张圣，周富春

基于连续卸煤条件下的卸船机给料系统振动分析

张圣，周富春

（国家电力公司水电施工设备质量检验测试中心，浙江杭州310030）

分析了桥式抓斗卸船机在不同生产率工况下，振动给料机及下部钢结构振动情况，探讨了下部钢结构振动与振动给料机振动之间的关系，对卸船机振动给料系统的振动特性进行了深入分析。

连续卸煤；振动给料系统；振动分析；桥式抓斗卸船机

0 引言

抓斗卸船机是用来将大量固态货物从船舱运至码头上的煤料传送带上的机械。而桥式抓斗卸船机主要用于散货船的卸船作业,由于其较高的转运能力,目前已经成为国内外各大型散货港口的主要卸船设备。给料系统是桥式抓斗卸船机的主要的核心构成之一，主要包括振动给料器、给料皮带、料斗门、转换皮带、料斗及格栅等。以华电某储运公司的2100t/h桥式卸船机为例。在日常运行过程中发现，该设备在连续卸煤作业工况下，振动给料机工作时，卸船机下部钢结构会产生一定程度的振动。发生振动时，操作人员反馈在卸船机下部钢结构上亦感受较为明显，振动强烈时，可影响正常的操作。

1 卸船机给料系统工作流程

卸船机给料系用工作流程为：抓斗从船舱抓取物料；起升机构将抓斗提升到一定高度，小车从船舱向料斗方向移动；抓斗位于料斗的正上方打开；物料落人料斗内，并从料斗出口落到振动给料器中；振动给料器通过振动将物料连续均匀地送到给料皮带机上。

2 结构振动测试

为了解卸船机下部钢结构振动的情况，分析振动产生的原因，本次研究采用钢结构振动测试的方式，针对该设备的结构特点，在卸船机振动给料机及卸船机下部钢结构，布置了11个拾振测点（如图1所示），图上括号内为对称部位测点。主要测试卸船机在实际卸煤作业时，卸船机在不同生产率工况下，振动给料机及下部钢结构振动情况。通过对振动测试结果时域、频域的分析，确定钢结构振动的大小；分析下部钢结构振动与振动给料机振动之间的关系；分析下部钢结构振动的原因、性质，判断卸船机下部钢结构是否发生共振现象。

图1 拾振测点示意图

测试内容主要分为两部分：结构振动测试和结构固有频率测试。

2.1 结构振动测试

测试工况如下：

（1）卸船机处于实际卸煤状态，生产率基本在1000t/h。

（2）卸船机处于实际卸煤状态，生产率基本在1500t/h。

（3）卸船机处于实际卸煤状态，生产率基本在2000t/h。

分别测试各测点在上述相应工况下的振动数据，见表1。振动测试方向以海陆方向为主，部分测点进行垂直及大车行走方向振动测试。

因现场条件限制，部分测点测试了其中的两个工况。

2.2 结构固有频率测试

当卸船机处于静止状态时，在测点9部位施加一定大小的海陆方向侧向力，然后突然释放侧向力，使结构进行自由衰减振动，直至静止状态。记录此过程中，测点9处结构振动数据，通过对此自由衰减振动频谱进行分析，确定结构的固有频率。

3 结构振动分析

卸船机下部钢结构振动测试结果见表1。

3.1 整体振动分析

经对测试结果的振动波形及振动频谱研究、分析后，可以确定，各测点的振动基本上由2部分振动合成。下面以测点1在1000t/h生产率下的振动数据为例进行分析，其它各测点、各生产率下振动数据基本类似。测点1的振动波形及频谱如图2-图4所示。

表1 卸船机振动测试结果

3.1.1整机振动（晃动）

从图2可以看出，测点1的振动位移波形存在一个明显的低频振动。此振动是因抓斗抓煤作业产生的卸船机整机振动，平时称其为卸船机“晃动”，一般此类整机振动（晃动）频率较低、幅度相对较大。通过对测点7、测点8海陆方向与大车方向振动数据的比对，可以确定，整机振动（晃动）主要沿海陆方向。

在此次测试中，#3卸船机下部测点的整机振动（晃动）幅度（p-p值）在2-19m m之间，其大小受抓斗抓煤、卸煤作业时的操控方式影响较大。所以，振动幅值变化较大。从图4的频谱图中可以看出，整机振动频率较低，为0.8H z。

3.1.2给料机引起的振动

从图3的振动波形中可以看出，在测点1的整机振动（晃动）位移波形上，叠加了一个振幅（p-p值）相对较小（0.6m m）、频率相对较高（8.9H z）的振动波形。此振动基本由振动给料机振动引起，振动振幅相对稳定。振动频率相对整机晃动频率高很多，其频率随生产率的变化而变化。

