桥式抓斗卸船机3种主要形式的比较.doc

桥式抓斗卸船机3种主要形式的比较桥式抓斗卸船机3种主要形式的比较胡延年北仑电厂燃运部宁波315800摘要:桥式抓斗卸船机的小车结构形式对整机技术性能有重要的影响.钢丝绳牵引式常用的有主辅小车牵引式,机械差动四卷筒牵引式,电差动四卷筒牵引式3种主要形式,其各有优劣,其中主辅小车牵引式已被证明技术上较为可靠,而电差动四卷筒牵引式虽然解决了机械差动减速器的非标问题,但由于其电控复杂,目前缺少维护和管理经验.关键词:桥式抓斗卸船机;钢丝绳牵引;形式;比较中图分类号:U653.928.1文献标识码:A文章编号:10010785(2011)06005104Abstract:Thetrolleystructureofabshipunloaderhasimportantinfluenceonthewholetechnicalperformance.Thecommonlyusedwireropetractiontypesincludethe3maintypesofprimaryandsecondarytrolleytractiontype,mechanicaldifferentialfourpulleytractiontype,andelectricdifferentialfourpulleytractiontype,alltypeshaveadvantagesanddisadvantages,andamongthem,ithasbeenprovenpmaryandsecondarytrolleytractiontypeismorereliableintechnologY,whiletheelectricdifferentialfourpulleytractiontype,becauseofthecomplexityofitselectriccontrol,currentlylacksmaintenanceandmanagementexperiencealthoughitsolvesthenonstandardproblemwithmechanicaldifferentialreducer.Keywords:bridgegrabshipunloader;wireropetraction;type;comparison1桥式抓斗卸船机3种形式的具体差异及优劣主辅小车牵引式,机械差动四卷筒牵引式,电差动四卷筒牵引式是目前国内常用的3种主要形式的抓斗卸船机.1.1钢丝绳穿绕方式及卷简排列不同1)牵引小车式卸船机的构造特点是卸船机的起升机构,闭合机构和小车运行机构以及电气设备等均置于桥架上的机房内,小车由钢丝绳牵引运行,其上装有若干个导向滑轮.抓斗的起升绳和闭合绳绕过小车上的导向滑轮卷绕在起升机构与闭合机构的卷筒上,所以小车自重很轻,且不需对小车供电.主辅小车牵引式的起升,开闭为独立机构,其钢丝绳一端固定在卷筒上,另一端绕过辅助小车滑轮组和主小车滑轮组与抓斗相连.小车牵引为独立机构.抓斗小车上的钢丝绳倍率为1,平衡小车上的钢丝绳倍率为2.当牵引卷扬机工作时,抓斗小车和平衡小车同时产生同方向运动,而平衡小车的速度和行走距离仅为抓斗小车的1/2,从而保证抓斗水平移动.主辅小车问靠抓斗起升绳,开闭绳及补偿绳联系.