抓斗卸船機結構優化分析

摘 要：抓斗卸船機是港口機械的重要設備之一，速度快，效率高，整個碼頭的整體運行效率因為抓斗卸船機有著很大的提高，隨著經濟的快速進步，海陸運輸已經在運輸行業扮演著越來越重要的角色。所以每個港口的碼頭盡可能大的船型，為提高整個系統的運行效率，所以選取高效、可靠的抓斗卸船機。當前，大型抓斗卸船機越來越多，它的安全平穩運行直接影響到公司效率，對整體結構設計也有了更高的要求。文章對抓斗卸船機從抓斗結構、抓斗支承下鉸點結構、梁結構、支撐結構方面進行優化，使抓斗卸船機的效率更高。

關鍵詞：抓斗卸船機；結構優化；分析

引言

抓斗卸船機是運輸系統的主要設備之一，主要應用在各類碼頭場所。同連續卸船機比較，抓斗卸船機雖然環境污染相對嚴重、整機質量大以及效率相對比較低，但是它的運營成本相對較低、物料和船舶的適應性好、船舶顛簸對其影響較小。越來越多的散貨船舶日趨大型化，抓斗周期要求越來越嚴格精確，對卸船機的性能、結構提出了更高的要求。

1 抓斗卸船機的基本構成及其工作原理

抓斗卸船機是由前后大梁、前后門架、前后水平桁架、前后拉桿、小門架、斜撐桿、側桁架、機臺、料斗及支架等金屬結構以及起升、開閉、小車運行機構（三者合而為一，簡稱為四卷筒機構）、變幅機構、大車運行機構等機構以及抓斗和料斗接料系統、水噴霧防塵系統、電氣系統等系統和移動式司機室、檢修設施以及防爬器、錨定、系纜、保險鉤、限位裝置等安全輔助設施等部件組成。

抓斗卸船機的工作原理為利用鋼絲繩的閉合運動，采用四繩雙顎板抓斗，開啟鋼絲繩，從船艙中挖掘物料后，閉合鋼絲繩，提起后跟隨小車前進，再開啟鋼絲繩，松開抓斗，把物料卸載到安裝在門架上的料斗里，由此完成抓斗卸船機的工作，而后物料通過料斗下部的給料系統，被送到港口碼頭上面的皮帶輸送機上。

2 抓斗結構優化

目前一些港口，抓斗卸船機的抓斗到現在還使用長撐桿抓斗，其設計時的撐桿材料為實心圓鋼，滑輪中心采用滑動軸承進行滾動，閉合繩采用鋼質鏈條，自重大，同時鋼質結構的強度和剛度難以滿足抓斗卸船機長期、高負荷作業需要。此外，這種長撐桿抓斗存在設計缺點，即在到達某位置后，顎鏟開始閉合，抓斗的抓取能力會逐漸變小，嚴重影響抓取量和效率。

斜壓式抓斗相對長撐桿抓斗進行技術改進，利用切削力大的刃口替代傳統剪式抓斗的刃口，并且其抓斗張開度可根據抓取物流的比重大小進行調節，不受抓舉力限制，從而可以在深挖作業時保證深挖能力和充填效率，兼具深挖和抓取力較大的特點。斜壓式抓斗相對于長撐桿抓斗的結構只是在斗體部分，會比長撐桿抓斗的斗體少一個下橫梁，這樣既能減輕抓斗自身重量，也簡化斗體的鉸接形式。這樣來說，長撐桿抓斗能夠深挖和剪式抓斗抓取力逐漸增大的優點，斜壓式抓斗兼而有之。同時，斜壓式抓斗是用高強度和剛度的斜壓臂來代替長撐桿抓斗的側撐桿，并降低了斜壓式抓斗的上部支承結構的高度，從而使得抓斗結構的強度和剛度均可改善。

