張 輝

上海振華重工(集團(tuán))股份有限公司

1 引言

隨著對(duì)環(huán)保的重視程度越來(lái)越高,各港口碼頭對(duì)全封閉高效連續(xù)螺旋卸船機(jī)出現(xiàn)了較大需求。目前大型環(huán)保螺旋卸船機(jī)技術(shù)主要被少數(shù)歐洲企業(yè)壟斷，國(guó)際市場(chǎng)占有量達(dá)80%以上。為打破國(guó)際壟斷，自主研發(fā)出了高效大型1 500 t/h的環(huán)保連續(xù)螺旋卸船機(jī)。

針對(duì)螺旋卸船機(jī)結(jié)構(gòu)中門(mén)架筒體與轉(zhuǎn)柱塔之間進(jìn)行±110°回轉(zhuǎn)的電纜連接敷設(shè)技術(shù)難點(diǎn)，通過(guò)優(yōu)化電氣工藝設(shè)計(jì)，提出可行方案。

2 現(xiàn)有技術(shù)分析

2.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)介紹

螺旋卸船機(jī)主要由門(mén)架、轉(zhuǎn)柱塔、水平臂架、垂直臂架等組成(見(jiàn)圖1)。其中門(mén)架結(jié)構(gòu)最上部是筒體，它由高強(qiáng)度螺栓與回轉(zhuǎn)大軸承聯(lián)接。轉(zhuǎn)柱塔是卸船機(jī)的主要結(jié)構(gòu)，為金屬結(jié)構(gòu)焊接件，用來(lái)支承水平臂架、俯仰機(jī)構(gòu)、司機(jī)室等上部回轉(zhuǎn)部分。轉(zhuǎn)柱塔中間安裝有卸料系統(tǒng)溜筒裝置[1]。在筒體和轉(zhuǎn)柱塔之間采用兩套驅(qū)動(dòng)裝置進(jìn)行驅(qū)動(dòng)，組成回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使得筒體與轉(zhuǎn)柱塔之間能實(shí)現(xiàn)±110°回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)速度為0.15 r/min。

圖1 轉(zhuǎn)柱塔和門(mén)架結(jié)構(gòu)圖

2.2 電纜布置走向

螺旋卸船機(jī)整機(jī)電纜布置主要分為上部電纜和下部電纜，其中上部電纜敷設(shè)路線是：從電氣房?jī)?nèi)部沿著電纜托架敷設(shè)至門(mén)架筒體處，通過(guò)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)敷設(shè)至水平臂架螺旋驅(qū)動(dòng)裝置、垂直螺旋臂架驅(qū)動(dòng)裝置、喂料驅(qū)動(dòng)裝置、俯仰機(jī)構(gòu)、司機(jī)室等上部回轉(zhuǎn)的電氣設(shè)備。通過(guò)該回轉(zhuǎn)部分的電纜有60根左右，分別有動(dòng)力、控制、通訊等電纜。技術(shù)難點(diǎn)在于通過(guò)可靠、合理的連接敷設(shè)方案，使得上部電纜經(jīng)過(guò)±110°的回轉(zhuǎn)，確保螺旋卸船機(jī)的動(dòng)力總成，半自動(dòng)電氣控制系統(tǒng)以及監(jiān)控系統(tǒng)正常工作。

2.3 現(xiàn)有敷設(shè)方案分析

2.3.1 中心集電器敷設(shè)方案

中心集電器又稱中心受電環(huán)，用于相對(duì)部件作圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)的電氣動(dòng)力傳輸和信號(hào)傳導(dǎo)。電纜連接中心集電器的上下接線柱，在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)下，該裝置中的滑環(huán)跟結(jié)構(gòu)同步回轉(zhuǎn)，從而輸出穩(wěn)定可靠的動(dòng)力傳輸和信號(hào)傳導(dǎo)。目前該裝置市場(chǎng)價(jià)格在每臺(tái)5萬(wàn)元左右。

