港口卸船機輪壓測試方法及均衡分析

郭玉波

摘 要：輪壓是影響港口卸船機安全穩(wěn)定運行的一個重要技術(shù)指標，測定各輪輪壓，并分析輪壓是否均衡，對卸船機的可靠運行及制定維修方案極其重要。通過改變車輪通過軌道某點時質(zhì)量的變化引起軌道某點的應力的變化，進而通過軟件測算出每個車輪輪壓，并分析輪壓的均衡情況，為設備的維修提供技術(shù)支持。

關(guān)鍵詞：卸船機;輪壓測試;均衡分析;輪壓應變標定

中圖分類號：TH248 ? ? ? ? ? ? 文獻標識碼：A ? ? ? ? ? ?文章編號：1006—7973（2020）08-0051-03

卸船機是港口散貨接卸港的主要機械設備。主要用于大宗貨物如煤炭、沙、礦石、散糧、化肥、水泥的進出口等[1]，它的安全穩(wěn)定運行對港口的安全與經(jīng)濟起著重要作用。卸船機通過大車車輪和軌道相互接觸支撐卸船機自重和貨物重量，軌道和車輪若裝配不當就會造成啃軌，局部輪壓過大，甚至引起整機傾覆的事故。其輪壓是卸船機安全穩(wěn)定運行的重要技術(shù)參數(shù)，也是大車軌道基礎(chǔ)的主要設計載荷和依據(jù)。輪壓過大對臺車架金屬結(jié)構(gòu)的應力過大，使其產(chǎn)生塑性變形，甚至破壞。輪壓過小使大車行走機構(gòu)驅(qū)動裝置摩擦力不足，車輪打滑，使軌道兩側(cè)驅(qū)動功率不均，出現(xiàn)啃軌。各輪輪壓如果不均衡，可能出現(xiàn)輪軸卡阻現(xiàn)象。輪壓的分配還與結(jié)構(gòu)和基礎(chǔ)的剛度、結(jié)構(gòu)的制造精度和軌道的平整度等有關(guān)，所用，找到一種簡便的輪壓測試方法就非常重要。

1 傳統(tǒng)的輪壓測試方法

傳統(tǒng)的卸船機輪壓測試主要有：

（1）千斤頂頂升法。該方法是最原始的測試方法，它是將傳感器放在千斤頂上，然后利用千斤頂使車輪全部脫離軌道，把卸船機自身重量通過壓力傳感器顯示，再把數(shù)值平均到各輪作為輪壓。該方法費時費力，操作不便，也只能得到各輪的平均輪壓，無法準確測試每個輪子的輪壓，并且只能在卸船機靜止狀態(tài)測試。

（2）應變測試法。由江蘇省特種設備安全監(jiān)督檢驗研究院提出的，主要在軌道上粘貼應變傳感器，通過應變的大小來推算輪壓，當車輪經(jīng)過粘貼傳感器的位置時會造成軌道的變形，進而引起傳感器電壓信號的變化，通過采集儀將電壓信號轉(zhuǎn)為壓力值。該方法當對應變傳感器進行初始化時，卸船機在軌道造成一部分重力被人為減去，所測的輪壓要小于實際的輪壓。

（3）同濟大學提出在車輪上粘貼應變片的輪壓測法。該方法得到的輪壓值對加載部位、測試溫度特別敏感，可重復性較小。

（4）巴克豪森噪聲測輪壓法。該方法是利用鐵質(zhì)材料在外磁場磁化達到飽和的過程中其材料的微觀結(jié)構(gòu)是不連續(xù)的，當材料的應力場發(fā)生微觀變化時，材料的磁疇發(fā)生移動，從而彼此摩擦并發(fā)生振動和電磁噪聲，通過噪聲進行分析，獲得材料表面和內(nèi)部的微觀結(jié)構(gòu)和應力狀態(tài)等材料特性。但該方法測試數(shù)據(jù)受到被測量構(gòu)件的表面粗糙度、氧化皮厚度，選用的激勵磁場強度、激勵信號的頻率，材料化學成分、金相組織、熱處理及冷加工過程的影響。

本文提出的輪壓測試方法，可以實現(xiàn)卸船機行走的過程中，依次測量各個輪子輪壓。不需停機，不影響生產(chǎn)，可先標定后測試。不僅快捷方便，而且受其他因素影響小，測試結(jié)果準確。

2 卸船機輪壓測試

以某碼頭的四卷筒電差動補償牽引小車式抓斗卸船機為例，該卸船機可沿碼頭軌道做工作或非工作性運行，有效工作運行距200米，車輪數(shù)海側(cè)10輪/2套，陸側(cè)8輪/2套，驅(qū)動/被動輪數(shù)16/20。最大輪壓海側(cè)500KN，陸側(cè)550KN，起重量40t，本機專用于接卸煤炭（容重為0.9～0.95t/m3），設計額定卸煤能力為1500t/h。

