卸船碼頭較多．裝船碼頭主要由翻車
機(jī)、堆取料機(jī)(或者堆料機(jī)：取料機(jī))、裝船機(jī)、地面皮帶機(jī)等設(shè)備組成。在滿足工
的情況下。設(shè)備如何選型．并以最低的成本制造出滿足業(yè)主需求的機(jī)器，是十分重要的。
關(guān)鍵詞
1．堆取料機(jī)選型思路的組成部分
1．1滿足裝船碼頭工藝功能要求。
1．2保證每一個機(jī)構(gòu)、部件能最好的
適其作業(yè)要求。
1．3極限有效的使用結(jié)構(gòu)材料。
1．4綜合分析機(jī)器的穩(wěn)定性。
注：還應(yīng)考慮用戶特別需求，尤其
是對老港口改造或擴(kuò)容，設(shè)備選型時盡
量減少備件的種類， 為了保證設(shè)備安全
可靠適當(dāng)放大安全系數(shù)是有必要的，總
之，以最小的成本，選出最合理可靠機(jī)
型為目的。
2．堆取料機(jī)選型
2．1堆取料機(jī)的主要參數(shù)的確定。
2．1．1按照能力大小國內(nèi)一般可分為
小型、中型、大型，具體參數(shù)如下表：
堆取率}機(jī)主-’散一1 小戥一 申型一 大0b
疆窟l巴力 f 63ot／h， 40o0t／h以．
●t*^ I 25r35~． 551以．b
E— I (22t
2．1．2整機(jī)外形尺寸：
整機(jī)重量是由懸臂長度和額定能力
決定，懸臂長度與料堆寬度有關(guān)一般懸
臂長度R=料堆寬度一1Om以內(nèi)較為合理，
鑒于整機(jī)穩(wěn)定性的考慮，堆取料機(jī)的，
懸臂長度和軌距必須有效的匹配，一般
臂長與軌距之比選為5或6，對于整機(jī)穩(wěn)
定性較為合理。
2．2堆取料機(jī)俯仰機(jī)構(gòu)選型。
目前國內(nèi)俯仰機(jī)構(gòu)型式主要有兩種
型式：
2．2．1蹺蹺板型式。具體如下圖
優(yōu)點：結(jié)構(gòu)簡單，工作可靠；機(jī)體
的尾部半徑小，并能達(dá)到完全平衡的目
的。
缺點：因此種型式的俯仰機(jī)構(gòu)尾部
較長，避免尾配重與煤堆干涉，因此要
求左右兩側(cè)煤堆的間距較大，r的長度受
到主機(jī)整體布置條件的限制，因而配重
的重量大，配重對主機(jī)穩(wěn)定性起的作用
不能充分發(fā)揮，主機(jī)的整體布置比較困
表1
安全作業(yè)要求
析．
項目 _- 點支承 四點支承
理論上， 這種結(jié)構(gòu)形式最 對旋轉(zhuǎn)體穩(wěn)定性舄布I 。穩(wěn)定性
穩(wěn)定性
好 較好， 易使腿壓相等
適應(yīng)不均勻下沉。任何時
對軌道不均勻沉降 設(shè)計時考慮地基出現(xiàn)不均勻下{冗
侯都能保持各腿承載相反
適應(yīng)性 時任意三腿都可以行走
也容易加劇均勻下沉
為使腿壓相等，旋轉(zhuǎn)體中 旋轉(zhuǎn)體中心對稱布置在軌距的中
旋轉(zhuǎn)體中心位置
心偏I(xiàn) 在軌距的2／3處 心，最適用于兩側(cè)為堆場的設(shè)備
設(shè)計應(yīng)保證支腿有足夠的
腿部對垂直軸的力矩容易對應(yīng)構(gòu)
門架強(qiáng)度及結(jié)構(gòu) 扭轉(zhuǎn)剛度． 對變形三支點
造容易獲得足夠的強(qiáng)度
結(jié)構(gòu)構(gòu)造較為復(fù)雜
比四點支承輕但對變形_-
重t 支點(_-點四腿)結(jié)構(gòu)重 比-點銷重
t 銷微增加
應(yīng)用實例 堆料機(jī)、取料機(jī)、堆取料 裝船機(jī)、卸船機(jī)、門座起重機(jī)等
機(jī)
