回轉(zhuǎn)俯仰式散料輸送設(shè)備稱重和重心位置求解

黃振國(guó)

華電重工股份有限公司

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回轉(zhuǎn)俯仰式散料輸送設(shè)備稱重和重心位置求解

黃振國(guó)

華電重工股份有限公司

散料輸送設(shè)備安裝后須測(cè)量設(shè)備重量和重心位置。由于設(shè)備整體稱重?zé)o法得到下部固定結(jié)構(gòu)和上部轉(zhuǎn)臺(tái)及俯仰結(jié)構(gòu)的重量精確值，只能按理論統(tǒng)計(jì)推算獲取比較粗糙的重心位置數(shù)據(jù)。本文提出一種可以精確求取回轉(zhuǎn)俯仰式散料輸送設(shè)備上、下部分重量及其重心位置的思路和計(jì)算方法。

散料輸送設(shè)備; 回轉(zhuǎn); 俯仰; 稱重; 重心

DOI： 10.3963/j.issn.1000-8969.2016.04.003

1　前言

散料輸送設(shè)備諸如斗輪機(jī)、堆料機(jī)等安裝結(jié)束后，由于缺少對(duì)設(shè)備重量的稱重環(huán)節(jié)，設(shè)計(jì)者難以獲得設(shè)備竣工時(shí)的真實(shí)重量數(shù)據(jù)，也就無法對(duì)整機(jī)的重心數(shù)據(jù)進(jìn)行計(jì)算驗(yàn)證。現(xiàn)有手段主要依靠純粹的理論統(tǒng)計(jì)計(jì)算，然而根據(jù)實(shí)際工程經(jīng)驗(yàn)，設(shè)備竣工的重量往往會(huì)超出理論設(shè)計(jì)值。過去測(cè)量上部俯仰重心位置用的較多的方法是接地力測(cè)定[1]，但各廠家設(shè)備機(jī)型和出力不同，業(yè)內(nèi)很難去規(guī)定具體的數(shù)值，另外此方法中用于計(jì)算的上部結(jié)構(gòu)重量數(shù)據(jù)也是基于圖紙理論統(tǒng)計(jì)的，因此獲取的數(shù)據(jù)不太精確。

近年來在執(zhí)行海外項(xiàng)目過程中，依據(jù)國(guó)外標(biāo)準(zhǔn)如FEM、AS的要求，在設(shè)備安裝完畢后，需對(duì)設(shè)備進(jìn)行稱重并校核重量是否會(huì)超過許用誤差以驗(yàn)證設(shè)計(jì)，使得設(shè)計(jì)成為一種閉環(huán)控制。因此稱重是設(shè)計(jì)者了解設(shè)備竣工狀態(tài)的一種重要手段。

2　稱重

目前獲取設(shè)備準(zhǔn)確重量最有效的方法就是將設(shè)備用千斤頂進(jìn)行頂升，用稱重傳感器單元測(cè)量數(shù)據(jù)。對(duì)稱重傳感器單元的精度值要控制在±1%以內(nèi)，校準(zhǔn)越精確越好。

下部結(jié)構(gòu)若為四支點(diǎn)剛性結(jié)構(gòu)，可對(duì)一側(cè)軌道的兩個(gè)支腿進(jìn)行稱重以獲取較為準(zhǔn)確的數(shù)據(jù)；下部結(jié)構(gòu)若為三支點(diǎn)結(jié)構(gòu)，可對(duì)單個(gè)支點(diǎn)進(jìn)行稱重。

在過去執(zhí)行的幾個(gè)海外項(xiàng)目中，稱重僅被執(zhí)行為安裝結(jié)束后的整機(jī)稱重。在后來的平衡調(diào)試中發(fā)現(xiàn)，這樣稱重僅獲得整機(jī)的重量，無法獲取下部、上部轉(zhuǎn)臺(tái)及俯仰系統(tǒng)的重量，進(jìn)而無法求取重心的高度坐標(biāo)。且在俯仰平衡調(diào)試中，只能依靠液壓系統(tǒng)對(duì)俯仰范圍內(nèi)油缸力的測(cè)繪，與理論設(shè)計(jì)值比較，得出一個(gè)基于理論值的配重調(diào)整值。顯然，這樣的結(jié)果離精確值仍有差距。

為了改善這一狀況，建議在以下兩個(gè)階段也進(jìn)行稱重：①安裝下部及附屬結(jié)構(gòu)完畢；②安裝轉(zhuǎn)臺(tái)及附屬結(jié)構(gòu)完畢。通過這兩次稱重?cái)?shù)據(jù)和整機(jī)稱重，我們就可獲取準(zhǔn)確的三部分重量數(shù)據(jù)，用以分析各自及整機(jī)重心位置。

3　重量和重心計(jì)算

3.1坐標(biāo)系建立

為了分析三部分的重心位置，可建立如圖1、圖2、圖3所示的坐標(biāo)系。

圖1　下部結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系

圖2　上部結(jié)構(gòu)坐標(biāo)系

圖3　俯仰系統(tǒng)坐標(biāo)系

本文以四支點(diǎn)結(jié)構(gòu)作為研究對(duì)象，三支點(diǎn)可類似處理。

3.2參數(shù)定義及坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換

計(jì)算參數(shù)定義：G為整機(jī)重量；G1為下部結(jié)構(gòu)重量；G2為轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)重量；G2′為上部結(jié)構(gòu)重量；G3為俯仰系統(tǒng)重量。

