抓斗卸船機(jī)結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

摘 要：抓斗卸船機(jī)是港口機(jī)械的重要設(shè)備之一，速度快，效率高，整個(gè)碼頭的整體運(yùn)行效率因?yàn)樽ザ沸洞瑱C(jī)有著很大的提高，隨著經(jīng)濟(jì)的快速進(jìn)步，海陸運(yùn)輸已經(jīng)在運(yùn)輸行業(yè)扮演著越來越重要的角色。所以每個(gè)港口的碼頭盡可能大的船型，為提高整個(gè)系統(tǒng)的運(yùn)行效率，所以選取高效、可靠的抓斗卸船機(jī)。當(dāng)前，大型抓斗卸船機(jī)越來越多，它的安全平穩(wěn)運(yùn)行直接影響到公司效率，對(duì)整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也有了更高的要求。文章對(duì)抓斗卸船機(jī)從抓斗結(jié)構(gòu)、抓斗支承下鉸點(diǎn)結(jié)構(gòu)、梁結(jié)構(gòu)、支撐結(jié)構(gòu)方面進(jìn)行優(yōu)化，使抓斗卸船機(jī)的效率更高。

關(guān)鍵詞：抓斗卸船機(jī)；結(jié)構(gòu)優(yōu)化；分析

引言

抓斗卸船機(jī)是運(yùn)輸系統(tǒng)的主要設(shè)備之一，主要應(yīng)用在各類碼頭場(chǎng)所。同連續(xù)卸船機(jī)比較，抓斗卸船機(jī)雖然環(huán)境污染相對(duì)嚴(yán)重、整機(jī)質(zhì)量大以及效率相對(duì)比較低，但是它的運(yùn)營(yíng)成本相對(duì)較低、物料和船舶的適應(yīng)性好、船舶顛簸對(duì)其影響較小。越來越多的散貨船舶日趨大型化，抓斗周期要求越來越嚴(yán)格精確，對(duì)卸船機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)提出了更高的要求。

1 抓斗卸船機(jī)的基本構(gòu)成及其工作原理

抓斗卸船機(jī)是由前后大梁、前后門架、前后水平桁架、前后拉桿、小門架、斜撐桿、側(cè)桁架、機(jī)臺(tái)、料斗及支架等金屬結(jié)構(gòu)以及起升、開閉、小車運(yùn)行機(jī)構(gòu)（三者合而為一，簡(jiǎn)稱為四卷筒機(jī)構(gòu)）、變幅機(jī)構(gòu)、大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)等機(jī)構(gòu)以及抓斗和料斗接料系統(tǒng)、水噴霧防塵系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)等系統(tǒng)和移動(dòng)式司機(jī)室、檢修設(shè)施以及防爬器、錨定、系纜、保險(xiǎn)鉤、限位裝置等安全輔助設(shè)施等部件組成。

抓斗卸船機(jī)的工作原理為利用鋼絲繩的閉合運(yùn)動(dòng)，采用四繩雙顎板抓斗，開啟鋼絲繩，從船艙中挖掘物料后，閉合鋼絲繩，提起后跟隨小車前進(jìn)，再開啟鋼絲繩，松開抓斗，把物料卸載到安裝在門架上的料斗里，由此完成抓斗卸船機(jī)的工作，而后物料通過料斗下部的給料系統(tǒng)，被送到港口碼頭上面的皮帶輸送機(jī)上。

2 抓斗結(jié)構(gòu)優(yōu)化

目前一些港口，抓斗卸船機(jī)的抓斗到現(xiàn)在還使用長(zhǎng)撐桿抓斗，其設(shè)計(jì)時(shí)的撐桿材料為實(shí)心圓鋼，滑輪中心采用滑動(dòng)軸承進(jìn)行滾動(dòng)，閉合繩采用鋼質(zhì)鏈條，自重大，同時(shí)鋼質(zhì)結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度難以滿足抓斗卸船機(jī)長(zhǎng)期、高負(fù)荷作業(yè)需要。此外，這種長(zhǎng)撐桿抓斗存在設(shè)計(jì)缺點(diǎn)，即在到達(dá)某位置后，顎鏟開始閉合，抓斗的抓取能力會(huì)逐漸變小，嚴(yán)重影響抓取量和效率。