難等缺點。比較適合小型堆取料機(jī)。
2．2．2四連桿活配重型式(黃驊港、
曹妃甸國投煤碼頭等堆場大型設(shè)備均采
用此種形式)。
優(yōu)點：可以大大減少配重的重量，
臂架系統(tǒng)布置方便，配重對主機(jī)的穩(wěn)定
性的作用有顯著效果，比較適合中型和
大型堆取料機(jī)。
此種型式的配重可以放在回轉(zhuǎn)部分，
也可放在俯仰裝置上，但必須在通過臂
架中心線的垂直平面內(nèi)，正確設(shè)計俯仰
機(jī)構(gòu)的平衡，把回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的合力作用于
回轉(zhuǎn)環(huán)的中心線上，使用整機(jī)重量均勻
分布在門腿上，這是非常重要的。同時
在俯仰作業(yè)時使得上部結(jié)構(gòu)重心位移最
小，同時設(shè)計選型時使配重到其樞軸點
之間的距離值相當(dāng)于懸臂重心到其樞軸
點的距離值，可以使得堆取料機(jī)在俯仰
作業(yè)時使得上部結(jié)構(gòu)重心位移最小。
2．3堆取料機(jī)走行機(jī)構(gòu)選型
軌道設(shè)備走形機(jī)構(gòu)型式一般可分
四點四腿支撐、三點支撐、三點四腿支
撐(變相點支撐)三種型式。(具體如
下圖)
走形機(jī)構(gòu)的選型主要根據(jù)基礎(chǔ)承載
能力來選擇，并采用超靜定系統(tǒng)設(shè)計，
將垂直力傳遞到軌道上。走形型式特點
比較表如表1。
走行傳動機(jī)構(gòu)一般根據(jù)機(jī)器的迎風(fēng)
表面積和規(guī)定的工作風(fēng)速至少有總輪數(shù)
1／2為驅(qū)動輪，在許多場合甚至2／3為驅(qū)
動輪目前普遍采用三合一(電機(jī)+制動
器+減速機(jī))有立和臥式兩種布置，輸
出軸為套裝式，結(jié)構(gòu)緊湊無開式齒輪。
2．4旋轉(zhuǎn)支承型式的確定， 目前用于
單機(jī)設(shè)備支承有兩種型式(如表2)。
由于堆取料機(jī)的回轉(zhuǎn)速度并不高(一
般最大旋轉(zhuǎn)速度為0．2rpm左右)，故對
速度低的來講壽命影響不大，而大直徑
軸承的損壞及其隨后的更換從投資費用
和影響生產(chǎn)的角度來看，都要付出很高
的代價，制造周期長，軸承毛坯需按大
中國機(jī)械Machine China 61
Academ ic
學(xué)術(shù)
表2
項目 三點支承 四點支承
理論上。這種結(jié)構(gòu)形式最 對旋轉(zhuǎn)體穩(wěn)定性易布置，穩(wěn)定性
穩(wěn)定性
好 較好． 易使腿壓相等
適應(yīng)不均勻下沉． 任何時
對軌道不均勻沉降 設(shè)計時考慮地基出現(xiàn)不均勻下沉
候都能保持各腿承載相反
適應(yīng)性 時任意三腿都可以行走
也容易加劇均勻下沉
為使腿壓相等， 旋轉(zhuǎn)體中 旋轉(zhuǎn)體中心對稱布置在軌距的中
旋轉(zhuǎn)體中心位I 一
心偏置在軌距的2／3處 心。最適用于兩側(cè)為堆場的設(shè)備
設(shè)計應(yīng)保證支腿有足夠的
腿部對垂直軸的力矩容易對應(yīng)構(gòu)
門架強(qiáng)度及結(jié)構(gòu) 扭轉(zhuǎn)剛度。對變形三支點
造容易獲得足夠的強(qiáng)度
結(jié)構(gòu)構(gòu)造較為復(fù)雜
比四點支承輕但對變形三
重量 支點(三點四腿)結(jié)構(gòu)重 比三點銷重一
量銷微增加
應(yīng)用實例 堆料機(jī)、取料機(jī)、堆取料 裝船機(jī)、卸船機(jī)、門座起重機(jī)等
