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散料机械设计制造使用常见综合问题杂谈  

李毅民 2003-2-27  

    散料机械在设计与制造过程中经常发生一些问题,这些问题往往在安装和使用过程中才被发现。为避免和减少此类问题的发生,本文对常见问题进行部分列举。以供设计与制造以及使用的相关人士参考。由于篇幅所限,本文仅是对部分问题的列举。更多问题尚需要大家在日常的工作实践中不断的积累和总结。

    1、关于能力参数、运动参数和几何参数

    散料机械的参数较多,如皮带机的能力,斗轮堆取料机的能力,装船机与卸船机的能力等,各种设备皮带机的带速,各种设备的皮带宽度,各种设备的俯仰速度与俯仰角度,回转速度和回转角度,大车走行的速度范围等,这些参数都应当与整个系统及现场的实际位置要求相互适应。任何参数既不可过大,也不可过小。过大和过小对系统和设备都不利。参数的问题其实包括总体设计选型和设备设计两个方面,如果在设备选型时设备参数就确定的不合理,则必然制造的产品也是不合理参数的产品。例如:

 a.在一些现场因为用户在总体设计时将斗轮堆取料机的取料能力的参数选用值较大。在设备投产后发生后后续皮带机或其它设备过载。在设计时往往将斗轮的斗容体积设计的过大,或所确定的物料密度比实际值偏小。为减少过大的取料能力,用户通常更换料斗或修改斗容。此问题在许多现场发生过。

 b.皮带宽度过宽,皮带带速过高。皮带的宽度选取与设备实际运送物料的能力有关,能力大,既单位时间物料通过的量大,带宽就宽,同时也兼顾物料的特性。如物料密度较大,且较坚硬时选择较宽皮带。关于皮带的宽度和速度的计算可参考本站免费计算软件进行计算。皮带的速度计算时也是要本着适中的原则。当物料粒度较大时皮带的宽度取大值。当皮带的带速过高时容易加快皮带的磨损降低皮带的使用寿命。有的设计者将皮带速度参数留有过大的余量,使速度过高,从而降低了皮带的寿命。

c、关于各个机构的速度:散料机械的各个机构的速度的确定是有一定原则的。一般与设备的能力,机构的需要效率,运动机构的惯性载荷有关。对具有俯仰机构的设备其俯仰速度一般用最前端的线速度来描述。在即可满足机械效率的前提下,俯仰速度通常为4-6米/分,过低的速度会影响效率,过高的速度会加大驱动电机的功率,并导致在俯仰机构在启动或制动时发生较大冲击,对钢结构的受力不利。斗轮堆取料机、装船机、卸船机的大车走行机构的走行速度,其高速一般控制在30米/分以下,低速要根据工艺要求确定,如斗轮堆取料机要根据取料能力和进尺量确定,装船机与卸船机则可取更低的低速作为工作速度。对于带有回转机构的装船机和卸船机的回转速度其最前端的回转线速度一般为小于或等于30米/分。斗轮堆取料机的回转速度的变化是按照余弦函数的倒数成正比的关系变化,在悬臂平行于轨道时为0度,速度调整的角度范围从0度到70度,70度到90度为恒速运行,在斗轮堆取料机的设计中要限定最高回转速度,同时在设计最高回转速度时要根据取料能力来设计。如果取料时回转速度偏低时会发生取料能力不够的现象。斗轮堆取料机在取料状态时回转速度为斗轮处水平回转时的线速度。速度范围常取值为25-50米/分,对较大取料量的设备,如取料量为6000吨/时时取50米/分左右,小取料量的设备取25-30米/分。如果堆取料机回转机构的转速过低会发生取料量不够的问题。

d、关于几何参数:设备的几何参数包括轨道中心距,悬臂长度,回转半径,俯仰角度,适用船型料堆高度等参数,这些参数应当通过仔细的布置确定,要从设备、料场、码头前沿、工艺等多方面考虑,不可忽视。如要考虑船的空载最高潮汐,满载的最低潮汐,料堆的轨上高度和轨下高度,俯仰最高和最低位置时皮带机允许的最大倾角等。料场的轨下高度值如果过低会影响到回转角度,既斗轮无法取到轨道基础根部物料。轨道中心距与设备的参数也有相互适应问题,当选定的轨道中心距偏小时容易发生轮压过大或过小的故障。