由于设有平衡小车,抓斗可以在起升机构和闭合机起重运输机械2011(6)构不动的情况下水平运动.但钢丝绳的缠绕系统复杂,弯曲多,容易磨损.钢丝绳用量大,滑轮数量多,机构复杂,换绳工作量大.采用2台小车,后大梁需加长,整机设备加重.图1为北仑电厂1号卸船机提升/开闭钢丝绳缠绕系统示意图.I豢图1主辅小车型式卸船机钢丝绳缠绕系统2)机械差动四卷筒牵引式的起升机构由起升电动机通过1个行星减速器带动的2个卷筒驱动.2根钢丝绳的一端分别连在2个卷筒上,另一端绕过大梁上和小车上的改向滑轮与抓斗相连,开闭机构具有同样的构造.小车牵引运动由小车的电动机通过上述2个行星减速器驱动.抓斗钢丝绳前后2个方向松紧不一,靠抓斗载荷使其趋向平51衡而克服小车运行阻力,驱使小车移动.由于2个行星减速器的差动作用,起升,开闭,小车运行分别为独立的运动机构.由于只有1个抓斗小车和4根钢丝绳,缠绕系统简洁明了,钢丝绳用量少,磨损少,需要的滑轮也少.抓斗的起升,闭合,小车行走机构组合在一起,4只卷筒结构非常紧凑.后大梁可缩短,整机自重减轻.图2为北仑电厂5号卸船机四卷筒牵引式绕绳示意图.露露图2机械差动四卷筒型式卸船机钢丝绳缠绕系统3)电差动四卷筒牵引式的4根钢丝绳分别连在4个卷筒上,4个卷筒各由1个电动机通过1个减速器驱动,绕绳方式与机械差动四卷筒牵引式相同,2根为起升钢丝绳,2根为开闭钢丝绳.同理抓斗钢丝绳前后2个方向松紧不一致,靠抓斗载荷使其趋向平衡而克服小车运行阻力,驱使小车移动.起升,开闭,小车运行不是独立机构.图3为国投钦州电厂1号,2号卸船机提升,开闭机构钢丝绳布置图.图3电气控制的四卷简型式卸船机钢丝绳缠绕系统1.2减速器的比较1)主辅小车牵引式的减速器采用一般平行轴减速器,起升,开闭,小车牵引各用1个减速器.其抓斗起升机构,闭合机构,小车运行机构彼此独立,减速器均可选用标准硬齿面减速器,维修保养方便,可靠性好.一522)机械差动四卷筒牵引式的减速器采用2个差动减速器,减速器设计,制造复杂,可靠性差.机械差动四卷筒最大的缺点是减速器采用2台非标设计制造的行星差动减速器,该减速器带有行星传动,构造复杂,体积庞大笨重,检修维护极其困难,而且检修时间长.由于须采用2台复杂的专用行星减速器,设备的通用性不好,不利于日常检修.四卷筒卷扬机行星减速器由于需要差动,当抓斗小车运行时,虽然起升电机和闭合电机静止不动,但有1个很大的惰转功率在起升和闭合外齿圈之间流动,设计时必须考虑,所以整个行星减速器相当笨重.3)电差动四卷筒牵引式的起升,开闭,小车牵引共有4个减速器,其维修保养方便,可靠性好.AGD卸船机采用4台精巧的标准硬齿面减速器,由于1个卷筒只驱动1根钢丝绳,而且每个卷筒都是独立驱动,所以可单独更换任一根钢丝绳,而其他3根绳保持不动.由于电差动四卷筒是4套相互独立的卷扬机构,布置起来更加灵活,机动,检修空间相对较大.1.3电动机及其功率比较1)主辅小车牵引式和机械差动四卷筒牵引式的电动机数量为起升,开闭,小车牵引各1个,功率相当.2)电差动四卷筒牵引式的电动机数量为起升机构,开闭机构各2个,其功率为每套机构的计算功率之和.当小车运行和起升,开闭机构合成运动时,电动机功率须加上小车牵引功率.当小车向海侧运行时,前侧的1个起升电动机和1个开闭电动机的功率须加上小车牵引功率.当小车向陆侧运行时,后侧2个电动机功率须加上小车牵引功率.