1 引言

随着国内对于煤炭、矿石等散货物料的需求日益扩大，大型高效的抓斗卸船机逐渐取代了门机装卸，成为各大型散货海港的主力装卸作业机型。卸船机生产能力逐渐从1 000 t/h提升到了4 000 t/h。为适应不同生产能力的卸船机，主小车的设计种类也越来越多，缺少统一标准，无法有效地控制成本，提高生产效率。因此新型主小车的标准化设计及优化势在必行。

主小车作为桥式抓斗卸船机的核心，不仅影响到整个卸船机的布局设计，还是卸船机驱动机构形式的选定和整体金属结构的设计计算需要考虑的重要因素之一[1] 。为了优化主小车设计，形成企业标准化生产，上海振华重工启动了关于主小车的标准化设计。本文针对1 500 t/h生产率以下的抓斗卸船机的标准化主小车，开发出一款通用的新型水平轮组，使其具备更好的适用性、通用性、标准性和维护性。

2 水平轮组简介

水平轮组一般由水平轮偏心轴、支架、水平轮、端盖等组成，一般固定在小车结构的4个角上。水平轮的踏面正对着小车轨道的侧面，距离小车轨道约2～3 mm，可通过偏心轴对其间隙进行调节。水平轮组的主要作用是防止主小车在高速运行过程中出现跑偏现象，由于抓斗抓取物料的工况影响，主小车经常受到抓斗摇晃所产生的偏载力，在运行过程中，这部分受力由水平轮结构来承担抵消。通常情况下偏载力不会长期连续存在，都是间歇性发生，力的方向可能向左或向右，因此一般是由2个对角线上的轮子来承担，从这点看水平轮组的受力工况并不恶劣。但是实际使用中发现，水平轮组磨损情况远大于车轮组的磨损情况，早期的悬臂式水平轮组，受力情况差，经常出现轴承压碎、水平轮大面积磨损的情况，并且维护非常困难。

1.2.5.1 血清学检查。试验鸡于14日龄采血，分离血清后进行琼脂扩散(AGP)试验，检测其血清IBD抗体，确认试验对象呈阴性。

3 原设计形式的问题

水平轮组主要承受抓斗偏载和主小车跑偏引起的侧向力，在实际使用过程中主要以力偶形式出现在小车中，具有间歇性、突然性和较大冲击力的特点[2]。在对这个构件的早期设计中，忽略了对其使用寿命和维护工作量的考虑。使用过程中，经常出现以下问题：水平轮无法调节、水平轮磨损过大、水平轮轴承经常压碎无法旋转和拆装维护工作量较大。2012年之前主要采用的水平轮组设计见图1。

表3为不同组别老龄人太极拳锻炼过程中左右侧骨骼肌IEMG相关系数。对照组左右侧下肢胫骨前肌、股外侧肌、臀大肌相关系数显著，实验组腓肠肌、胫骨前肌、股直肌、股内侧肌、臀大肌、股二头肌相关系数显著。

图1 拆卸调整困难的水平轮组

老式水平轮组采用封闭在圆形箱体内的结构固定形式，上下面使用螺栓密封盖板，水平轮轴采用上下2点支撑方式，水平轮自身受力为悬臂式受力(见图2)。

图2 早期水平轮组设计图

(4)维护非常困难。由于采用了长通轴的形式，无法整体拆卸，且受到小车结构自重和底部轨道空间的限制，必须用千斤顶完全顶起后，从底部水平轮开始分体拆除，工作量巨大，导致业主宁愿更换4个车轮组也不愿更换1个水平轮组。

新型水平轮的设计原则是：针对原有形式的缺陷进行针对性地设计改进和优化。新型设计见图3。

(1)受力情况。将受力形式从悬臂受力改为简支梁受力形式。改进后受力情况更好，实际应力非常小，选型余量比较大。

(2)优化润滑。采用密封圈进行防尘，结构形式简单，出油路径清晰，整体润滑良好，避免了生锈卡死而导致水平轮磨损。

(3)水平轮与轨道间隙调整更加方便。水平轮终端调节块放大了设计尺寸，调节板上螺栓开设更多的调节孔，使得水平轮偏心轴具有更多档的调节范围和更精细的调节间隙。

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这种设计形式存在多种缺陷：

(5)拆卸作业空间有限。整体水平轮组位于轨道内侧，这里是很难维护的地区，再加上拆装工作量巨大，长时间的人员悬空作业非常危险，往往采用搭建临时平台的方法，现场操作十分不便。

为解决上述问题，从2012年起，逐步对水平轮组进行优化和改进。经历多种形式的演变，并在多个项目上使用，逐步形成了新型水平轮组的雏形，并在2017年最终设计定型，推广使用效果良好，形成的标准化产品，适用于多种不同起重量的机型。