3 抓斗支承下鉸點結構優化

一方面，在抓斗卸船機運行時，抓斗支承下的鉸點銷軸卡盤由于擠壓會變形，嚴重時甚至發生會崩裂，維修周期長，銷軸可能竄出，發生意外。同時，抓斗撐桿鉸點和抓斗瓣上軸套長期使用時會發生磨損，磨損超標時，抓斗就不能使用，進行維修，但是維修時間長。因此，要盡快找到處理方法，延長抓斗運行周期。

從另一方面考慮，抓斗卸船機在運行中產生的卡板變形，會使卡板孔與銷軸之間的配合間隙增大，抓斗在抓料過程中，礦粉會進入軸孔之間，導致銷軸潤滑不良。在閉合抓斗的過程中，由于很大扭矩的影響，抓斗的支撐桿在長期反復的應力作用下會導致支撐桿的焊接點開裂，就會引起抓斗撐桿斷裂事故的發生。所以，很有必要對抓斗卸船機的抓斗支承下的鉸點進行優化。

第一，從新選取銷軸與卡盤孔的配合標準，確保在卸船機抓斗運行時卡板孔與銷軸之間的配合間隙不會增大；同時在保證其他最優化條件下，選擇不易變形、強度高的材料，確保卡盤不變形，從而保證僅僅只是軸和套之間的磨損，而不會損傷主體結構，在軸套磨損嚴重時只需更滑軸套而不需大修。第二，使用自身帶密封套的銷軸來解決銷軸潤滑不良的問題。此銷軸設計時，將其潤滑油道設計在密封套里面，從而不管外界的卡盤是否變形，配合間隙會不會增大，都會有效的阻止礦粉的進入，確保抓斗卸船機抓斗支承下鉸點的自由轉動。

4 抓斗卸船機梁結構優化

抓斗卸船機典型結構的前后大梁一般設計成矩形梁（如圖1所示），優點是小車經過大梁鉸點處，可以沒有沖擊的自由渡過，所需材料多、截面積大、自重大；所以針對梁的寬軌進行優化，優化結構后的前后大梁其截面是T形，好處是節省材料、截面積小、自重輕，缺點是這樣的優化設計會因為空間局限性，小車經過大梁的鉸點只能利用如圖所示的窄軌渡過，但只要再在此基礎上把局部的細節進行優化，該處的沖擊可忽略。

5 抓斗卸船機支撐結構優化

抓斗卸船機典型結構中，機房底架通過螺栓，分別與卸船機主結構支架的H形梁和陸側上橫梁相連接，從而支撐起來的，H形梁和陸側上橫梁的這種連接方式使得其輔助支撐增多，使得抓斗卸船機的質量增大，同時由于過度固定的超靜定，螺栓在設計時，考慮位置、力等因素，情況復雜。而且在卸船機使用初期時，需要經常檢查各個螺栓的使用、失效情況，防止螺栓松動、剪斷，過多的螺栓導致工作繁瑣。由于抓斗卸船機經常在海上托運，所以必須考慮海上浪潮、風暴等極端工況下的情況。此時情況就會更加復雜，螺栓在考慮3個方向的加速度慣性力的共同作用下，為確保螺栓的安全系數，盡量選擇大尺寸的螺栓，而這既不經濟，情況改觀不大。所以選擇優化結構運用鉸接形式，第一，利用主鉸軸把機房底架和陸側上橫梁連一起，第二，利用楔塊把主鉸軸和陸側上橫梁在大車方向固定，第三，在機房底架海陸側增加連接撐桿與后大梁連接。這樣的優化設計會使機房底架的受力數量減小非常明確，同時由于該種支撐結構取消了輔助支撐，結構質量大大減輕。

通過有限元分析得到，分別將兩種形式的抓斗卸船機做簡單分析對比（如表1所示），優化設計后，優化后的卸船機相對于典型卸船機的整體質量可降低8%左右。

6 結束語

抓斗卸船機作為一種連續運輸貨物的大型機械設備之一，其運行成本、運行故障的降低對于提高整個工作的效率有著至關重要的作用。文章通過對抓斗卸船機的一些結構進行優化，希望對有關公司對于抓斗卸船機的設計進行優化，盡量降低自重，降低生產成本，保證質量。

參考文獻

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