因此,总的功率比前2种形式的大.3)电差动四卷筒牵引小车式卸船机的主要优点为可用标准减速器,机构简单统一,相对于机械差动四卷筒牵引小车式卸船机,其驱动机构采用4个完全相同的卷扬机,不需要更多的备件.但它的缺点是电气系统的负担大大加重,由于4只卷筒的加减速次数增加,4根钢丝绳的力和速度不断地平衡调整,卸船机作业平稳性较差,同时对机械传动的冲击,对电气元件寿命都有不利影响.系统电动机总功率要比机械差动小车牵引的起重运输机械2011(6),功率增加1倍,机械及电气传动功率也随之增加.对已经极繁忙的电动机,起升电动机的起,制动次数增加1倍,开闭电动机次数增加50%,从而影响了电动机的散热和使用寿命.电差动四卷筒牵引式虽然解决了机械差动减速器的非标问题,但由于其电控复杂,电气控制系统因配置的传感器,检测开关等增多,其集成成本会略有增加,而且缺少维护和管理经验,这是目前国内应用还不广泛的1个原因.1.4钢丝绳磨损和更换情况分析1)四卷筒牵引式与主副小车牵引式相比,钢丝绳数量由9根减少到4根,使用钢丝绳的总长度减少50%,卷筒和滑轮的用量也相应减少.钢丝绳穿绕简单了,弯折次数少,且在同样的起重量情况下,每根钢丝绳受力只有原牵引式小车钢丝绳受力的一半,因而钢丝绳磨损少,整个系统维修和更换钢丝绳工作也简单方便了.2)由于受到抓斗构造的限制,抓斗中开闭绳滑轮组的直径与钢丝绳直径之比一般不能满足设计规范的要求.这也是抓斗中开闭绳由于弯曲半径小和多次弯曲而造成易于磨损的原因之一.机械差动四卷筒牵引式和电差动四卷筒牵引式的开闭绳还要克服牵引阻力,因此较粗,在抓斗中弯曲及磨损的情况更为严重.3)在抓斗内和抓斗附近的起升绳和开闭绳最容易磨损,主要是由于这部分钢丝绳容易接触物料及舱口边缘.一般开闭绳在抓斗抽绳量以外设c形快速换绳接头,最易磨损段集中在较小的范围内,可以利用C形环方便地更换部分钢丝绳,因此1次易磨损段更换量较小,此种绕绳方式更换抓斗也较为方便.主辅小车牵引式,机械差动四卷筒牵引式和电差动四卷筒牵引式卸船机目前均采用C形环,尤其是电差动四卷筒牵引小车式1个卷筒只驱动1根钢丝绳,更换钢丝绳快速方便.1.5卸煤操作时运行状况的差异1)主辅小车牵引式的起升,开闭滑轮在小车上对称布置,因此起升绳,开闭绳的内力对小车没有扭转作用.在作业过程中,抓斗没有扭转趋势.机械差动四卷筒牵引式和电差动四卷筒牵引式的起升,开闭在小车上的改向滑轮及在抓斗上的滑轮为对角布置,由于起升绳和开闭绳的内力起重运输机械2011(6)在作业时特别是小车运行时不完全相等(分别为吊载力的40%45%和55%60%),因此小车受到扭转载荷,特别是在抓斗闭合起升或开斗下降时,抓斗的扭转现象相当严重.2)主辅小车牵引式的起升绳,开闭绳松弛时,小车牵引钢丝绳的内力主要由联系主辅小车的补偿钢丝绳决定,所以小车牵引时的钢丝绳弹跳是可以控制的.起升绳,开闭绳的内力主要由吊载决定,由于辅小车在后大梁上移动,起升绳,开闭绳悬挂段不太长,所以卸船作业时钢丝绳弹跳程度不大.机械差动四卷筒牵引式和电差动四卷筒牵引式的起升绳,开闭绳的内力主要由吊载决定,吊载的变化引起钢丝绳弹跳.因为当小车牵引时,起升绳,开闭绳也有牵引作用,所以钢丝绳直径大于由起升,开闭作用所需的钢丝绳的直径.钢丝绳的线密度影响到钢丝绳的垂度,也影响到钢丝绳的弹跳.