3.2 给料机对下部钢结构的振动分析

振动分析主要包括以下几个方面内容：1）振源的分析；2）振动方向分析；3）振动幅度、频率分析；4）结构固有频率分析；5）结构共振分析。

因时间及船舱煤量关系，振动测试在不同的时段进行了多次测试。每个测试时段内，生产率不做调整，各测点振动测试时生产率相同。不同的测试时段之间，生产率进行过调整，即使某2个测试时段，生产率值相同，但因时滞、误差等因素，实际振动给料机的振动速度并不相同，从而可能造成振动测试结果的频谱也不相同。例如，在测试“时段5”，生产率为1000t/h，各测点振动频率为6.5H z。但在测试“时段1”，生产率同为1000t/h，各测点振动频率为8.9H z。由此导致的数据差异对结果的分析基本没有影响。

图2 测点1整机晃动位移波形（1000t/h生产率）

3.2.1振源分析

从测试结果表1可以看出，各测点在不同生产率下的振动频率与振动给料机的振动频率（测点10）完全相同。

卸船机生产率提高，振动给料机的振动频率相应提高，反之降低。当卸船机生产率分别在1000t/h、1500t/h、2000t/h时，振动给料机的振动频率（测点10）相应为8.9H z、11.3H z、13.6H z，各测点的振动频率跟随振动给料机的频率同步变化，且相同。这说明振动给料机就是这些测点部位振动的激励源。因此，卸船机下部钢结构的振动是在振动给料机激励下的受迫振动。

图3 测点1给料机引起的振动波形

图4 测点1振动的频谱（1000t/h生产率）

3.2.2振动方向分析

从测点7、测点8在1000t/h生产率下，海陆方向与大车方向振动数据比对可以看出，在海陆方向，存在振幅为0.2-0.3m m，频率为8.9H z由振动给料机引起的振动。而大车方向振动数据，通过频谱分析，基本无此类振动。

从测点3及测点9海陆方向与垂直方向振动数据比对可以看出，测点3海陆方向振幅0.4m m，垂直方向只有0.1m m；测点9海陆方向振幅在1.2m m左右，而垂直方向只有0.2m m左右。垂直方向振动幅值远小于海陆方向。

因此，振动给料机引起的振动主要为海陆方向，这与振动给料机机械振动方向为海陆方向也是一致的。

3.2.3振动幅值、频率分析

测试结果表1中可以看出，振动给料机引起的振动振幅（p-p值）基本在0.2-1.2m m之间。测点3至测点8振动幅度相对较小，在0.2-0.4m m之间；测点9（楼梯下部）振动最大，为1.2m m。各测点部位振动大小相对稳定，基本不随生产率的变化而变化。

各测点的振动频率与振动给料机振动频率（测点10）变化同步，且大小相同，随生产率的提升而提高，反之降低。在生产率分别为1000t/h、1500t/h、2000t/h时，各测点的振动频率相应为6.5H z（8.9H z）、11.3H z、13.6H z（13.9H z、14.3H z），括号内的频率为相同生产率，不同时段测试结果的频率。

振动给料机（测点10）的振动频率随生产率变化而调整变化，生产率在1000-2000t/h之间变化时，其对应振动频率在6.5-14.3H z之间变化。振动振幅基本保持在10m m左右不变，这是由振动给料机的振动发生机械结构所决定的。

图5 自由衰减振动位移波形

图6 自由衰减振动频谱

图7 测点3振幅频率变化曲线

图8 测点9振幅频率变化曲线

3.2.4 结构固有频率分析

通过对结构自由衰减振动测试，获取了“测点9”处结构自由衰减振动波形及频谱，结果如图5、图6所示。

从图5的振动位移波形图中，可以看见明显的自由衰减振动过程，从图6的自由衰减振动频谱可以确定结构的固有振动频率为5.5H z。

3.2.5振动共振分析

当结构振动的固有频率与振动激励源的频率一致时，结构就会发生共振。

从“3.2.4结构固有频率分析”章节中，可以确定所测部位钢结构的固有频率为5.5H z。卸船机在1000t/h、1500t/h、2000t/h生产率时，振动给料机的振动频率分别为8.9H z、11.3H z、13.6H z，均高于所测结构的固有频率，且相差较大。因此所测部位钢结构的振动，是受振动给料机振动激励的受迫振动，未发生共振现象。

当振动激励源的频率从低到高（或从高到低）变化时，当激振频率处于结构共振点，结构就会发生共振现象，此时结构振幅就会激增。

从图7、图8测点振幅频率曲线可以看出，测点3及测点9在1000t/h、1500t/h、2000t/h生产率，即振动给料机振动频率（激励频率）分别为8.9H z、11.3H z、13.6H z时，海陆方向振幅变化不大，未出现振幅激增现象，可以判断所测部位钢结构没有发生共振现象。

