摘要：本文针对悬臂式斗轮取料机的配重计算提出了一种新的计算思路，通过测量俯仰液压缸上下腔压力计算出油缸受力，间接计算出配重重量，再根据自身钢结构重量与对应结构来核算所需要配重。本文针对黄骅港四期R15悬臂式取料机俯仰抬升困难、俯仰液压系统泄露等问题，分析出因配重选取问题造成俯仰升降困难的故障分析进行分析说明，并介绍了通过测量计算油缸受力间接计算配重的方法，并对R15悬臂式取料机配重进行核算，并重新选取配重并调整安装配重的过程．此计算方法方法简单、可靠，并快捷地解决R15悬臂式取料机配重的选取与调整问题，及时消除隐患，保证安全生产．
关键字：悬臂式取科机 配重校核调整 油缸受力
1.悬臂式斗轮取料机的发展基本状况
悬臂式斗轮取料机是码头、堆场挖取堆存煤炭、矿石等松散物料的一种高效连续取料设备。它由悬臂皮带机、行走机构、斗轮及驱动装置、俯仰机构和回转机构等完整工作机构组成。对悬臂式斗轮取料机其合理的设计与有效的利用将极大提高煤炭、矿石码头作业效率。
2.悬臂式斗轮取料机的优势
悬臂式斗轮取料机的生产效率高，它采用的是利用不停旋转的斗轮机构，经过带式输送机输送物料，经过中心漏斗至地面皮带机构。作业过程中悬臂式取料机运行速度稳定，因为斗轮机构的配合，可以处理复杂的散装材料。斗轮取料机通过斗轮抓取、悬皮运行、行走和回转动作密切配合来实现连续作业，增加了取料机的作业效率。同时斗轮取料机结构简单，维护成本低，物料连续可控，比较简便的实现自动化作业，降低了人力成本。
3.悬臂式斗轮取料机配重选取及安装方法
悬臂式斗轮取料机配重的作用有：1、减少俯仰机构液压缸的受力；2、减小俯仰驱动电机功率；3、调整设备回转以上部分重心，使重心位于回转中心附近；4、消除取料机前倾或后倾的风险。
取料机配重一般使用箱装混凝土与配重铁、混凝土块与铸铁配重块这两种方式。黄骅港四期斗轮取料机使用的是混凝土块与铸铁配重块这种配重方式。配重安装前应当完成除配重外其他部件安装的全部工作量,以确保设备重量正确分布。在安装配重时，通常使用计算配重值90%的混凝土，浇筑成多块混凝土配重块，剩余配重重量使用铸铁，做成与混凝土块同样形状的配重块。在安装配重时，应使悬臂处于水平位置，且前臂架和后部三角架都使用工装支撑，配重安装时逐块吊装混凝土块配重，吊装配重时要注意已安装配重的重心位置，防止一侧重量较大取料机发生倾覆。安装完毕混凝土块配重块后，应当拆除前后支撑工装。反复做几次俯仰动作，排净俯仰液压系统中的空气之后，将悬臂置于水平位置即俯仰角度为0度。再通过测量接地力的方法来测量还需要增加配重的重量，逐块安装铸铁配重块，直至配重总重量达到期望值。接地力是指俯仰系统在0度俯仰角度时斗轮由地面所承受的载荷大小,此时俯仰系统的液压缸不受力。
最终配重的安装应特别慎重,配重安装调整不足或过大对设备都不利,配重量不足会导致俯仰液压系统过载,回转以上部分重心前移;配重量过大会使俯仰装置液压缸受拉力过大,存在俯仰系统前倾或后仰倾覆的重大隐患。
黄骅港四期堆场R15取料机悬臂俯仰动作过程中出现油缸受力较大的现象，并伴随俯仰液压系统不同程度漏油，为了确定取料机配重选取的正确性，故对黄骅港四期堆场取料机配重进行重新计算。
4.取料机及其俯仰钢结构的参数与存在的问题
4.1取料机及其俯仰钢结构的参数
黄骅港四期新建四台悬臂式斗轮取料机，下面计算说明均以黄骅港四期R15取料机为例进行说明。R15取料机主要参数为：
R15取料机其俯仰钢结构部分包括悬臂梁、多连杆机构、配重三角架梁、A型架等。悬臂梁由2个全腹板箱型梁构成,悬臂后部支撑在A型架底部上。悬臂梁前部为局部框架结构用以支撑斗轮及液压马达。悬臂梁上安装悬臂带式输送机及托辊架和滚筒。A型架是配重钢结构的主要受力支撑件，使用箱型结构，箱型梁连接处使用腹板螺栓连接,其上部通过2个铰轴与配重梁相连。液压缸通过顶升配重三角架梁中段来做俯仰动作。
4.2 R15斗轮取料机存在的问题与分析
R15斗轮取料机运行过程中经常发生悬臂位于俯仰最低点作业完毕后需要提升臂架时，发现俯仰上升困难的情况,俯仰液压站工作正常，但是俯仰无动作或者动作缓慢。调整俯仰液压站工作压力后,俯仰上升困难情况有所缓解。但是重载运行一段时间后，斗轮和格栅常存有积煤,当取料机位于俯仰最低点作业时，作业完毕后，臂架提升不动的现象更加频繁出现,需要人工清煤后才能有俯仰动作，极大的影响取料机作业效率。
通过分析单纯提高俯仰液压系统工作压力，并不能解决R15取料机抬臂困难情况,我们怀疑R15取料机的配重重量选取是否合适安装是否适当。