機(jī)
型水壓機(jī)進(jìn)行鍛造安裝后需安密封嚴(yán)密，
防止灰塵進(jìn)入，要有良好的潤滑條件。
否則會大大縮短使用壽命、最大優(yōu)點使
整機(jī)重心降低受力好，穩(wěn)定(整機(jī))好
等優(yōu)點。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)目前均采用分體式(臥
式)電機(jī)+力矩聯(lián)軸節(jié)+制動器+行星
減速機(jī)及立式四合一電機(jī)+力矩聯(lián)軸節(jié)+
制動器+立式行星減速機(jī)。一般小型采
用一個驅(qū)動裝置對于大型s／R需要兩個
或兩個以上驅(qū)動裝置，對結(jié)構(gòu)受力均勻
有一定好處。
2．5懸臂結(jié)構(gòu)。
2．5．t懸臂結(jié)構(gòu)型式有采用圓管斷
面，維修抗扭性好，還有三角行桁架結(jié)
構(gòu)板梁結(jié)構(gòu)等結(jié)構(gòu)能降低重量，從結(jié)構(gòu)
力等觀點桁架比較省料從制造維修觀點，
板梁結(jié)構(gòu)比較簡單，但用料較多， 比桁
架結(jié)構(gòu)重25％左右，在堆取料機(jī)懸臂采
用板梁和桁架結(jié)構(gòu)較為合理。機(jī)器的輕
巧和靈活性，隨之而的可能是共振問題，
即某些構(gòu)件的應(yīng)力增大，其固有頻率接
近于產(chǎn)生作業(yè)的某種頻率，知道了繞度
值，認(rèn)識到斗輪及其驅(qū)動機(jī)構(gòu)可能是臂
架的激振機(jī)構(gòu)， 因此對臂架做振動分析
并且對引起共振的可能性做出評價是非
常必要的。堆取料機(jī)臂架的應(yīng)力的產(chǎn)生
主要是由以下幾個方面組成：① 由自重
載荷。(即)② 控取力和物料產(chǎn)生最大
可變載荷共同作用所產(chǎn)生的應(yīng)力。(即)
③ 由極端事件(颶風(fēng)、地震或事故塌方等)
所導(dǎo)致偶然載荷。(即)
這樣設(shè)計應(yīng)力為屈服強(qiáng)度80％一90％，
而自重載荷產(chǎn)生的應(yīng)力是屈服強(qiáng)度的
60％。
參照FEM(散貨連續(xù)裝卸機(jī)械設(shè)計規(guī)
范)載荷組合表④疲勞比較設(shè)計， 目前
61 中國機(jī)械MachIne China
對受疲勞的結(jié)構(gòu)的設(shè)計是允許一定的應(yīng)
力范圍內(nèi)，該范圍取決于循環(huán)次數(shù)，應(yīng)
用最廣的結(jié)構(gòu)鋼表現(xiàn)出明顯弱點， 由于
疲勞強(qiáng)度的減少是由表面缺陷和引入接
頭所致(如黃驊港司機(jī)室掉落)。
2．6斗輪的結(jié)構(gòu)與驅(qū)動方式(結(jié)構(gòu)型
式及主要參數(shù)確定)
2．6．1斗輪可分為有格式與無格式兩
種型式。
(1)有格式斗輪主要用于礦石。
(2)無格式斗輪一般用煤炭，不適
用粘性物料，因為斗和環(huán)形空間物料過
量壓向環(huán)形槽(圓弧板)很可能會使粘
性物料硬結(jié)。
無格式斗輪比有格式斗輪速度快，
但由于圓弧板之間摩擦力， 因此功率大
約是有格式斗輪的2倍。
2．6．2斗輪速度確定
由于重力卸料，對挖取速度及控取
阻力選定有一定要求，極限速度其中r
是斗輪切割圓的半徑，g為重力加速，此
時為理論控取速度實際是達(dá)不到，據(jù)有
關(guān)資料當(dāng)工作條件良好時，無格式(開