由于弹跳严重,在相同的外伸距等条件下,为了减小悬挂长度,往往设置托绳小车,这种托绳装置本身构造和运行条件复杂,牵引钢丝绳易磨损,需要经常更换,维护工作量较大.1.6凸轮限位开关设置的差异由于抓斗卸船机起升速度较高,所以除电气保护及联锁外,还必须设置起升高度限位,一般设置凸轮限位开关.主辅小车牵引式的凸轮限位开关可设置在起升,开闭卷筒轴端.机械差动四卷筒牵引式的凸轮限位开关设置在卷筒端,无法对起升高度采样,因为小车的钢丝绳的牵引也由4个卷筒驱动,因此差动减速器必须专门设计,在一定位置引出轴,连接凸轮限位开关,仅对起升或开闭动作取样,起到起升高度终点保护的作用.电差动四卷筒牵引式的起升,开闭由4组独立的电机减速器靠电气控制来驱动,起升,开闭和小车运行能进行合成运动.凸轮限位设置在卷筒轴端,无法对起升高度采样,在减速器上也无法对起升高度采样.需要专门设计1个小型减速器,其原理同机械差动四卷筒牵引式的一样,此减速器与2台起升卷筒相连接,从减速器特定的位置引出一轴与凸轮限位开关相连.3种主要形式的抓斗卸船机的比较见表1.一53表13种主要形式的抓斗卸船机的比较机械差动电差动主副小车式四卷筒式四卷筒式减速器标准产品非标产品标准产品钢丝绳缠绕系统复杂较简单简单钢丝绳更换复杂较方便方便检修空间大小较大电控检修难度较小小略大备件略多困难略少滑轮较多少少钢丝绳消耗大小小2总结1)由于主副小车钢丝绳牵引式具有成熟的运营,维护和管理使用经验,目前在国内港口使用较广.机械差动四卷筒牵引小车式虽然差动减速器为非标产品,但由于其钢丝绳缠绕较为简单,呈现出较大的优势,目前国内机械差动四卷筒牵引小车式桥式抓斗卸船机发展迅速,占领的市场份额也较大.2)四卷筒行星差动驱动形式的最大创新之处在于它省去了牵引小车的牵引绳,通过2台对称布置的行星差动减速器使抓斗小车在起升,开闭钢丝绳海陆侧力差的作用下形成小车运行的动作.钢丝绳缠绕简单,数量少,钢丝绳用量仅为补偿小车的60%,滑轮组的数量为补偿小车的40%,机构布置相对简单,没有专门的小车牵引机构,没有补偿牵引所需的张紧机构,结构受力更加合理.3)卸船作业时要求起升,开闭,小车运行能合成动作,抓斗能有最佳的运行轨迹,并最大限度地缩短循环周期,在抓斗运行中能有效地进行摆动控制.但对于电差动四卷筒牵引式,在小车运行及起升,开闭合成运行时,进行加速度合成,摆动控制有一定难度.-54.-4)机械差动卸船机小车的运行依靠海侧,陆侧的起升开闭钢丝绳的相互收放来实现,而当海陆侧起升开闭钢丝绳同时松弛时,小车在轨道方向具有一定的自由度.机械差动小车式卸船机小车运行的加速度是由海陆侧钢丝绳的受力差引起的,而受力差又体现在小车滑轮以下的钢丝绳的长度差上.在小车加速一匀速一减速的过程中,左右2根起升钢丝绳也相应地按正差一等差一负差循环,在这个过程中,抓斗前后摆动,并左右晃动.小车运行加速度越大,海陆侧钢丝绳受力差越大,小车滑轮以下的左右两侧起升钢丝绳的长度差越大,抓斗左右晃动的幅度也就越大.另一方面,在小车运行加速的过程中,由于惯性,抓斗会出现偏摆.由于钢丝绳在滑轮上的包角不同,左右2根起升钢丝绳的端部在抓斗上会出现高度差.小车运行加速度越大,偏摆角越大,左右2根起升钢丝绳的端部在抓斗上的高度差也就越大.经计算,当偏摆角达到30.时,左右2根起升钢丝绳的端部在抓斗上的高度差可达40mm.机械差动小车式卸船机在运行过程中,在