王小彬

上海振華重工（集團(tuán)）股份有限公司南通分公司 南通 226017

0 引言

斗輪堆取料機(jī)是一種用于大型散貨堆場的現(xiàn)代化工業(yè)大宗散狀物料連續(xù)裝卸的高效機(jī)械設(shè)備[1]。俯仰是斗輪堆取料機(jī)的重要功能，而俯仰液壓缸是斗輪堆取料機(jī)進(jìn)行俯仰變幅動作的關(guān)鍵部件之一。由于斗輪堆取料機(jī)大多采用散件發(fā)運和現(xiàn)場總裝調(diào)試的制造模式，而現(xiàn)場安裝條件易多變，工藝人員制定俯仰液壓缸的安裝方案需要根據(jù)現(xiàn)場不同的情況進(jìn)行及時調(diào)整。本文通過對四連桿式斗輪堆取料機(jī)結(jié)構(gòu)分析，詳細(xì)敘述不同工況下，俯仰液壓缸的3種應(yīng)變安裝方案。

1 結(jié)構(gòu)分析

斗輪堆取料機(jī)的上部回轉(zhuǎn)和俯仰結(jié)構(gòu)主要由回轉(zhuǎn)平臺、立柱、上部電氣房、撐桿、拉桿系統(tǒng)、俯仰液壓缸、配重架、臂架和斗輪機(jī)構(gòu)等構(gòu)成[2]。常規(guī)四連桿式平衡俯仰機(jī)構(gòu)具有較好的整機(jī)穩(wěn)定性能和重心調(diào)節(jié)性能，通過俯仰液壓缸伸縮動作，使上部俯仰結(jié)構(gòu)在設(shè)計角度范圍內(nèi)進(jìn)行俯仰變幅動作。

俯仰液壓缸是斗輪堆取料機(jī)的關(guān)鍵部件之一，其兩端分別連接配重架和立柱。配重架后部安裝有大噸位平衡配重。當(dāng)俯仰液壓缸伸縮時，由配重架通過拉桿系統(tǒng)連接的所有俯仰結(jié)構(gòu)繞回轉(zhuǎn)平臺上的鉸點中心進(jìn)行轉(zhuǎn)動，從而實現(xiàn)斗輪堆取料機(jī)的俯仰動作。通過俯仰液壓缸的伸縮實現(xiàn)上部回轉(zhuǎn)和俯仰結(jié)構(gòu)的整體重心在回轉(zhuǎn)軸承的合理位置范圍內(nèi)變化，防止斗輪堆取料機(jī)發(fā)生傾覆[3]。斗輪堆取料機(jī)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

圖1 斗輪堆取料機(jī)結(jié)構(gòu)總圖

2 工藝撐設(shè)計

在斗輪堆取料機(jī)實際生產(chǎn)制造過程中，制造單位會在制造廠內(nèi)進(jìn)行斗輪堆取料機(jī)的預(yù)總裝。通過預(yù)總裝，制造單位能及時發(fā)現(xiàn)并解決總裝過程中出現(xiàn)的問題，避免在用戶堆場內(nèi)現(xiàn)場總裝時出現(xiàn)問題而影響項目交付。在總裝過程中，若液壓工程師無法及時到現(xiàn)場指導(dǎo)俯仰液壓缸的連接安裝和調(diào)試，或者出現(xiàn)俯仰液壓缸等配套件未能及時到貨的情況時，制造單位必須通過替代安裝方案來避免預(yù)總裝生產(chǎn)進(jìn)度停滯的情況。通過對斗輪堆取料機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)分析，工藝人員設(shè)計工藝撐臨時替代俯仰液壓缸來連接配重架與立柱，保障堆取料機(jī)總裝。

2.1 工藝撐設(shè)計

工藝撐作用為連接和固定配重架結(jié)構(gòu)。為便于計算工藝撐的拉力，需先進(jìn)行配重架結(jié)構(gòu)件的重心計算，通過計算確定配重架結(jié)構(gòu)的重心相對于與立柱連接鉸點的位置尺寸。配重架結(jié)構(gòu)件的重心在配重架與立柱連接的鉸軸中心后方。工藝撐在連接立柱和配重架時，由于配重架重力導(dǎo)致配重架繞著與立柱連接鉸軸進(jìn)行轉(zhuǎn)動，工藝撐將承受配重架繞連接鉸軸轉(zhuǎn)動造成的拉力。