(x1,y1,z1)為下部結(jié)構(gòu)重心位置；(x2,y2,z2)為轉(zhuǎn)臺(tái)結(jié)構(gòu)重心位置；(x3,y3,z3)為俯仰系統(tǒng)重心位置；(x2′,y2′,z2′)為上部結(jié)構(gòu)重心位置。

e1為回轉(zhuǎn)中心到支點(diǎn)形心的距離；e2為俯仰鉸點(diǎn)到回轉(zhuǎn)中心的距離；h1為回轉(zhuǎn)大軸承中心到軌面高度；h2為俯仰鉸點(diǎn)到回轉(zhuǎn)大軸承中心距離。

FA，F(xiàn)B，F(xiàn)C，F(xiàn)D為各支腿力的測(cè)量值。

R1，R2，R3為 坐標(biāo)系1、2、3中重心在XY平面內(nèi)的極徑。

θ1，θ2，θ3為坐標(biāo)系1、2、3中重心在XY平面內(nèi)的極角。

ρ為坐標(biāo)系3中俯仰重心的極徑。

φ為坐標(biāo)系3中俯仰重心的極角(極徑與XY平面夾角)。

β為測(cè)試時(shí)俯仰從初始位置變化的角度值。

a為一側(cè)軌道上兩支腿距離一半;b為軌距一半。

坐標(biāo)系2與坐標(biāo)系1之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系：

(1)

坐標(biāo)系3與坐標(biāo)系1之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系：

(2)

坐標(biāo)系2,3之間的轉(zhuǎn)換關(guān)系

(3)

3.3重心計(jì)算

通過第1次安裝下部及附屬結(jié)構(gòu)完畢的稱重，可以獲得G1值和FA1、FB1、FC1、FD1值。按極坐標(biāo)法，由式(4)、(5)可以求出下部重心的x1、y1值，z1只能通過三維模型軟件中鋼結(jié)構(gòu)部分的重心高度和編制相應(yīng)excel表格統(tǒng)計(jì)其他部件求得較為準(zhǔn)確的值。

(4)

由圖1可得以下關(guān)系式：

(5)

通過第2次安裝轉(zhuǎn)臺(tái)及附屬結(jié)構(gòu)完畢的稱重，可以獲得G2值和FA2、FB2、FC2、FD2值。同樣按極坐標(biāo)法，由式(6)、(7)可以求出轉(zhuǎn)臺(tái)重心的x2、y2值，z2同上也只能通過三維軟件中鋼結(jié)構(gòu)部分重心高度和編制相應(yīng)excel表格統(tǒng)計(jì)求得較為準(zhǔn)確的值。

(6)

由圖1、圖2可得以下關(guān)系式：

(7)

整機(jī)稱重可選取臂架垂直軌道時(shí)臂架俯仰角度水平和上仰β角度2個(gè)狀態(tài)。在臂架俯仰水平狀態(tài)下可獲得G2′值和FA2′、FB2′、FC2′、FD2′值。同樣按照極坐標(biāo)法，由式(8)、(9)可以求出可以求得上部結(jié)構(gòu)重心的x2′、y2′值，z2′需待z3求得后推出。

(8)

由圖1、圖2可得以下關(guān)系式：

(9)

同理再測(cè)得下俯和上仰極限位置的支腿力，可計(jì)算出相應(yīng)的x2′和y2′值并繪制上部回轉(zhuǎn)結(jié)構(gòu)在自重下的重心變化趨勢(shì)。

通過臂架水平狀態(tài)下可獲得G3值和FA3、FB3、FC3、FD3值。通過臂架上仰β角度狀態(tài)下可獲得G3′值和FA3′、FB3′、FC3′、FD3′值。同樣按極坐標(biāo)法，由式(10)、(15)可以求出兩種狀態(tài)下俯仰系統(tǒng)重心的x3、y3、z3值。

(1)臂架水平狀態(tài)

(10)

由圖1、圖2、圖3可得以下關(guān)系式：

(11)

(2)臂架上仰β角度狀態(tài)

(12)

由圖1、圖2、圖3可得以下關(guān)系式：

(13)

通過以上步驟可求得式(10)和式(12)中R3和R3′值，并可得下式：

(14)

求得φ值后，代入式(10)或式(12)，即可求出ρ值，依據(jù)式(10)可求z3。z2′可按下式求得

(15)

綜上，在各部分重心位置求得后，可在坐標(biāo)系1中按下式計(jì)算整機(jī)臂架水平且垂直軌道狀態(tài)的重心位置(x,y,z)。同理臂架其他狀態(tài)下也可類似處理。

(16)

4　結(jié)語

通過改善稱重方案能獲得比較精確的設(shè)備重量，設(shè)計(jì)者可以根據(jù)預(yù)先編制完整的excel表格迅速計(jì)算出設(shè)備的重心位置，為后續(xù)設(shè)計(jì)驗(yàn)證提供較為精確的數(shù)據(jù)。

[1]衣萬,張志明,史學(xué)佳. 塔架式斗輪堆取料機(jī)俯仰系統(tǒng)重心位置的測(cè)定與分析[J].起重運(yùn)輸機(jī)械 2002(8)：16～17.

A Novel Solution of Weighting and Gravity Center for the Rotary Pitching Equipment Conveying Bulk Material

Huang Zhenguo

Huadian Heavy Industries Co., Ltd.

Measurement of the weight and the gravity center is important when installing the bulk material conveying equipment. Since it is hard to obtain the accurate weights of bottom mounting structure, superior turntable and pitch structure correspondingly by directly weighing the whole equipment, gravity position data of these parts are usually crudely achieved by theoretical statistic calculation. In order to solve this problem, this paper proposes a calculating method to accurately acquire the weight and the gravity center of upper and lower parts of the rotary pitching equipment conveying bulk material .

Bulk material handling equipment; rotation; pitch; weighting; gravity center

2016-03-18

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.04.004

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