但是中心集電器的安裝有一定的條件限制。首先，中心集電器應(yīng)垂直安裝；第二，中心集電器中心旋轉(zhuǎn)軸線與設(shè)備的中心旋轉(zhuǎn)軸線必須重合；第三，允許偏差不大于中心集電器總高1/1 000。綜上所述，結(jié)合螺旋卸船機(jī)回轉(zhuǎn)部分的結(jié)構(gòu)，在該部分的中心回轉(zhuǎn)軸線上安裝有卸料系統(tǒng)的溜筒裝置，會(huì)和中心集電器裝置相互干涉。

2.3.2 電纜拖鏈敷設(shè)方案

電纜拖鏈?zhǔn)且环N束縛電纜或電線以方便其轉(zhuǎn)動(dòng)及運(yùn)動(dòng)的裝置，電纜拖鏈能夠隨著設(shè)備在發(fā)生移動(dòng)或者旋轉(zhuǎn)的時(shí)候通過(guò)導(dǎo)向裝置在導(dǎo)向槽中來(lái)回運(yùn)行，發(fā)揮安全保護(hù)和導(dǎo)向的功能[2-3]。根據(jù)螺旋卸船機(jī)的作業(yè)工況，配合適用于拖鏈的高柔性電纜，可以用電纜拖鏈的方式來(lái)進(jìn)行電纜敷設(shè)。

電纜拖鏈系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定、維護(hù)方便，但拖鏈以及需要配套的柔性電纜兩者相加成本較高。以本機(jī)型設(shè)計(jì)方案為例，不計(jì)算該系統(tǒng)安裝支架以及維護(hù)平臺(tái)的搭建成本，拖鏈系統(tǒng)和配套的柔性電纜采購(gòu)價(jià)格在40萬(wàn)元左右。

3 優(yōu)化方案總體設(shè)計(jì)

通過(guò)分析螺旋卸船機(jī)回轉(zhuǎn)作業(yè)工況，得到各個(gè)結(jié)構(gòu)發(fā)生回轉(zhuǎn)時(shí)的運(yùn)動(dòng)軌跡，設(shè)計(jì)出一套優(yōu)化方案：電纜通過(guò)垂懸敷設(shè)，在該部分結(jié)構(gòu)的筒體(固定端)和轉(zhuǎn)柱塔(移動(dòng)端)上分別安裝2個(gè)電纜支架，用于固定垂懸電纜的兩端，利用電纜的柔性，使60多根電纜能夠跟隨回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)同步回轉(zhuǎn)，同時(shí)確保電纜不扭曲扯斷(見(jiàn)圖2)。

圖2 優(yōu)化方案總體設(shè)計(jì)圖

4 優(yōu)化方案關(guān)鍵技術(shù)

4.1 電纜支架的安裝

移動(dòng)端的電纜支架安裝在轉(zhuǎn)柱塔結(jié)構(gòu)下部，由于中心回轉(zhuǎn)軸線上安裝有卸料系統(tǒng)的溜筒裝置，所以首先要考慮移動(dòng)端的電纜支架相對(duì)位置要大于溜筒裝置在中心線上的直徑，避免電纜跟隨轉(zhuǎn)柱塔同步回轉(zhuǎn)時(shí)碰擦以及拉扯到溜筒表面。移動(dòng)端電纜支架的自由端制作時(shí)，要充分考慮電纜垂直向下時(shí)延展性以及自然的彎曲半徑，避免電纜受損(見(jiàn)圖3)。

圖3 移動(dòng)端電纜支架

固定端的電纜支架安裝在門(mén)架筒體上，其安裝角度盡量與移動(dòng)端電纜支架相同，使得垂懸電纜在最低點(diǎn)彎曲順滑自然，避免有任何絞頭。安裝高度低于移動(dòng)端電纜支架1 m左右(根據(jù)不同項(xiàng)目的圓筒體高度調(diào)節(jié))，同時(shí)要滿足電纜同步回轉(zhuǎn)時(shí)垂懸部分電纜的最大拉伸距離需求(見(jiàn)圖4)。