式斗輪)斗輪的實際達(dá)到的最高控取速
度為理論極限速度的50％左右，對粘性
物料挖取速度更降低：
有格斗輪V=(0．25—0．31)F
無格式斗輪Vl=(0．33—0．51)F1
當(dāng)物料為常規(guī)煤種時
無格式斗輪V：(0．38—0．51)F
當(dāng)物料為礦石時
有格式斗輪Vl=(0．33—0．46)F1
斗輪到達(dá)前臂架皮帶機(jī)的最終卸出
有一定的時間限制，接近2S一3S，為確保
散料卸清斗輪必須有足夠的慢的速度旋
轉(zhuǎn)， 以使斗子里料有充裕時間到達(dá)卸料
槽。
挖取阻力選定w=煤x (煤=15．5kg／
cnl， 礦石=30kg／cm)。
2．6．3斗輪驅(qū)動一般有兩種方式：
① 電機(jī)+液力耦合器、行星減速機(jī)
等組成。
②低速大扭距液壓馬達(dá)。
液壓驅(qū)動結(jié)構(gòu)形式簡單整機(jī)布置合
理，運行故障少過載保護(hù)性能得到很好
的改善。
由于液壓系統(tǒng)平穩(wěn)，慣性非常小(起
／停)及反轉(zhuǎn)對驅(qū)動無影響沖擊力小等優(yōu)
點。
省掉減速機(jī)直接安裝在被動軸上，
體積小(緊湊)重量輕， 噪音低安裝方
便，不用對中或其他設(shè)計安裝設(shè)備維護(hù)
工作量小，液壓驅(qū)動整機(jī)重量可減輕約
60t一70t(動力站5．5t+液壓馬達(dá)7t)
=12．5t機(jī)械驅(qū)動(電機(jī)4．6t+行星減速
機(jī)11．5t+液力耦合器2t)=18t設(shè)計簡
單內(nèi)曲線徑向柱塞式，是一個平衡無死
區(qū)的設(shè)計內(nèi)部配件只滾動運作，沒有線
性摩擦，效率高，啟動扭力大，工作穩(wěn)
定最低速度可為零。
2．6．4斗輪軸為通軸(長軸)與半軸
優(yōu)缺點比較如下：
斗輪軸為牛軸型 斗輪軸為遁軸型(長軸型)+
1．斗地侏和斗輪疆動壤I枉于皮靜饑 斗輪體與斗輪疆勸市I于矗皮兩側(cè)僖
一倒．■心{丑矩■ 大 心扭矩小一
斗輪蕞一自t小一 由于長軸．因此斗輪冀1喜t大一
斗輪中心相對干量■上平面高虞憾斗輪 斗艷中心相對于量f幕上平面高度
最低點歪量霄捧下平面距=‘犬．取料工 矗．斗輪■堪點再量f蠕下面再鼻小．
藝性好 為了揮證挖瑕量高鞠料時蠹■ _聃F
不碰辯堆，因此料堆市I軌下不量太
躁
減小偏心扭矩辦法
① 斗輪驅(qū)動采用液壓馬達(dá)(低速大
扭矩)比機(jī)械驅(qū)動偏心載荷小得多
②將司機(jī)室布置在斗輪另一側(cè)
⑨ 懸臂中心向斗輪另一側(cè)偏一點角
度
④斗輪在水平面上向另一側(cè)傾斜。
3．結(jié)語
在滿足工藝功能和保證每個機(jī)構(gòu)和
部件安全作業(yè)要求的情況下，按照上述
方式選出最合理可靠機(jī)型，并以最低的
成本制造出滿足業(yè)主需求的機(jī)器，不僅
給同類的堆取料機(jī)選型提供借鑒，而且
有重要的理論和實踐指導(dǎo)意義，值得在
港口單機(jī)設(shè)備中推廣應(yīng)用。
參考文獻(xiàn)：
[1]港口技術(shù)．秦煤一期工程專輯．
[2]國外起重運輸技術(shù)一機(jī)部起重
運輸機(jī)械研究所．
[3]散貨連續(xù)裝卸機(jī)械設(shè)計規(guī)范．歐
洲機(jī)械裝卸聯(lián)合會．
[4]歐洲起重機(jī)設(shè)計規(guī)范．1998年修
訂版F．E．M標(biāo)準(zhǔn)．
[5]散狀物料的混勻與堆?。袊F
道出版社．

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