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 散料机械的现状、特点及制造安装技术

       作者:李毅民 

    自从八十年代改革开放以来,中国经济迅速发展,一大批港口、电厂相继建成并投入使用。许多国家重点工程引进了国外的先进技术和设备。相继建成秦皇岛港、日照港,青岛前湾港、连云港、宁波港、天津港、黄骅港、广州新沙港、广州西基港、湛江港、上海港、宝钢等大型散装物料装卸港口。这些散货港口的主要装卸货物为煤炭或铁矿石。大量的老电厂已不再使用推土机、装卸桥、叉车等低效率的输送设备,新建电厂已全部采用高效连续运输设备。国内用户采用进口及合作制造等多种方式使用国外先进设备。国产部分设备还出口到其它国家。散料机械设备有了长足的进步。大量的国外公司加入到中国的基本建设中。在此期间,相继引进了德国、荷兰、美国、日本、法国、英国等国家的大型设备。主要有大型抓斗岸桥、斗轮堆取料机、大型装船机以及整个散货装卸系统,同时也促进了国内的此类设备的设计水平制造水平。目前国内生产过大型抓斗岸桥的有两三个制造厂家。生产过堆取料机的厂家达十余家,长期设计制造堆取料机的厂家有四五家。这些厂家为国民经济的发展做出了贡献。
 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,并非像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。

散料机械设计制造技术
  散料机械的重大事故的发生主要是指设备在安装和使用期间发生设备倒塌,设备局部钢结构发生较大的开裂,重要机构的减速机轴断裂,造成人员的伤亡等。要避免这类事件的发生就要从多方面加强管理。从最初的选型,设计,安装,使用以及维护等多方面入手。

  正确的设计是设备质量的重要保证。 散料机械的设计是一个相对复杂的设计过程,原因是设备的功能、能力、参数等随着不同的用户经常发生变化。所以,其机构与结构随之发生变化。这种变化增加了设计工作的难度。在一般设计中采用ISO5049和FEM标准进行散料机械设计。钢结构的设计是散料机械设计的重要环节。相对与其它机械的钢结构而言,散料机械的钢结构细节变化多样,散料机械的钢结构的设计是一项复杂和细致的工作。往往是在小的细节设计出错导致大事故的发生。在一些交变载何部位要充分考虑疲劳应力对结构的影响,在具有应力集中的部位应适当降低实际应力的大小。

  控制系统的可靠性。现在控制系统一般都采用PLC控制,可靠性得到了很大的提高,对电气系统来说关键是执行系统和检测系统的可靠性。检测系统包括各种位置检测速度检测等一次仪表,限位开关。执行系统主要是指变频器、接触器等电器组件。

散料机械的故障或差错的避免

  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。

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。

  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。

  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。

  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。

  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。

  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。
  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。
  篇幅所限,这里只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。

 摘自 《机械工业商情》《CHINA INDUSTRIAL REPORTER》2003年第三期

By Liyimin  李毅民 2003-4-20