在静止水平状态下，悬臂前端重量较重,造成前重后轻,液压缸受压,从而引起臂架提升困难臂架无俯仰等现象。于是在臂架为水平状态下测量南北两侧液压缸有杆腔和无杆腔压力，将测量结果统计如下表：
经过压力测量显示两液压缸均受压力，判断配重较轻，臂架较沉导致液压缸受压，且压力较大，从而导致液压系统在设计工作压力范围内，不能够顶升液压缸，导致液压系统超压，从而引发抬臂困难无俯仰、俯仰液压系统漏油等
4.3配重的设计原理
为解决上述问题,必须对R15悬臂式斗轮取料机配重进行重新计算，并与实际配重对比，是否存在配重选取过小，或者安装错误等情况。悬臂式斗轮取料机在设计之初，其设计原理为臂架在水平位置时配重和臂架对应上铰点的扭矩平衡，即臂架水平位置时，液压油缸既不受压力也不受拉力。液压缸有杆腔与无杆腔压力近似于0MPa。
为解决R15取料机配重选取是否合适的问题,通过测量并计算液压缸受力,间接计算接地力的方法来计算配重并按照计算值调整配重。
4.4计算俯仰液压缸受力
通过测量俯仰液压缸的有杆腔和无杆腔压力并根据液压缸有杆腔与无杆腔的面积来计算俯仰液压缸的受力。
俯仰液压缸品牌为力士乐，型号为YTELMP5/400/250/3000A10。由液压缸型号，查样本可知液压缸内径为D=400mm，活塞杆直径为d=250mm 。
液压缸受力计算:
式中液压缸内腔直径,D=400mm
活塞杆直径,d=250mm
Pa为无杆腔压力,
Pb为有杆腔压力,
n———液压缸数量,n=2
测量时,应保证俯仰液压缸、俯仰液压系统完好,液压缸上下腔充满液压油并排净空气,然后启动液压系统多做几次俯仰动作之后，将臂架停止在水平位置，等臂架平稳不晃动时，分别测量俯仰液压缸在水平状态下上、下腔系统压力。根据上表取两油缸无杆腔与有杆腔的压力平均值即
Pa=6.55MPa
Pb=2.85MPa
将数值带入上式，经计算两油缸受力为120.58吨，且两油缸均受压力。
4.5配重调整理论值
查俯仰油缸受力与配重重量关系图，可知俯仰油缸受压时，且油缸压力-120.58吨时，此时配重约为268吨左右。按照设计配重303.5t，此时需要加配重35.5吨。
此时测量时，悬臂头部因为作业一段时间会存有积煤。经验算，头部有1吨积煤时，在配重计算时就会增加2.7吨。估算斗轮前部积煤约有2至4吨。将积煤增加配重除去，需要增加配重为24.7吨至30.1吨。实际增加配重的数值要在增加配重时，重新测量俯仰液压缸上下腔压力，俯仰液压缸在水平位置受力接近零，为最合适的配重值。
4.6配重调整实际值
将臂架置于水平位置，由R15取料机机械图纸可得每部分钢结构重量，用力矩平衡公式来计算此时配重。
将R15取料机钢结构重量汇总如下表：
计算可得配重重量为297.15吨，需要增加29.15吨。
由于计算实际值忽略了取料机行走踏板、护栏、液压油管等重量，实际增加配重重量应该略大于29.15吨。
综上所述，R15取料机配重理论计算所需要增加的配重为24.7吨至30.1吨，实际计算值29.15吨，综合两种情况所需要增加配重为29.15吨至30.1吨。
4.7配重调整与安装
配重选用厚25mm的铁板制成T字形状，外形尺寸为6225mmX1980mm,按照铁的密度7.85t/m3，计算出配重为2.17吨每块。根据所需要增加配重的重量为29.15吨至30.1吨，经计算所需要增加配重为13.8块左右。因为要考虑到配重重心的变化，左右两侧配重增加数量必须保持一致。所以配重块增加数目只能为双数。所以初步预计配重增加数量为14块。在增加配重时采用先增加左侧一块之后再增加对应一侧的配重块，保持住配重重心不变化。采用逐渐增加的办法，将配重块加至所需要的数目。
采用逐步增加配重的方法将配置块增加至14块，此时将臂架置于水平位置，采用本文上述的方法重新测量液压缸有杆腔和无杆腔的压力计算出此时油缸受力为7吨，基本接近于前后平衡状态，同时此重量也符合液压系统工作条件，极大减小了液压系统损坏的风险。
5 总结
黄骅港四期工程新建R15悬臂式取料机由于配重安装不当，出现臂架提升困难，液压系统漏油等现象，存在很大的安全隐患。本文通过测量并计算俯仰液压缸油缸受力间接计算配重重量的方法，方便快捷地解决悬臂式取料机配重的计算、调整问题。使用该方法校核悬臂式取料机配重，方法简单便捷，不需要使用吊车测量轮斗处接地力，不用停机拆解油缸，操作可行性较高，施工工期短，影响作业时间较短，效果良好。
论文作者:张明
论文发表刊物:《电力设备》2018年第14期
论文发表时间:2018/9/12
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