面向生产率提高的多功能带斗门座起重机设计优化.pdf

Port Operation2023.No.3(Serial No.270)面向生产率提高的多功能带斗门座起重机设计优化for Productivity Improvement李琳葛恩军2 月周宝梁强赵增林木林美羿鑫垒1青岛海西重机有限责任公司2舟山港综合保税区码头有限公司摘要：对多功能带斗门座起重机设计和操作中影响生产率的因素进行分析，根据散货码头的实际情况,对带斗门座起重机的外型尺寸、主参数、操作方式进行综合调整，在不增加制作成本和能耗的情况下，提升带斗门座起重机的生产率，提高码头转运效率和竞争力。关键词：散货；抓斗；门座起重机；生产率Design Optimization of Multifunctional Portal Crane with HopperLi Lin(Ge Enjun?2Zhou Bao Liang QiangZhao ZenglinLin MeiYi Xinlei1Qingdao Haixi Heavy Machinery Co.,Ltd.2 Zhoushan Port Comprehensive Bonded Zone Wharf Co.,Ltd.Abstract:The factors affecting productivity in the design and operation of multifunctional portal crane with hopperare studied,according to the actual situation of bulk cargo terminals,and the external dimensions,main parameters andoperation methods of portal crane with hopper are comprehensively adjusted,to increase the productivity of portal crane withhopper without increasing production costs and energy consumption,and improve the efficiency and competitiveness ofterminal transfer.Key words:bulk cargo;grab bucket;portal crane;productivity1引言多功能带斗门座起重机（以下简称门机)可以高效的装卸散货，也可以装卸件杂货和集装箱。随着国内外各大港口吞吐量和物料种类的增加，多功能带斗门机的应用越来越广泛，对带斗门机的卸货生产率要求也越来越高。多功能带斗门机的基本构造和门座起重机相似，但在门架上装有料斗和输送系统 。多功能带斗门机为间歇式作业,需要各机构和参数相互配合才能完成一个工作循环,其生产率取决于起重能力、各种机构的工作速度、加速度、各机构的联动性能、取卸料位置、物料品种等因素 2 。以下主要从多功能带斗门机的设计和操作方面入手,讨论如何提高其生产率。2设计方面2.1设计船型选择首先明确船型的型深、型宽、满载吃水、空载吃8水和码头前沿到海侧轨道的距离，然后明确设计最高水位和设计最低水位。若需要满足多个船型的装卸要求,需要明确装卸频率最高的船型,并针对该船型进行多功能带斗门机主参数的确定,兼顾其他船型的装卸。2.2料斗尺寸设计2.2.1确定料斗宽度抓斗以一定速度到达料斗上方时，因惯性会有晃动，因此抓斗开斗时距离料斗的边沿应不低于1.2m，以防止开斗时洒料。在条件允许的情况下，料斗可以适当加大，给抓斗足够的晃动空间，方便司机开斗放料（见图1）。2.2.2确定料斗长度料斗的长度主要根据抓斗的大小和减速距离确定。