通過對堆取料機(jī)拉桿系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)分析，將配重架向臂架方向前傾一定角度進(jìn)行安裝，以便于施工人員在吊裝前拉桿、中拉桿和后拉桿進(jìn)行連接安裝時有足夠的空間裕度。工藝人員先根據(jù)總裝方案確定配重架的前傾安裝角度[4]，計算此狀態(tài)下工藝撐連接配重架和立柱的鉸軸間的距離，以此距離確定工藝撐的長度，再以工藝撐安裝狀態(tài)進(jìn)行作圖模擬，計算工藝撐所受拉力。工藝撐受力計算示意如圖2所示。

圖2 工藝撐受力計算示意圖

根據(jù)力矩平衡原則，工藝撐所受拉力的計算公式為

式中：L1為配重架重心相對于鉸點的力臂長度，L2為工藝撐承受拉力的力臂長度，G為配重架質(zhì)量。

經(jīng)計算知L1為2 036 mm，L2為7 064 mm，G=55 t；按式（1）計算得F=15.9 t。

在堆取料機(jī)安裝過程中，施工人員會將俯仰液壓缸逐個替換為工藝撐。在此替換過程中，單根工藝撐承受整個配重架質(zhì)量。工藝人員以單根工藝撐最大受力15.9 t來進(jìn)行工藝撐結(jié)構(gòu)設(shè)計。

2.2 工藝撐校核

對工藝撐進(jìn)行有限元分析，結(jié)果顯示工藝撐所承受的最大應(yīng)力值為22.9 MPa，遠(yuǎn)低于工藝撐所用材料355 MPa的屈服極限。工藝撐結(jié)構(gòu)設(shè)計滿足在總裝過程中所需的強(qiáng)度要求。工藝撐有限元分析如圖3所示。

圖3 工藝撐有限元分析圖

3 安裝方案一

在制造廠內(nèi)進(jìn)行斗輪堆取料機(jī)的預(yù)總裝過程中，工藝人員采用工藝撐替代俯仰液壓缸來連接配重架與立柱的方案來保障堆取料機(jī)總裝。施工人員先將工藝撐與配重架連接成組件，后將工藝撐與配重架組件整體吊裝與立柱連接安裝，再將逐根安裝俯仰液壓缸替換工藝撐，便于后續(xù)進(jìn)行俯仰液壓缸調(diào)試。

3.1 配重架及工藝撐組件安裝

由于配重架與立柱連接位置的銷軸外徑尺寸大于與連接孔的內(nèi)徑尺寸，施工人員需預(yù)先將銷軸冷凍處理，便于后續(xù)銷軸連接安裝?？傃b時，施工人員先將配重架和工藝撐連接成組件，再將組件整體吊裝至立柱上安裝位置。施工人員先完成配重架與立柱的銷軸連接，再通過操作起重機(jī)適當(dāng)調(diào)整配重架角度至合適位置，最后將工藝撐與立柱的銷軸連接安裝到位，完成配重架的安裝固定。配重架及工藝撐組件安裝現(xiàn)場見圖4。

圖4 配重架及工藝撐組件安裝現(xiàn)場

3.2 俯仰液壓缸安裝

施工人員先根據(jù)工藝撐兩端銷軸孔中心距離，調(diào)整俯仰液壓缸兩端銷軸孔中心距離與其一致，并手動鎖定俯仰液壓缸長度。施工人員在工藝撐上方的配重架上合適位置安裝手拉葫蘆，利用手拉葫蘆先將單根工藝撐拆除，再吊裝單根俯仰液壓缸至安裝位置。施工人員先完成俯仰液壓缸上端與配重架的銷軸連接，再通過手拉葫蘆調(diào)整俯仰液壓缸下端至安裝位置，完成與立柱的銷軸連接。施工人員再按以上順序?qū)⒘硪桓に嚀尾鹣拢⒏┭鲆簤焊装惭b到位，便于后續(xù)進(jìn)行俯仰液壓缸調(diào)試。俯仰液壓缸安裝現(xiàn)場如圖5所示。

圖5 俯仰液壓缸安裝現(xiàn)場

4 安裝方案二

在堆場內(nèi)進(jìn)行斗輪堆取料機(jī)總裝過程中，由于液壓工程師無法及時到達(dá)安裝現(xiàn)場指導(dǎo)俯仰液壓缸的連接安裝及調(diào)試，為保證總裝施工進(jìn)度，工藝人員根據(jù)現(xiàn)場實際情況，利用現(xiàn)場資源，變更俯仰液壓缸的安裝方案。工藝人員設(shè)計工藝支架用于支撐俯仰液壓缸，待配重架安裝后，以便于施工人員快速地完成俯仰液壓缸與配重架的連接。

