丁金燕 梁志祥 陈志威 蔡晓南
杭州华新机电工程有限公司 杭州 310030
摘 要：提出弧线摆动式装船机相对直线式移动装船机在运行机构上的难点和存在的问题，并进行应用分析。针对解决沿圆弧轨道行走的问题，在不考虑增设转向机构，减少整机重量和制造成本的基础上，探讨在运行机构的设计中运用加工相对角度的方法，最终使每个车轮落在圆弧线上，整个运行机构制造安装完后形成与轨道一样的圆弧线形，达到沿着圆弧轨道行走的目的。将得出的解决设计方案运用到实际制造和实际项目中达到预期效果，表明研究运用的方法是可行的，且降低了整台装船机的重量及成本，为港口码头上装船机的机械设计技术创新提供了参考依据。
关键词：弧线摆动式装船机；运行机构；圆弧轨道
0 引言
在三大类散货（矿石、煤炭、粮食）的运输过程中，装船机是必不可少的设备，其体形小、结构相对简单，造价低于卸船机，大型港口散料装船设备在能源、电力、冶金等行业发挥着重要作用。目前，国内散货装船机设备类型主要有墩柱式、弧线摆动式、直线平行移动式，直线平行移动式装船机占比最大[1]。随着港口设备行业的发展，国内外弧线摆动式装船机的运用也越来越多，相对于直线平行移动式装船机，弧线摆动式装船机对码头水工结构的要求较简单，码头投资较少，装船能力有所提高。
弧线摆动式装船机运行机构的轨迹为弧线，国内对弧线有轨运行机构的研究与应用非常少，仅有的形式则需要配合转向机构完成。文中研究探讨了一种新的设计理念，采用角度加工装配的设计方案来实现弧线行走，对弧线摆动式装卸船设备的优化设计和制造提出新的挑战和技术参考。
1 弧线摆动式装船机运行原理介绍
弧线摆动式装船机主要由回转大梁、大车运行机构、上部行走装置、主臂架、机内带式输送机、伸缩溜筒、门架等组成[2]。由地面带式输送系统将散货输送至装船机内部的带式输送机尾部，通过机内带式输送机输送到头部溜筒，通过伸缩溜筒输送至散货船船舱。弧线型装船机由大跨度大梁和置于大梁上方的带有装船臂架的移动运行装置组成。回转大梁与码头岸线垂直布置，后支点为水平铰点，前支点为运行机构，在运行机构的驱动下，可沿弧形轨道往返运行，使整个装船设备绕后铰点左右摆动形成一个扇形装船作业面。其布置示意如图1 所示。装货时左右方向填船舱主要靠下面大车运行机构的弧线摆动，而前后方向主要靠大梁上部带臂架的移动运行装置，移动运行装置主要由运行小车、运行门架、臂架、反滚轮等组成，两个极限状态工作示意如图2 所示。
图1 弧线装船机工作简图
图2 两极限位置工作示意
2 弧线运行机构分析
直线平行移动式装船机沿码头两条平行的直线轨道移动，弧线式装船机则是沿一个圆弧轨道摆动，设计相对复杂，不仅需要驱动装置、车轮组等，还需要可以实现圆弧轨迹的装置，常用的方法是增加转向装置，车轮组可以由转向装置进行控制转动方向运行。增加转向装置虽然可以解决弧线运行问题，但增加了装船机设备整机制造成本、质量等。现讨论分析一种新的设计思路，在不增加转向装置的情况下，使运行机构可沿弧线运行，利用大车运行机构本身制作装配完形成与轨道一致的弧度，根据基距、圆弧轨道半径等可计算出运行机构整个圆弧角度，使运行机构的圆弧半径与轨道半径一致，运行机构的车轮中心必须落在轨道线上，则运行时不会偏离圆弧轨道，也不需要再借助转向装置调整方向，减少了人力、整机制造等成本同时减轻整机重量，布置示意如图3 所示。
图3 弧线运行机构平面图
3 解决方案探讨
3.1 解决方案
要实现沿着弧线轨道运行需做到行走时车轮落在轨道上，且在每一个弧线段上相对行走位移一致。运行机构由清轨缓冲装置、台车、小平衡梁、大平衡梁、平衡支座、驱动装置、防风装置等组成。如图4所示。
清轨缓冲装置主要是起到清扫轨道和碰撞时缓冲的作用；台车主要是连接驱动车轮及从动车轮组，由台车架、车轮组、驱动三合一组成[3]。因为驱动装置、从动车轮组是靠台车架刚性连接，车轮需落在圆弧线上且相切于摆动轨迹，故台车架与车轮组连接处应有一定角度，则台车架上的连接轴孔加工时应有偏角，偏角的大小由轨道圆弧半径和车轮间距离计算得出。
1. 清轨缓冲装置 2. 台车 3. 小平衡梁4. 大平衡梁 5. 平衡支座 6. 驱动装置 7. 防风装置
图4 运行机构
根据装载能力不同，大部分装船机运行机构不只有2 个车轮组，一般常规的支腿下有6 轮和8 轮，需增加小平衡梁连接两个台车。采用轴、轴端挡板、螺栓固定连接，原理同台车架结构，小平衡梁与台车连接处的轴孔加工装配也有一角度[4]。连接两根小平衡梁或是一根小平衡梁和台车（根据车轮数量不同选择不同形式）的大平衡梁，连接上部摆动主梁和大平横梁的平衡支座设计制造思路与此同理[5]，同样的连接形式。平衡支座、大、小平衡梁、台车连接的轴孔处都相对于中心线有一定角度，角度值由距离与弧线半径的三角函数关系确定，距离不同角度不同。最终装配在一体时应能达到整体是弧线型（弧线半径与摆动半径一致），一支腿下的运行机构示意图如图5 所示。
图5 运行机构装配（偏角）示意
3.2 角度计算
已知两连接处水平直线距离为L，圆弧摆动半径为R，画简图如图6 所示，可得
则推导出角度
为了验证上述探讨方案的实际效果，某海外项目1000 t/h 以及3 500 t/h 的装船机设备中进行了实际应用，根据一期项目制造、装配、使用反馈结果表明此次探讨分析的设计思路方案可行，效果良好。
图6 弧线摆动角度关系示意
4 结语
文中研究探讨的基于加工角度完成大车运行机构圆弧行走的新思路方法，在实际项目应用中，既简化了装船机设备的设计，又减少了整机重量和制造成本，投产使用后性能良好、构造简单、操作方便，为港口散货装船设备提供了新的技术改进参考，提高了经济效益，值得推广应用。
参考文献
[1] 邹胜，高飞. 散料装卸船机的发展[J]. 起重机运输机械,2005(8):9-13.
[2] 李谷音. 港口起重机械[M]. 北京：人民交通出版社.2009.
[3] GB/T3811—2008 起重机设计规范[S].
[4] 成大先. 机械设计手册[M]. 第四版. 北京：化学工业出版社. 2002.
[5] 张质文，虞和谦，王金诺等. 起重机设计手册[M]. 北京：中国铁道出版社.1998.
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