3号堆取料机的运行安全稳定性分析

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Analysis on Safety and Stability of No.3 Stacker ReclaimerSun Jianfu Jia Fangun(1.New Enterprise Branch of Meishan Iron&Steel Co.，2.Equipment Branch of Meishan Iron&Steel Co..Nanjing 210039)Key words：stacker；center-of-gravity；balance weight；cylinder；pressure梅钢3号堆取料机的原配重 66.4 t，当斗轮在下限位置取低于轨道平面下 1 m的物料时，料机出现沉头和尾部侧面车轮脱离轨道的现象，料机有侧翻危险，所以原配重 66.4 t明显不符合料机安全工作要求，存在严重的安全隐患。分析 目标是确定料机当前的重心位置，给出合理的配重量范围，提出最佳配重量建议。

1 3号堆取料机的稳定性现状及重心位置分析图 1所示为 3号堆取料机结构及其主要尺寸，前臂水平状态时，取料头距回转中心 37 m；平衡配重距回转中心 19.20 m；料机前轮距回转中心线 5.395 m；回转中心距两侧轨道的距离皆为3.5 m。料机腰部的回转直径 4 m，料机前臂架俯仰驱动油缸的参数为：D/d360/250，工作长度为(3 380行程 1 900)mm，臂架水平状态时，油缸两端铰支点距离4.68 m。

图1 3号堆取料机结构及主要尺寸孙建福 贾方俊 3号堆取料机的运行安全稳定性分析 ·53·1.1 料机的稳定性现状3号堆取料机在投入运行的几年中，做过斗轮部分结构修改和加装防护罩扶梯等措施，料机上部动臂的实际重心已偏离原设计重心，在工作中发现，当斗轮在下限位置取低于轨道平面下 1 m的物料时，料机出现沉头和尾部侧面车轮脱离轨道的现象，料机有侧翻危险，所以原配重 66.4 t明显不符合料机安全工作要求，存在严重的安全隐患。

1.2 料机动臂的实际重心测试方案由于 3号堆取料机经过多年运行和多次结构改造后，其实际重心已经和图纸设计的重心偏离，需要通过现场试验方法进行相关测试，根据测试数据和料机相关参数分析计算料机的实际重心。

无杆臆油压 有扦腔油压注：A点为大梁两个主铰支点连线的中点；B点为油缸下铰支点；C点为油缸活塞杆与大梁的铰接点；a为 AB连线与水平线之间的夹角，a28.58。。

图2 料机测试方案示意图试验方法：不同配重下，前臂处于水平、上极 两腔的压力数值以及角 A和角 c，测试数据见表限、下极限等不同位置时，测量前臂俯仰驱动油缸 1，现场测试角度参考值见图3。

表 1 3号堆取料机现场试验测试数据上极限66.4 水平下位上极限70.6水平5.86.915.54.17.3O.505.5O3.533.OO28.5817.0033.0028.5841.1139.3030.0041.1139.3O56.4070.23128.7941.7355.86注：AB6 123 mm，AC：8 956 mm，aactan(2 929/5 377)28.58。。

油缸参数(或型号)：D360 mm，d：250 mm油缸对前臂作用力 F的计算式为：F plA1-P2A2 0.785 4(12.96p1-6.71p2) (1)式(1)中：F为油缸对前臂的作用力 ，t；P.为油缸无杆腔 (下腔)油压，MPa；p：为油缸有杆腔 (上腔)油压，MPa。

1.3 料机动臂综合重心计算当料机前臂处于水平位置时，图4中的A、B、c。、D。状态，即驱动油缸的上铰点 C。与回转支点A处于同-水平线上，设此时的料机重心在 Dn点，设 AD。与回转中心线的夹角为 0，料机重心D。点对于A点的矢经为 ，即AD。R，令此时油缸对前臂的作用力为 ，当前臂处于水平位姿时，由表 1知，厶428.58。， C39.3。，对 A点蓉，设动臂总重量为 G，则动臂的力矩平衡方· 54· 梅山科技 2013年第 3期式(5)中：108.2 t：斗轮机构设计重量11.332 t斗轮机构改造增加的重量约 2 t臂架94.875 t。