4.1 工藝支架設(shè)計與安裝

根據(jù)總裝方案中配重架的安裝角度，工藝人員計算確定俯仰液壓缸自鎖長度，同時確定工藝支架支撐角度和高度等尺寸，完成工藝支架結(jié)構(gòu)設(shè)計。施工人員預(yù)制工藝支架，并將其安裝至立柱上指定位置。先將俯仰液壓缸調(diào)整至要求長度后再手動鎖定其長度，隨后吊裝俯仰液壓缸至安裝位置。完成俯仰液壓缸與立柱的銷軸連接后，將俯仰液壓缸緩慢放置在工藝支架上，便于后續(xù)與配重架的連接。工藝支架安裝現(xiàn)場見圖6。

圖6 工藝支架安裝現(xiàn)場

4.2 配重架安裝

施工人員預(yù)先將配重架與立柱連接銷軸進(jìn)行冷凍處理，以便于后續(xù)銷軸連接安裝。將配重架吊裝至安裝位置，完成配重架與立柱的銷軸連接，由于配重架的重心位置在立柱銷軸連接處后方，施工人員在完成配重架與立柱銷軸連接后，不得操作起重機(jī)進(jìn)行松鉤，應(yīng)操作起重機(jī)緩慢向立柱移動吊鉤，使配重架繞著連接銷軸轉(zhuǎn)動至與俯仰液壓缸的連接位置。施工人員通過手拉葫蘆調(diào)整先完成一側(cè)俯仰液壓缸上端與配重架的連接，并檢查確認(rèn)已連接的俯仰液壓缸處于自鎖狀態(tài)。單根俯仰液壓缸可以承受配重架結(jié)構(gòu)質(zhì)量產(chǎn)生的拉力。利用單根俯仰液壓缸固定住配重架，然后調(diào)整另一側(cè)俯仰液壓缸上端至配重架的連接位置，完成與配重架的銷軸連接安裝。配重架吊裝現(xiàn)場見圖7。

圖7 配重架吊裝現(xiàn)場

5 安裝方案三

在堆場內(nèi)進(jìn)行斗輪堆取料機(jī)總裝過程中，若液壓工程師可以及時到達(dá)安裝現(xiàn)場指導(dǎo)俯仰液壓缸的連接安裝及調(diào)試，施工人員可先在地面低空狀態(tài)下將俯仰液壓缸先與配重架連接成組件，再進(jìn)行配重架與俯仰液壓缸組件的整體吊裝，最后完成配重架和俯仰液壓缸整體組件與立柱的銷軸連接。

5.1 配重架與俯仰液壓缸組件安裝

工藝人員根據(jù)總裝方案中配重架的安裝角度計算確定俯仰液壓缸自鎖長度。施工人員將俯仰液壓缸調(diào)整至計算長度并手動鎖定其長度。在吊裝配重架上立柱前，施工人員先在地面將俯仰液壓缸與配重架連接安裝到位。根據(jù)俯仰液壓缸質(zhì)量，利用相應(yīng)額定載荷的手拉葫蘆分別將俯仰液壓缸下端拉起至大致安裝角度并固定在配重架上。

5.2 配重架與俯仰液壓缸組件整體吊裝

施工人員預(yù)先將配重架連接銷軸進(jìn)行冷凍處理，以便于后續(xù)銷軸連接安裝。將配重架與俯仰液壓缸組件整體吊裝至安裝位置，完成配重架與立柱的銷軸連接。利用手拉葫蘆調(diào)整俯仰液壓缸下端與立柱連接點對正位置，操作起重機(jī)配合調(diào)整，先完成單側(cè)俯仰液壓缸下端與立柱的銷軸連接，并檢查確認(rèn)已連接俯仰液壓缸處于自鎖狀態(tài)。利用單側(cè)俯仰液壓缸固定住配重架結(jié)構(gòu)，然后調(diào)整另一側(cè)俯仰液壓缸下端至立柱的連接位置，完成與立柱的銷軸連接。配重架與俯仰液壓缸組件整體吊裝示意見圖8。