在抓斗开始减速的点抓斗允许开斗，此时抓斗边沿与料斗边沿的间距不得低于1.2 m，以防止开斗时洒料；变幅减速停止后抓斗边沿距离料斗边沿不低于1.2 m（见图2）。该设计让抓斗在减速区内完成港口装卸2 0 2 3 年第3 期（总第2 7 0 期）2.3料斗位置设计1200L1200图1料斗宽度设计开斗位置最小幅度12001200图2 料斗长度设计原则开斗,最大限度的节约了时间，同时可以避免抓斗在料斗外自动进人减速区,导致进入料斗区域内的变幅速度很低，司机为避免洒料而迟迟不敢开斗，使工作循环时间延长。若条件允许，料斗可进一步加大，给抓斗足够的晃动空间，方便司机果断地开斗放料。2.2.3斗壁倾角物料的流动性是分流料斗设计的主要依据 3 。根据物料的静安息角选择合适的料斗壁倾角，一般情况下斗壁的角度比静安息角大5 10，可保证物料自行的流动，不会发生积料现象（见图3）。为了更好地避免与船相撞，海侧斗壁角度适当加大。落料位置的料斗截面处增设格栅，防止大块物料堵住流通路径。如果条件限制了格栅以下料斗部分的尺寸，可以将格栅以上的斗壁角度变小，但要大于动安息角（物料的静安息角大于动安息角）。格栅以上部分角度变小之后，料斗口的尺寸加大，可防止洒料对港口环境造成污染以及生产率的损失。图3 斗壁倾角设计料斗位置设计主要考虑船与料斗的相对位置以及料斗与码头输送设备的相对位置。料斗口和船舱口理论上可以有3 种相对位置。第一种,料斗口与船舱口高度相同;第二种,料斗口在船舱口的侧下方；第三种,料斗在船舱口上方,且从俯视的角度上有一定的重合。第一种位置,理论上生产率最高，但实际上整机需要移动，因此设有行走机构，料斗尺寸较大，需要足够的空间容纳料斗，实际情况往往不允许料斗口与船舱口等高。第二种位置会导致抓斗出船舱后还需要下降才能到达料斗口，出现了多余的工作流程,因此此种位置方案不可取。第三种位置方案,缩短了多功能带斗门机的变幅距离,增加了起升的距离。由于门机的变幅的惯减速区12 0 0性大于起升的惯性,起升的额定速度往往大于变幅的速度,因此起升距离的增加不会导致工作循环的明显增加。根据以上对比,最终选择料斗口在船舱口侧上方，同时需保证在设计最高水位时，船舱倾斜后也不会与料斗钢结构相撞。码头输送设备一般位置较低，确定了料斗的位置之后，在料斗和码头输送设备之间设置合适的物料转运设备即可。但是特殊情况下，码头输送设备高度较高，距离料斗较近，需要提高料斗的高度，从而方便设置转运装置。2.4最优起升高度和幅度最优起升高度的确定原则如下：保证起重机轨下起升高度可满足设计最低水位，且满载工况下抓斗可以达到物料料面进行作业；保证轨上起升高度可满足设计最高水位，且空载工况下抓斗可以进出船舱口；保证抓斗在料斗上开斗时的位置不在起升机构的减速区间内。通过型深、空载吃水、设计最低水位可以确定空载状态下船沿的高度,此时船沿的高度为所有工况下最高的位置。通过船沿的最高位置，保证抓斗在此位置时没有处于起升的减速区间，可以确定起重机的额定起升高度。通过此方法确定的额定起升高度为最优高度。如额定起升高度不足，会导致抓斗不能进人料斗或者装卸效率低；如额定起升高度过高，会导致整机晃动严重，司机工作强度加大，最终也会导致装卸效率较低。最优幅度设计需保证最大幅度可到达远离码头前沿的船舱口位置；保证抓斗开斗位置不处于变幅机构的减速区间。根据船型宽、码头前沿到海侧轨道的距离可以确定门机的合理幅度。最小幅度过大，会导致抓斗无法进人料斗或者装卸料率低；最小幅度过小，会导致整机尺寸小难以设计和布置。最大幅度9Port Operation2023.No.3(Serial No.270)过大，会相应的导致最小幅度过大；最大幅度过小,则会导致抓斗无法抓取船舱内较远处的物料。2.5优化起升和变幅速度起升和变幅速度并不是越大越好，而是要有合适的比值，该比值主要取决于起升变幅联合动作的空间。