配重 66.4 t时，G174.6 t，代入式(2)中计算得 R5 580 mrn。所以，配重66.4 t时，重心参数 ：R5 580 mm。

基于66.4 t配重的重心参数，推导出的不同配重下的重心位置参数见表 2。

表2 前臂水平状态下不同配重下的重心参数图3 上中下位置角度参考值 配重 0 R程为：G×R ×sin0F0×AC×sin39.3。

D图4 料机动臂重心力学模型(2)当动臂的前臂处于非水平位置时，即图 5中的 A、B、C、D状态，设油缸对前臂的作用力为 F，此时料机动臂重 tL，在 D点位置，AD对回转中心线的夹角为0-(厶4-28.58。)，对A点蓉，则动臂的力矩平衡方程为：G×R×sin(0-( A-28.58。))：F×AC×sin C (3)式(3)中：G，F的单位为 t(1 000 kgf)，R，AC的单位为 mm。

根据式(2)、式(3)得出下列关系式cotOI COS( A-28.58。)- j/si (/A-28.58。) (4)F osin39.3。 、 、。

动臂总重量G(t)的计算式如下G108.2配重 (5)重心 G与回转中心线的水平距离t (。) mil mm作为检验表 2中其他配重下重心参数的可信度，用表 1中第4第5行的i贝0量数据按照式(2)-式(5)计算，配重70.6 t时的动臂总重量 G178.8 t，得出其重心参数：019.18。，R5 394 IITI，与表2中第2行数据 019.15。，R5 445 mm接近，说明表2中推导出的其他配重情况下的重心参数是可信的，具有参考价值。

2 料机的稳定性分析及合理配重建议2.1 原配重 66.4 t情况下的料机稳定性分析通过理论分析计算和实验数据分析计算，前臂水平状态下，原配重66.4 t时，料机动臂的重心处于动臂转动支点 A的上方，且偏向斗轮方向，其矢经 5 580 mm，矢经与回转 中心线的夹角为24.24。，与回转中心线的水平距离为 2 282 mm，重心处于4 m回转支承的直径范围之外，使得回转支承受到较大的倾翻力矩作用。图5所示，当斗轮下沿低于轨道面 1 rn时，动臂从水平位置向下偏转了16。，此时重-tL，与回转中心的水平距离为 3 605 mm，超出轨道单侧边距3 500 mm，所以，当取料为黏稠厚重材料时，额外增加的倾翻力矩会使臂架沉头，严重时可能会导致料机侧翻。

2.2 现配重 70.6 t情况下的料机稳定性分析配重70.6 t情况下，斗轮下沿处于轨道面下1 m时，重心与回转中心的水平距离是3 135 mm，孙建福 贾方俊 3号堆取料机的运行安全稳定性分析 ·55·小于轨道单侧边距 3 500 mm，此情况下 的稳定性能虽然比66.4 t配重时的有所提高，但是配重66.4t前臂水平时的重心位置，L lr--々 -- 1 r--0--1 广 7 695 5 3953 135 mm接近轨道单侧边距的 3 500 mm的数值 ，因此70.6 t的配重显得不够。

面1 nl时- lI- / - - - 7 695 5 395(a主视图 Co)俯视图图5 配重66.4 t斗轮下极限位置时的重心示意图2.3 满足安全和稳定性能要求的合理配重从上述分析可知，原配重 66.4 t的安全性能明显不够，但是配重过大也会使料机工作时不安全，过大的配重会使料机前臂在上极限位置时自动翘头上翻，最大配重量应该是料机前臂在上极限位置时，重心不应越过回转中心线，应保证其重心夹角为正。确定最大配重量还可以用实验方法，即料机前臂处于上极限位置，增加配重时观察油缸无杆腔压力，当压力到 2.5 MPa时的配重即为符合安全要求的最大配重。分析表 2中不同配重下的重心参数，综合考虑回转支承受力和避免料机下倾、侧翻、上翘，安全的配重范围是70～80 t，因此合理的配重应该是(75±1)t。76.4 t配重时，斗轮下沿处于轨道面下 1 nl时，重心与回转中心线的水平距离是 2 520 mm，远远小于轨道单侧边距3 500 mm，所以在下位时不会出现沉头侧翻；当斗轮处于上极限时，即从水平位置向上偏转轨道5。，此时重心与回转中心线的剩余夹角为7.19。，重心没有越过回转中心线，符合动臂不自动上翘的安全要求，所以，3号堆取料机的配重定为(75±1)t是比较合理的。

3 结 语从回转支承受力分析和防止料机沉头、侧翻、翘头等方面综合考虑，3号堆取料机的合理配重范围应该是 70～80 t，同时通过测压实验方法确定最佳配重量，即料机前臂处于上极限位置时增加配重，观察油缸无杆腔压力，当压力到 2.5 MPa时的理想配重是(75±1)t时，即为符合安全要求的最佳配重。文中提出的理论分析方法、计算公式以及实验方案可以作为分析研究其他料机的稳定性、安全性提供参考和借鉴。