圖8 配重架與俯仰液壓缸組件整體吊裝示意圖

由于配重架結(jié)構(gòu)形式特殊，且俯仰液壓缸可繞著液壓缸與配重架的連接銷軸轉(zhuǎn)動以改變位置，故配重架與俯仰液壓缸組件整體重心會隨著兩者相對位置變化而產(chǎn)生較大的變化。工藝人員需要根據(jù)現(xiàn)場情況確定配重架與俯仰液壓缸組件現(xiàn)場吊裝方案，方可采用2臺起重機(jī)抬吊配重架與俯仰液壓缸組件，也可采用單臺起重機(jī)吊裝配重架與俯仰液壓缸組件。2臺起重機(jī)抬吊配重架與俯仰液壓缸組件的方案相對比較簡便，便于施工人員操作實施。由于2臺起重機(jī)抬吊時，每臺起重機(jī)承受的吊裝載荷有了一定減少，對起重機(jī)的起重能力要求相比單臺起重機(jī)吊裝方案可以稍微低一些。在配重架和俯仰液壓缸組件與立柱連接時，施工人員可利用2臺起重機(jī)進(jìn)行配合調(diào)整，使配重架與立柱在連接點位置更容易調(diào)整到銷軸穿裝狀態(tài)，操作難度相對低一些。單臺起重機(jī)吊裝配重架與俯仰液壓缸組件的方案要求起重機(jī)的起吊能力高。在配重架和俯仰液壓缸組件與立柱連接時，施工人員操作3臺起重機(jī)調(diào)整的難度大。在配重架和俯仰液壓缸組件與立柱連接時，施工人員需要花費較多的時間來調(diào)整操作，使配重架與立柱在連接點位置調(diào)整到銷軸穿引狀態(tài)，施工效率相比兩臺起重機(jī)抬吊方案相對低一些。

由于2種吊裝配重架和俯仰液壓缸組件的方案對于配重架上吊耳安全載荷要求不一樣，在進(jìn)行配重架上吊耳設(shè)計時，需要提前考慮并計算2種吊裝方案下各個吊裝工藝吊耳的所受載荷，合理布置吊裝工藝吊耳在配重架上的位置，使其在2種吊裝方案中均能滿足使用要求。工藝人員需要按照2種吊裝方案中吊耳所需的最大載荷并預(yù)留一定安全載荷余量來進(jìn)行吊耳設(shè)計。在堆取料機(jī)現(xiàn)場總裝時，施工人員才可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行安裝方案的合理選擇[5]。

6 技術(shù)應(yīng)用情況

在四連桿式斗輪堆取料機(jī)現(xiàn)場總裝過程中，安裝現(xiàn)場的條件易多變，可能由于各種原因?qū)е率┕と藛T無法按原定的總裝方案進(jìn)行總裝施工。施工人員必須在保證安全的前提下，根據(jù)現(xiàn)場實際情況進(jìn)行合理的方案調(diào)整，保障四連桿式斗輪堆取料機(jī)的現(xiàn)場安裝。在安裝現(xiàn)場設(shè)備和配合人員等條件都具備情況下，首選安裝方案是俯仰液壓缸安裝方案3，此安裝方案減少了起重設(shè)備和登高設(shè)備的使用，減少了高空作業(yè)量，相對降低了高空作業(yè)風(fēng)險，降低了生產(chǎn)成本。在現(xiàn)場設(shè)備或配合人員等條件不充分的情況下，施工人員可以根據(jù)現(xiàn)場實際情況采用安裝方案1或安裝方案2進(jìn)行俯仰液壓缸安裝，保障現(xiàn)場總裝進(jìn)度。四連桿式斗輪堆取料機(jī)俯仰液壓缸安裝技術(shù)已實際應(yīng)用于多個斗輪堆取料機(jī)項目。

7 結(jié)語

在四連桿式斗輪堆取料機(jī)現(xiàn)場總裝過程中，施工人員既可以采用工藝撐臨時替代俯仰液壓缸的安裝方式，也可以采用工藝支架支撐俯仰液壓缸的安裝方式，還可以采用俯仰液壓缸與配重架連接成組件整體吊裝的安裝方式。施工人員可以根據(jù)斗輪堆取料機(jī)現(xiàn)場實際的安裝條件進(jìn)行合理選擇，安全高效地完成斗輪堆取料機(jī)的總裝，早日為用戶實現(xiàn)設(shè)備功能。