斜壓式抓斗相對(duì)長(zhǎng)撐桿抓斗進(jìn)行技術(shù)改進(jìn)，利用切削力大的刃口替代傳統(tǒng)剪式抓斗的刃口，并且其抓斗張開度可根據(jù)抓取物流的比重大小進(jìn)行調(diào)節(jié)，不受抓舉力限制，從而可以在深挖作業(yè)時(shí)保證深挖能力和充填效率，兼具深挖和抓取力較大的特點(diǎn)。斜壓式抓斗相對(duì)于長(zhǎng)撐桿抓斗的結(jié)構(gòu)只是在斗體部分，會(huì)比長(zhǎng)撐桿抓斗的斗體少一個(gè)下橫梁，這樣既能減輕抓斗自身重量，也簡(jiǎn)化斗體的鉸接形式。這樣來說，長(zhǎng)撐桿抓斗能夠深挖和剪式抓斗抓取力逐漸增大的優(yōu)點(diǎn)，斜壓式抓斗兼而有之。同時(shí)，斜壓式抓斗是用高強(qiáng)度和剛度的斜壓臂來代替長(zhǎng)撐桿抓斗的側(cè)撐桿，并降低了斜壓式抓斗的上部支承結(jié)構(gòu)的高度，從而使得抓斗結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度均可改善。

3 抓斗支承下鉸點(diǎn)結(jié)構(gòu)優(yōu)化

一方面，在抓斗卸船機(jī)運(yùn)行時(shí)，抓斗支承下的鉸點(diǎn)銷軸卡盤由于擠壓會(huì)變形，嚴(yán)重時(shí)甚至發(fā)生會(huì)崩裂，維修周期長(zhǎng)，銷軸可能竄出，發(fā)生意外。同時(shí)，抓斗撐桿鉸點(diǎn)和抓斗瓣上軸套長(zhǎng)期使用時(shí)會(huì)發(fā)生磨損，磨損超標(biāo)時(shí)，抓斗就不能使用，進(jìn)行維修，但是維修時(shí)間長(zhǎng)。因此，要盡快找到處理方法，延長(zhǎng)抓斗運(yùn)行周期。

從另一方面考慮，抓斗卸船機(jī)在運(yùn)行中產(chǎn)生的卡板變形，會(huì)使卡板孔與銷軸之間的配合間隙增大，抓斗在抓料過程中，礦粉會(huì)進(jìn)入軸孔之間，導(dǎo)致銷軸潤(rùn)滑不良。在閉合抓斗的過程中，由于很大扭矩的影響，抓斗的支撐桿在長(zhǎng)期反復(fù)的應(yīng)力作用下會(huì)導(dǎo)致支撐桿的焊接點(diǎn)開裂，就會(huì)引起抓斗撐桿斷裂事故的發(fā)生。所以，很有必要對(duì)抓斗卸船機(jī)的抓斗支承下的鉸點(diǎn)進(jìn)行優(yōu)化。

第一，從新選取銷軸與卡盤孔的配合標(biāo)準(zhǔn)，確保在卸船機(jī)抓斗運(yùn)行時(shí)卡板孔與銷軸之間的配合間隙不會(huì)增大；同時(shí)在保證其他最優(yōu)化條件下，選擇不易變形、強(qiáng)度高的材料，確?？ūP不變形，從而保證僅僅只是軸和套之間的磨損，而不會(huì)損傷主體結(jié)構(gòu)，在軸套磨損嚴(yán)重時(shí)只需更滑軸套而不需大修。第二，使用自身帶密封套的銷軸來解決銷軸潤(rùn)滑不良的問題。此銷軸設(shè)計(jì)時(shí)，將其潤(rùn)滑油道設(shè)計(jì)在密封套里面，從而不管外界的卡盤是否變形，配合間隙會(huì)不會(huì)增大，都會(huì)有效的阻止礦粉的進(jìn)入，確保抓斗卸船機(jī)抓斗支承下鉸點(diǎn)的自由轉(zhuǎn)動(dòng)。