圖4 固定端電纜支架

電纜支架材料選用Q235B，為了防止腐蝕生銹，對(duì)整個(gè)支架作熱浸鋅處理；支架中間要用直徑20 mm的圓鋼分若干檔用作電纜的綁扎固定。

4.2 垂懸電纜長(zhǎng)度的計(jì)算

電纜的移動(dòng)端和固定端支架分別安裝完成后，要確定兩個(gè)點(diǎn)之間垂懸電纜的長(zhǎng)度。通過(guò)分析轉(zhuǎn)柱塔分別在+110°和-110°兩個(gè)最大回轉(zhuǎn)角度時(shí)的位置，得到電纜的最大拉伸距離，作為電纜垂懸敷設(shè)時(shí)預(yù)留的理論長(zhǎng)度。為避免電纜拉扯斷裂，加上一定的安全系數(shù)，計(jì)算出實(shí)際垂懸電纜預(yù)留長(zhǎng)度=理論長(zhǎng)度×1.2。

4.3 垂懸電纜的保護(hù)措施

要防止電纜同步回轉(zhuǎn)時(shí)，極端情況下回轉(zhuǎn)速度過(guò)快或者回轉(zhuǎn)動(dòng)作急停急轉(zhuǎn)，造成垂懸的電纜大幅度擺動(dòng)或者甩尾，使得電纜勾到圓筒體下部的溜筒結(jié)構(gòu)上，造成電纜損傷甚至斷裂。在對(duì)應(yīng)的溜筒結(jié)構(gòu)處覆蓋圓弧型板材，保證該處溜筒結(jié)構(gòu)表面光滑無(wú)毛刺。

4.4 施工工藝

在電纜敷設(shè)施工時(shí)，首先要求理齊拉直，排列整齊，無(wú)扭曲纏繞現(xiàn)象；其次，按照電纜直徑大小分2層在電纜支架上敷設(shè)，先敷設(shè)下層粗電纜，再敷設(shè)上層細(xì)電纜，避免電纜垂懸自重壓壞電纜；然后，在支架上固定采用金屬扎帶與尼龍?jiān)鷰Ы惶娼壴娎|，每3道尼龍?jiān)鷰Ш蠹?道金屬扎帶，使用金屬扎帶時(shí)，需要另外配扎帶護(hù)套保護(hù)電纜，以免對(duì)電纜的絕緣層造成傷害。垂懸電纜最底部的電纜敷設(shè)時(shí)，彎曲半徑按電纜直徑的8倍計(jì)算，確保底部電纜彎曲自然柔順，不能有絞頭，滿足螺旋卸船機(jī)進(jìn)行±110°回轉(zhuǎn)作業(yè)時(shí)同步扭動(dòng)。通訊電纜要單獨(dú)穿金屬軟管敷設(shè)，而且金屬軟管兩端必須可靠接地，防止信號(hào)受到干擾。

考慮到敷設(shè)的垂懸電纜在后期的維護(hù)、保養(yǎng)、更換時(shí)方便作業(yè)，在垂懸電纜的兩個(gè)終端，分別安裝1個(gè)接線箱，作為垂懸電纜上下連接的過(guò)渡。

5 結(jié)語(yǔ)

該螺旋卸船機(jī)項(xiàng)目通過(guò)一系列的設(shè)計(jì)優(yōu)化，單臺(tái)機(jī)制造費(fèi)用相比國(guó)外同類產(chǎn)品降低了20%左右，為國(guó)內(nèi)在高效連續(xù)螺旋卸船機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)化設(shè)計(jì)、制造方面積累了寶貴經(jīng)驗(yàn)。