通过上述分析可知，卸船机在1000t/h、1500t/h、2000t/h生产率时，下部钢结构在振动给料机激励下未发生结构共振现象。

4 结语

通过对卸船机下部钢结构及振动给料系统采用振动测试的方法，分析了卸船机在不同生产率工况下，振动给料机及下部钢结构振动情况，同时通过对结果进行时域、频域的分析，确定了钢结构振动的大小，探讨了下部钢结构振动与振动给料机振动之间的关系，对卸船机振动给料系统的振动特性进行了深入解读。

[1]GBT18224-2008,桥式抓斗卸船机安全规程[S].

[2]GB3811-83，起重设计规范[S].

[3]机械设计手册编委会.机械设计手册[M].北京：机械工业出版社,2004.

修回日期：2017-02-13

加快煤电去产能规范自备电厂管理

应综合施策推进煤电去产能，把东中部地区作为煤电去产能重点，将煤电去产能与优化布局相结合，通过建立机制加快煤电去产能，严格规范自备燃煤电厂管理。

我国能源禀赋以煤炭为主，占能源消费总量的63%左右，大气主要污染物中约80%的二氧化硫、60%的氮氧化物、50%的细颗粒物来源于煤炭燃烧。煤电是我国的主力电源，据统计，截至2016年年底，煤电装机容量达到10.5亿千瓦，占电源总装机的64%，2016年煤电发电量4.3亿千瓦时，占全社会总用电量的72.4%。而且，我国75%的煤电装机集中在资源匮乏、人口密集的东中部地区，带来严重雾霾和煤炭运输压力。

全国政协委员、国家电网公司办公厅主任张宁介绍说，近年来我国企业自备燃煤电厂发展迅猛，国家电网公司经营区域自备燃煤电厂装机年增速达15.7%，高出燃煤公用电厂装机增速10个百分点。高耗能企业大量建设自备燃煤机组，不仅加剧了煤电产能过剩，增加了大气污染治理的难度，而且助推了钢铁、电解铝等产能过剩。

习近平总书记提出推进能源“四个革命”重大战略部署，为我国煤电发展指明方向：一是要控制煤炭消费总量，抑制煤电增速，缓解产能过剩;二是要大力推进煤电机组产能升级和节能减排改造，推动煤电高效、清洁利用;三是要积极服务清洁能源发展，为大电网做好调峰等系统支撑。张宁认为，为了贯彻好习近平总书记的指示要求，推动清洁能源发展、绿色发展，应综合施策推进煤电去产能。

张宁建议，把东中部地区作为煤电去产能重点，下决心停建东中部煤电，在运煤电机组应减少发电并有计划关停一部分，新增电力需求主要由西部北部地区的清洁能源送入解决;将煤电去产能与优化布局相结合，有序推进西部北部煤电基地集约开发，发挥特高压电网大范围配置资源的作用，实现风电、太阳能发电与煤电打捆外送，扩大“西电东送”、“北电南送”规模，促进清洁能源发展和西部大开发。

在机制建立方面，张宁建议加快构建全国统一电力市场，完善电价机制、交易机制和利益补偿机制，促进跨区跨省电力交易;开展节能调度，扩大煤电与清洁能源电量置换规模，逐步压减燃煤电量。严格规范自备燃煤电厂管理。同时，应由国家相关部门组织，统筹开展自备燃煤电厂运行、能效、环保等方面的监督检查，违规的及时督促关停整改，已投运的自备燃煤发电机组应并网运行并服从电网统一调度，承担公用电厂调峰和交叉补贴义务，并将相关结果纳入政府和金融征信体系。

（摘自“北极星电力网”）

Vibration Analysis of Ship Unloader's Feeding System Based on Continuous Unloading Coal

ZHANG Sheng，ZHOU Fu-chun
（State Power Corporation of hydropower construction quality and Testing Center，Hangzhou 310030，China）

The vibration ofthe vibrating feeder and the low er steelstructure are analysised，in differentproduction conditions ofthe bridge type grab ship unloader.Then the relationship betw een the vibration ofthe low ersteelstructure and the vibration of the feeder is explored.The vibration characteristics of the ship unloader's feeding system are deeply interpreted.

continuous unloading coal；vibrating feeder system；vibration analysising；bridge type grab ship unloader

U 653.928+1

B

2095-3429（2017）01-0039-05

2016-09-10

张圣（1986-），男，浙江杭州人，本科，助理工程师，主要从事起重设备金属结构检测及安全和质量评估工作。

D O I：10.3969/J.ISSN.2095-3429.2017.01.009