2.1測試原理

通過在卸船機行走軌道上選取一橫截面，在軌道的兩側(cè)相對應部位同時布貼垂直方向的單向應變傳感器，并與溫度補償片組成橋路進行測試，當輪子從軌道上邊運行時每個輪子對軌道都有一個壓應力出現(xiàn)，與此對應產(chǎn)生一微應變，現(xiàn)場通過配重塊在輪架座來加力標定，配重塊施加的力為1000kg，分別標定軌道兩側(cè)應變片對應該力的應變值，各點應變信號由MOPS系統(tǒng)接受后，經(jīng)過放大、濾波、A/D轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號后，送入計算機中，信號以曲線方式實時顯示，同時將數(shù)據(jù)存貯于計算機的硬盤上。

2.1.1傳感器原理

在此用到的是測力傳感器，它是采用電阻應變片作為敏感元件制造生產(chǎn)的能把各種力學量轉(zhuǎn)換為電量?；驹頌椋瑢兤N在被測定物上，使其隨著被測定物的應變一起伸縮，引起里面的金屬箔材隨著應變伸長或縮短，其電阻隨之變化。應變片就是應用這個原理，通過測量電阻的變化而對應變進行測定。一般應變片的敏感柵使用的是銅鉻合金，其電阻變化率為常數(shù)，與應變成正比例關(guān)系。即：

2.2 現(xiàn)場測試

輪壓測試通過在卸船機行駛的軌道上布貼應變傳感器，整機空載駛過，采集系統(tǒng)記錄每個車輪壓過時的波形信號，然后通過改變某一個特定的車輪對軌道的壓力數(shù)值，標定計算出一千千克的重量對應的應變值，從而在實驗過程中得到每個車輪的輪壓。

現(xiàn)場以卸船機輪子遠離布置應變計的軌道處時為應力相對零點（儀器調(diào)零）。在卸船機行走的過程中，依次測量各個輪子通過應變計粘貼處的軌道時軌道承受的輪壓大小。輪子編號見圖2所示，測試結(jié)果值見表1。 測試工況分兩種，大臂抬至最高位置及大臂水平狀態(tài)時，卸船機分別緩速通過應變計所在的軌道截面。

2.3 測試結(jié)果

利用德國CAESAR公司的MLab、MGraph信號采集分析軟件對現(xiàn)場獲取的各參數(shù)的動態(tài)變化數(shù)據(jù)進行了全面整理和分析研究，獲得了所測設備工作過程中關(guān)鍵部位的數(shù)據(jù)和曲線。

卸船機左側(cè)輪壓波形圖見圖3，右側(cè)輪壓波形圖見圖4。

3 輪壓均衡分析

通過對上述輪壓波形圖和各輪壓數(shù)據(jù)分析得出輪壓變化折線圖5。進而得出下面幾點結(jié)論：

（1）左右兩側(cè)最小輪壓為5.8t，最大輪壓為32.4 t ;主機各輪子輪壓大多數(shù)均衡;左側(cè)前部8輪架的前數(shù)第3個輪子32.4t，遠超出設計值要求的25t. 而相鄰的輪子輪壓較小，應檢查輪軸是否有卡阻現(xiàn)象，并調(diào)整輪軸到地面的高度使相鄰的輪子高度差一致。

（2）大臂豎直狀態(tài)，左側(cè)全重303.8 t，，16個輪子平均每個輪子19.0t;右側(cè)全重336.3 t，20個輪子平均每個輪子16.8t;各個輪子承受重量左側(cè)大于右側(cè)，但各個輪子重量分配基本均衡。

（3）大臂水平狀態(tài)，左側(cè)全重248.5 t，，16個輪子平均每個輪子15.5t;右側(cè)全重391.3 t，20個輪子平均每個輪子19.6t;各個輪子承受重量左側(cè)小于右側(cè)，各個輪子重量分配基本均衡。

4 結(jié)束語

通過改變車輪通過軌道某點時質(zhì)量的變化引起軌道某點的應力的變化，進而通過軟件測算出每個車輪輪壓，是一種簡便快捷的輪壓測試方法，它可以先標定再測試，使卸船機不停產(chǎn)。通過現(xiàn)場實際應用，該方法有效可行，并能為設備檢修提供可行方案。

參考文獻：

[1] 張奇興.四卷筒牽引橋式抓斗卸船機田.港口裝卸，1999， （6）： 1-3

[2] 薛志鋼 等 .基于輪輻式傳感器的起重機輪壓測試方法研究.測試技術(shù)學報，2019，（6）：466-469