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据1∶25万广昌幅区域地质调查报告，区内葛仙山序列岩体SiO2含量为72.43～74.62%，平均值为73.61%，戈蒂里指数(τ)为55.66，分异指数(DI)为90.28，固结指数(SI)为4.14，Na2O/K2O比值为0.57，w(Na2O+K2O)为7.74%，w(Fe2O3+FeO)为2.00%，Fe2O3/FeO比值为0.58；由上述可知，区内岩体为酸性岩类，岩浆具富钾、硅，贫铁、镁、钙特点，铝饱和指数大于1.1或接近1.1，标准矿物中普遍含有刚玉，属铝过饱和类型。各单元分异指数高，固结指数较高，表明岩浆分异结晶程度高、固结程度较低。

4 新型水平轮组的设计

(1)所有受力都由端部较小的水平轮和2个小轴承承受，在长期冲击载荷的工况下，水平轮和内部轴承经常出现损坏。

图3 新型水平轮组主视图

(2)水平轮的偏心轴调节只能通过顶部油嘴位置的方形块来扭动旋转，设计极不合理。

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(3)理论上想用密闭箱体防止结构生锈，但是实际在海边高盐雾的工作环境下，不仅不能发挥作用，还起到反作用。固定卡盘生锈卡死后，在调节或者拆装水平轮组的过程中，多个项目即使扭断了调节块，也无法调整水平轮间隙或者拆卸水平轮组。

(4)水平轮组布置位置调整，由小车外侧调整到小车内侧，使其位于轨道外侧(见图4)。将水平轮组放在小车结构内侧面后，可以直接在小车内的维护平台上进行拆卸维护，解决了施工维护安全问题。

图4 新型水平轮组安装位置

(5)多种拆卸形式。新型式的水平轮组具备2种拆卸维护方式，给予维护人员更多的选择。第一种，整体水平轮组拆卸：整体水平轮组通过水平轮组支架与小车机构上接口位置的螺栓法兰连接，拆除螺栓后，可以将整体水平轮和支架整体拆除，完整更换整个水平轮组。第二种，零部件拆除：通过拆除水平轮轴上的端盖板螺栓，将水平轮和轴沿U型槽整体退出，用于维护个别零件。2种拆卸方式的目的都是为了实现整体拆卸，拆除后通过行车，运送至地面车间进行维护，现场可以快速直接更换准备好的备件包，大大缩短了现场停机维护时间(见图5)。

图5 新型水平轮组俯视图

(6)为配合水平轮组的安装，在小车结构上进行相应的优化设计，既确保了正常的装配使用，也采用简易的设计形式，实现轻量化的目标。在设计中配合新型水平轮接口法兰面，使用简易的法兰结构实现对接接口，主要受力位置在主体工字梁结构上采用对筋加固，仅仅4块板构成的法兰对接装置就实现了水平轮装置的固定(见图6)。对比老式结构，不仅焊接制作简单，同时还大幅减重，实际使用情况良好。

图6 新型水平轮组法兰接口

5 新型水平轮组的模型和计算

新型水平轮组采用Inventor三维建模设计，后期作为标准化产品整体应用于轻量化主小车。新型水平轮组采用了轻量化的设计，相比较原有设计形式，大幅减轻了整体结构重量，整体重量从200 kg减少到了125 kg(采用第二种拆卸方法，重量不含支架)。新型水平轮组加大了水平轮尺寸，原方案水平轮直径一般为420 mm，由于新型水平轮位于小车架内侧，为了确保拆卸空间，并保证水平轮踏面与小车轨道侧面2～3 mm的间隙，将水平轮设计成为直径600 mm的圆盘，并在圆盘结构上开设减重孔以减轻其重量。水平轮组三维设计模型和装配关系见图7。

图7 新型水平轮组装配图

利用Inventor三维建模软件自带的计算分析程序，对模型进行加载校核。针对1 500 t/h生产能力的卸船机设计参数，考虑最恶劣的工况下，单个轮子受到最大4 t的水平偏载力，进行加载分析。计算最大应力结果仅为3.241 MPa，应力结果见图8[3-4]。可见整体水平轮组的强度远超实际需求，可以在今后的项目中进一步优化。

图8 新型水平轮组应力图

6 结语

经过多个项目的使用情况分析，新型水平轮组的使用克服了原有主小车水平轮组的弊端，在标准化设计、通用化、轻量化和可维护性上效果显著。在设计中大量使用三维设计等新型设计方法，进行细节轻量化的处理，有利于整体主小车的轻量化优化设计。同时由于使用了标准化设计，可广泛使用于不同生产能力的主小车上，较大地节约了成本。

参 考 文 献

[1] 梁发盛，吴伟源，叶展超.大型桥式抓斗卸船机主小车行走系统故障诊断与处理[C].全国火电600 MW级机组能效对标及竞赛第十七届年会论文集，芜湖：中国电力企业联合会科技开发服务中心，2013：286-291.

[2] 何敏.卸船机主小车车轮偏心轴承箱调整偏斜分析[J].冶金设备，2014(2)：49-51.

[3] 袁康，付群峰，屈小章.大型复杂起重机械结构三维有限元子结构模型分析[J].机械设计与制造，2015(3)：14-18.

[4] 王姬.Inventor2014基础教程与实战技能[M].北京：机械工业出版社,2015:69.