   上述参数问题往往会在总体或设备设计时出现错误,最终导致设备在投产后不够完善。在堆取料机设备上或装船机设备上就会发生回转角度由于几何位置的限制而达不到实际需要的参数。这样会给设备的实际应用功能达不到工艺要求,会给用户和制造者造成重大经济损失。在皮带机或散料机械上,如装卸船机、斗轮堆取料机等设备上皮带机溜筒的几何位置关系设计不当会发生物料堵塞、皮带跑偏、撒料等故障。

e、关于各个机构的功率参数

不同设备不同机构的功率各有不同的计算方法,在实际选用时也应当要使其具体数值适宜。过高或过低的参数对设备都不利。很多用户愿意追求较大功率,因为他们担心功率不够,其实不然,过大功率将使设备运营成本加大。更重要的一点是在功率增大后部分机构的载荷在出现过载时也随之加大。如斗轮堆取料机的斗轮机构或回转机构当出现过载时会使整机的钢结构载荷加大,直接影响到设备钢结构的强度或刚度。为此,不提倡将设备各个机构驱动电机功率的余量增加过大。

 2、机构的差错

    设备在设计时会发生机构的差错,例如在俯仰设计或起升机构以及悬臂伸缩机构的设计中将滑轮倍率计算错误;驱动或传动机构出现多余约束,从而发生断轴故障;轴类零件计算差错发生疲劳破坏;齿轮类零件在设计中由于强度不够发生断齿;标准减速机选用过小寿命短;皮带运输机驱动装置的第一级传动齿轮断齿断轴;部分机构所确定的形式或机构方案不可靠造成经常出现故障等。在安装阶段会发现相互安装尺寸或形状错误导致无法安装等。对重要具有旋转装置的销轴,通常带有需要润滑的滑动轴承,其销轴的安装角度要特别注意,安装角度的错误会使轴承需要润滑的角度位置加不上油脂。

3、结构的故障

    所谓结构是指由钢板或形钢焊接而成的构件用于支承设备的主体或某些部件的主要承载件。这些支承件的构造一般为箱形梁或工字梁组成。现在,大多企业在钢结构设计时都采用国外先进的有限元软件进行强度计算。在设计手段上有了较大的进步,一般设备主体结构的连续直段较少出现开裂等强度问题,而在非连续位置容易发生故障,如断裂、开焊、疲劳开裂等问题,尤其在梁的弯折点、力的传递点、相连接的筋板或格板处是故障的多发点。在设计和制造过程中应当格外注意,设计的重点要放在钢结构件设计的局部处理和力的传递上。有许多大的故障或事故是发生在梁的局部或力的传递点。在计算时往往结构的局部或力的传递点很难进行接近于实际的力学模型简化,所建立的力学模型和数学模型要尽最大可能去接近于实际状况。因此,对梁的局部要进行认真的分析。另外对非直梁过渡区间的弯折半径要尽量取大值,因为在此区间具有一定程度的应力集中,此处的应力和非弯折区间相比要大很多。弯折曲率半径越小,应力集中越大。当故障出现在重要部位时会发生设备倾翻、主要受力件断裂的重大事故。所以,必须特别注意结构件的设计和计算,尤其是钢结构局部的设计。另外,设备在制造阶段的焊接也同样重要。必要的焊接后的探伤,焊缝的形式,焊接工艺等是结构件焊接质量保证的条件。在设备安装和使用过程中国内已多次发生因设备强度故障导致设备倒塌的重大事故,并会引起重大人员伤亡和较大的经济损失。所以,必须注意在设计、制造、安装、使用各个阶段设备的强度问题。尤其在设备投产后要经常观察设备的螺栓连接、焊缝、构件本体是否有开裂、开焊断裂。许多设备在最初或应用一段时间后出现问题。在结构方面还有重要的一点是要特别注意刚度分析和计算。一般稳定性计算和局部板壳稳定性计算在现有应用计算软件中难以进行,应当进行认真分析。有的设备就是因为杆件或梁的变形或失稳发生故障或事故。对某点的各种位移在大多数应用软件中可以得到其结果。在了解各个点位移情况后在进一步进行决策和分析。要避免设备某些梁的变形或下挠超出规定值。另外,在一些结构上经常会因设计不当发生存水积水现象,机器室电气室也经常会发生漏雨漏水现象。