若联合动作时的起升和变幅的距离分别为H和R,则起升和变幅的速度比值约为H/R,才能保证起升变幅可以同时到达联动的终点位置。因此，根据实际的起升高度和变幅距离，配置最优的起升速度和变幅速度的比值，可以提高生产率,还可以避免因速度过高而导致功率浪费。根据已计算出的起升电机功率，倒推出空载工况下的最大速度，尽可能地减少抓斗卸完料之后返程的时间。在实际设计过程中，整个工作循环下变幅的距离会远远低于起升高度，起升速度对效率的影响较大。因此确定了起升电机功率之后，反推出最大的空载起升速度，从而使起升电机的在空载工况时发挥出最大的能力。通常空载起升速度与满载起升速度的比值为1.4 1.7,如有特殊需要也可以达到1.8。绘制整个工作循环的最优工作路径，根据生产率计算准确的起升和变幅速度，最大限度地使实际工作路径与理论计算重合。由于四连杆臂架系统幅度越小变幅的实际速度越大，而多功能带斗门机每个工作循环都会在最小幅度位置打开抓斗卸料，因此适当延长变幅的加速时间，可防止整机长期在高加速度、高惯性下工作而产生疲劳损坏。2.6回转速度选择多功能带斗门机在工作过程中回转的角度较小,因此可以选择较小的回转速度和较长的回转加速时间,以降低回转过程中整机的晃动，一定程度上有利于提高卸货生产率。同时还能降低回转机构的制作成本、节约能源、降低故障率。2.7抓斗选择选择抓斗时应考虑物料的密度、湿度、颗粒度，切忌一个抓斗兼顾几种物料。抓斗抓取密度大的物料时会导致抓斗超载，多次放料斗后才能起升，浪费时间；抓取密度小的物料时会无法达到额定起重量，因此必须针对一种物料选择一种抓斗。新配抓斗在制造时还应根据容重，最大限度提高抓取比，同时应考虑抓斗的耐磨性、抗变形能力,有效提高使用寿命，保证不会因故障影响效率。抓斗下部设吊耳,其额定起重量应满足清仓机的起吊，在不用更换吊具的情况下起吊清仓机，缩短了整体的卸货时间。103操作优化选择合理的起重机站位，使抓斗中心与料斗中心在同一直线上，用一次大车行走替代多次回转，尽量减少回转动作的时间，缩短一个工作循环的时间。抓斗出舱后，可采用变幅与起升联动的运动方式；当抓斗在料斗上方时，控制其高度满足开斗要求即可，节约起升的时间。抓斗初进料斗口时就应停止变幅及起升，同时打开抓斗放料。此时抓斗因惯性自行摆进料斗放料范围，当抓斗回摆时，抓斗内的物料也已放空。实际作业表明，利用惯性开斗放料基本不会造成物料洒漏，可提升作业效率。抓斗取料时在同一位置多次取料，会导致物料面起伏较大，不利于抓斗抓料。应多点抓料，尽量保证船舱内物料面的平整。卸船作业即将完成时,要及时使用清舱设备将物料推耙至易抓取位置，尽可能确保每斗都能抓满。装卸不同的物料时，需要更换抓斗，不同物料的抓斗的外形尺寸和使用高度不同，要根据实际情况调整减速限位的位置，避免出现起升时提前减速的情况。做好整机的维护和维修、减少故障率、提高司机熟练程度等，也是提升多功能带斗门机生产率的重要措施 44结语合理的设计和良好的操作，可以最大限度地发挥带斗门机的生产率,大大降低散货船的靠岸时间，提高港口的转运效率。由于多功能带斗门机的卸货效率的提高，在码头规划时，可以根据码头的吞吐量适当减少带斗门机配置的数量，降低散货码头的投资成本，同时降低码头的能耗。参考文献1 阳阳光，卢力强，夏雨，等.港口起重运输机械设计选型与使用维护及质量检验标准规范实用手册M.北京：北方工业出版社，2 0 0 7.2 孙枫，张振雄，余贺元，等.港口起重机设计规范 M.北京：人民交通出版社，2 0 0 7.3唐冲.斗轮堆取料机分流料斗设计 J.港口装卸，2019,245(2):3-6.4张洪闽.港口带斗门机在使用中提高生产效率 J.中国港口,2 0 11,2 3 3(11):6 0-6 1.李琳：2 6 6 53 0,山东省青岛市黄岛区九龙山路159 7 号收稿日期：2 0 2 2-11-0 8D0I:10.3963/j.issn.1000-8969.2023.03.003