长撑杆双瓣四绳抓斗平衡装置改造

陈斌

（宁波港股份有限公司北仑矿石码头分公司，浙江 宁波 315800）

长撑杆双瓣四绳抓斗平衡装置改造

陈斌

（宁波港股份有限公司北仑矿石码头分公司，浙江 宁波 315800）

抓斗是起重机装卸散料的一种取物装置，其闭合绳平衡装置的设计和所处的位置，对抓斗闭合绳的更换快捷性尤为重要。通过对下承梁结构的改造，增加闭合绳的平衡装置，减少了抓斗闭合绳的维修工作量和相应起重机闭合绳长度差的调整，节约装卸成本的投入。

长撑杆四绳抓斗；平衡装置；改造

抓斗是起重机装卸散料的一种取物装置。它的抓取和开卸动作由司机在司机室内操作，不需要辅助人员协助，因而生产率较高，广泛用于港口、车站、矿山和料场。通常抓斗按开闭方式分成三类：单绳抓斗、双绳抓斗和马达抓斗。其中双绳抓斗发展较快，常用的是长撑杆抓斗。本文主要是对双瓣四绳抓斗闭合绳的平衡装置进行改造。避免因两根闭合绳的长度差造成抓斗打转、钢丝绳不正常断丝或断股现象的发生。

1 问题的提出

一批36吨长撑杆双瓣四绳煤炭抓斗采用4倍率滑轮组。因制造的缺陷，闭合绳直接固定在上承梁上平台上，采用楔套连接。

因没有平衡装置，在使用过程中存在诸多问题，两根闭合绳难以调平，造成抓斗在起升下降过程中打转，使操作司机难以控制。抓斗的严重打转会使装卸作业中断。如果要使闭合绳长短一致，必须在起重机内通过机械、电气来解除闭合机构两个卷筒的联动性能，在闭合机构内实施单卷筒收放闭合绳，使两根闭合绳的长度差在允许的范围内。由于抓斗闭合绳的长度不一，在抓料过程中抓斗重载闭合时，开闭绳单根受力，易出现断丝及断股。两根闭合绳的使用寿命不一致，致使使用成本的增加。同时遇到码头卸船作业船期较为紧张，势必给船方造成一定的经济损失。

针对以上情况，通过对闭合绳平衡装置技术改造，改善上述现象的发生。

2 改进方案

改进方案是改变下承梁结构。在抓斗下承梁轴上增加闭合绳平衡装置，以自动补偿两根闭合绳的长短，也就是长度差在一定范围内可以通过下承梁轴转动一定角度加以消除，免除对起重机闭合机构进行单卷筒收放钢丝绳的调节工作。

2.1 整体规划

原闭合绳直接固定在上承梁，现将闭合绳固定在下承梁的平衡装置上。闭合绳固定位置的改变，增力机构的倍率势必发生变化，按照传动原理，将采用3倍率或5倍率两者之一。现采用3倍率，原因如下。

（1）该批煤炭抓斗的设计密度为0.85t/m3,根据文献[1]表1可以确定为轻型抓斗；根据文献[1]表3，额定起重量为36吨的轻型四索长撑杆双瓣抓斗滑轮组倍率可以选3或4。

（2）如采用5倍率滑轮组，需重新购买滑轮，增加了改造的成本。如选择3倍率滑轮组，下滑轮组仍使用原滑轮（D=900mm），仅需重新设计下滑轮轴及平衡装置。

2.2 下承梁的设计

下承梁轴的设计。原抓斗采用4倍率滑轮组，上承梁安装2个滑轮及闭合绳的固定装置，下承梁安装4个滑轮。现采用下承梁轴的直径不变，取φ=190mm，取轴长L=660mm，材料选用42CrMo。为保证钢丝绳倾角与原相同，故不改变原中间2个滑轮位置，且闭合钢丝绳平衡块与楔套连接的中心位置与原外侧2滑轮绳槽中心点取同一位置。改变原下承梁箱体的结构，使立板安装位置处于闭合绳平衡块与下滑轮之间。改造后的下承梁实物如图1。