4、控制和拖动

    由于现代机械设备控制和拖动系统采用了比较多的进口或合资企业制造的产品,设备控制和拖动系统的故障率相对较少,其主要表现形式是所有一次检测仪表的可靠性。如各种限位开关的可靠性,各种编码器的可靠性,检测系统的机械连接的可靠性等。在设计中的确表现主要是是否控制和保护系统完备与合理。各种屏柜的布置位置是否合理,各种电缆的走向是否合理和符合规范要求。

5、辅助结构件的问题

  辅助结构件是设备安全保护设施,如走台、梯子、栏杆等。因为不是主要受力件,容易在设计和制造阶段被忽视,使一定数量的辅助钢机构件在现场安装阶段发现尺寸或安装位置、装配方式不合适、梯子栏杆、走台不符合安全规范标准要求,现场焊接和安装时焊接质量不合格。这样的问题需要到现场进行修改或在现场进行检查纠正。

6、其它问题

实际上,并不是所有设计或制造问题都是具有较复杂概念方可避免或解决的问题。往往越是简单的问题越容易发生。且发生的数量还比较多,如尺寸的错误、数量的错误、材料的错误、最基本机械概念的错误。简单低级的错误约占错误总量的百分之八十到九十。控制和减少简单错误成为产品质量提高的关键。

散料机械与其它通用机械的特点:

    散料机械是单件小批量生产的大型机械设备,大多数产品为针对某一个项目设计制造的产品,并非象汽车制造业那样产品相对形式参数等比较固定,并切制造出数量较多的产品。所以设备的设计和制造在不同的用户都存在一定的差异。正因为如此,设备会必然存在这样或那样的问题和不足,要提高设备的综合质量就要求产品从设计就开始严格按照产品的规范或合同的规定进行设计。制造阶段要制定严格的制造工艺,通过认真和仔细的设计和计算尽最大可能使设备达到最完善的要求。按照国际惯例企业在各个方面的管理要按照ISO 9000系列标准进行管理和要求。

设计工作必要的要求:

    对一种产品最重要的是设计工作。在设计工作过程中应当避免如下几个方面的问题:

    在对某项技术问题并不十分了解或理解时不可应用到某项产品上;

    不可因为设计工作周期较紧而取消必要的设计审查或检查核对工作;

    不可在实际设计工作中评经验进行设计;

    对所有改进的产品要进行详细的计算和分析;

   不设计无把握的产品;

   他人的所设计的机构或结构要在理解后在拿过来使用,在未理解或未完全理解时不要使用。当然,这里并不是反对创新或创造,目的是要使所设计或制造的产品可靠,真正达到其应有的功能和品质。

  本文是经过多年实践经验研究的概括总结,实际上仅仅通过一篇较短的文章将大量的问题全面的反应出来是非常困难的,这就需要从事本专业的大多数工程技术人员通过多年深入的工作积累和研究去发现问题和解决问题。作为从事本行业企业的各个方面应当从经济和信誉两方面来认识和处理技术与质量问题。使所设计和制造的产品真正满足市场经济的要求和用户的要求。

By Liyimin  李毅民 2003-2-27