4 抓斗卸船機(jī)梁結(jié)構(gòu)優(yōu)化

抓斗卸船機(jī)典型結(jié)構(gòu)的前后大梁一般設(shè)計(jì)成矩形梁（如圖1所示），優(yōu)點(diǎn)是小車經(jīng)過大梁鉸點(diǎn)處，可以沒有沖擊的自由渡過，所需材料多、截面積大、自重大；所以針對(duì)梁的寬軌進(jìn)行優(yōu)化，優(yōu)化結(jié)構(gòu)后的前后大梁其截面是T形，好處是節(jié)省材料、截面積小、自重輕，缺點(diǎn)是這樣的優(yōu)化設(shè)計(jì)會(huì)因?yàn)榭臻g局限性，小車經(jīng)過大梁的鉸點(diǎn)只能利用如圖所示的窄軌渡過，但只要再在此基礎(chǔ)上把局部的細(xì)節(jié)進(jìn)行優(yōu)化，該處的沖擊可忽略。

5 抓斗卸船機(jī)支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化

抓斗卸船機(jī)典型結(jié)構(gòu)中，機(jī)房底架通過螺栓，分別與卸船機(jī)主結(jié)構(gòu)支架的H形梁和陸側(cè)上橫梁相連接，從而支撐起來的，H形梁和陸側(cè)上橫梁的這種連接方式使得其輔助支撐增多，使得抓斗卸船機(jī)的質(zhì)量增大，同時(shí)由于過度固定的超靜定，螺栓在設(shè)計(jì)時(shí)，考慮位置、力等因素，情況復(fù)雜。而且在卸船機(jī)使用初期時(shí)，需要經(jīng)常檢查各個(gè)螺栓的使用、失效情況，防止螺栓松動(dòng)、剪斷，過多的螺栓導(dǎo)致工作繁瑣。由于抓斗卸船機(jī)經(jīng)常在海上托運(yùn)，所以必須考慮海上浪潮、風(fēng)暴等極端工況下的情況。此時(shí)情況就會(huì)更加復(fù)雜，螺栓在考慮3個(gè)方向的加速度慣性力的共同作用下，為確保螺栓的安全系數(shù)，盡量選擇大尺寸的螺栓，而這既不經(jīng)濟(jì)，情況改觀不大。所以選擇優(yōu)化結(jié)構(gòu)運(yùn)用鉸接形式，第一，利用主鉸軸把機(jī)房底架和陸側(cè)上橫梁連一起，第二，利用楔塊把主鉸軸和陸側(cè)上橫梁在大車方向固定，第三，在機(jī)房底架海陸側(cè)增加連接撐桿與后大梁連接。這樣的優(yōu)化設(shè)計(jì)會(huì)使機(jī)房底架的受力數(shù)量減小非常明確，同時(shí)由于該種支撐結(jié)構(gòu)取消了輔助支撐，結(jié)構(gòu)質(zhì)量大大減輕。

通過有限元分析得到，分別將兩種形式的抓斗卸船機(jī)做簡(jiǎn)單分析對(duì)比（如表1所示），優(yōu)化設(shè)計(jì)后，優(yōu)化后的卸船機(jī)相對(duì)于典型卸船機(jī)的整體質(zhì)量可降低8%左右。

6 結(jié)束語(yǔ)

抓斗卸船機(jī)作為一種連續(xù)運(yùn)輸貨物的大型機(jī)械設(shè)備之一，其運(yùn)行成本、運(yùn)行故障的降低對(duì)于提高整個(gè)工作的效率有著至關(guān)重要的作用。文章通過對(duì)抓斗卸船機(jī)的一些結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，希望對(duì)有關(guān)公司對(duì)于抓斗卸船機(jī)的設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化，盡量降低自重，降低生產(chǎn)成本，保證質(zhì)量。

參考文獻(xiàn)

[1]林繼欽，蘇超.橋式抓斗卸船機(jī)典型結(jié)構(gòu)與結(jié)構(gòu)優(yōu)化的對(duì)比分析[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2014（6）：54-59.

[2]陳潔，陳再興.橋式抓斗卸船機(jī)與鏈斗式連續(xù)卸船機(jī)的比較與研究[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2013（2）：100-103.