图1

3 改造后强度验算

3.1 钢丝绳直径验算

首先根据公式（1）计算闭合绳的最大静拉力：

式中：Fjmax为钢丝绳最大静拉力（N）；PQ额定起升载荷；m为滑轮组倍率；ηz滑轮组效率，取值0.98；ηd导向滑轮效率，取值0.98。

然后根据公式（2）计算选用6*37WS-IWRC、钢丝抗拉强度为1770MPa钢丝绳的最小直径。

式中：dmin为钢丝绳的最小直径，mm；C为钢丝绳选择系数，桥式抓斗卸船机的开闭机构工作级别为M8，根据《起重机和起重机械钢丝绳选择第1部分总则》中表1，取值0.120。

故选取倍率m=3时仍可用6X36WS-IWRC、公称抗拉强度为1770φ40mm的钢丝绳，与原桥式抓斗卸船机的起升开闭机构的钢丝绳一致。

3.2 下滑轮组轴设计及强度验算

滑轮轴材料选用42CrMo()。考虑到通用性，沿用原轴部分尺寸，轴径选取φ=190mm。

强度验算：当重物突然离地起升或下降制动时，重物其取物装置等将对钢结构（在垂直方向）和传动机构产生附加的动载荷，在考虑这种工况时进行载荷组合，应把起升载荷乘以起升动载系数。

起升动载系数与稳定起升速度和起升状态级别有关，其值可以由公式（3）所得：

根据下承梁的结构设计尺寸，图2为下承梁滑轮轴的受力图。把轴看做一端固定，一端简支，平衡块上的受力可化简为向上的力F1、F4及一对扭矩T。

图2 下承梁滑轮轴受力图

因轴上中部为工作滑轮组所受力，且分布对称，所以F2=F3=2F=864kN。

轴两端为平衡块所受力，且分布对称，故其所受力的大小为F1=F4=F=432kN；T=F1×l=432kN×0.31m=133.92kN·M，根据平衡条件可得F5=F6=1296kN。下承梁滑轮轴弯矩如图3所示。

图3 下承梁滑轮轴弯矩图

取250mm处为危险截面进行轴的强度校核，用第三强度理论对轴的强度进行校核：

故此轴符合强度要求。

4 经济性

在起重机械中，两根闭合绳更换一根时，新钢丝绳的结构性伸长率随着钢丝绳的结构和生产厂家的不同而不同，因此两根闭合绳的长度随着作业时间的延长，总是存在长短不一的现象。此改造项目一定程度上减少了修理中的两个时间：钢丝绳更换过程中，抓斗闭合绳的更换时间，大约节省2的小时，也避免了起重机双联动结构的单卷筒收放钢丝绳的过程所需4小时时间。同时避免闭合绳未调平而出现的单根受力现象，减少了断股现象的出现，延长了钢丝绳的使用寿命。每个抓斗每年可减少钢丝绳更换费用约1万多元，同时也减少了因钢丝绳断股而带来的不必要的停机损失。

5 结语

综上所述，抓斗闭合绳的平衡装置是抓斗结构中不可缺失的部分，它的缺失造成修理成本的增加和修理时间的延长。本改造项目实施后，减少了设备的故障时间，提高了设备的完好率，也是降低使用成本的举措之一。更高的装卸效率，减少了船泊的在港时间，降低了船泊滞港费用。同时对其他码头无平衡装置的四绳双瓣抓斗的改造具有一定的借鉴意义。

[1]JT/T403-1999港口散货抓斗基本类型及参数系列[S].人民交通出版社.

[2]郭燕，颜彬.港口起重机械.武汉理工大学出版社[M]，武汉理工大学出版社2013.

[3]GB/T3811-2008起重机设计规范[S].北京.中国标准出版社.

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1671-0711（2017）07（上）-0064-02