确认比较是否有效
假设一台取料机的变幅压力高于上一次平衡试验的记录。增加配重似乎很有吸引力,因为可能使压力接近此前数值。但在确认两次试验条件可比之前,作出这一决定还为时过早。
如果约定的基准是清洗后的空载机器,臂架上的残留物料就会改变试验条件,其影响取决于物料所在位置。为补偿这些物料而增加的永久配重,在下一次彻底清洗后仍会保留,而临时物料载荷已经消失。
记录已安装设备、积料、输送机载荷、大车行走位置、回转位置和臂架角度。确定机器倾斜情况,包括相关轨道坡度和横向高差,并记录风况。采用明确的基准条件,或计入可能影响比较的差异。Durst和Vogt讨论了倾斜及外力的影响,并要求其所述称重方法在无风条件下进行。[1]
记录油温、液压系统是否已暖机、上一次运动方向及稳定等待时间。上升和下降后的读数可能因摩擦及液压系统行为而不同;运动过程中的曲线还包含动态效应。
关于如何根据两腔压力计算油缸力及该计算的适用限制,请参阅变幅油缸与控制限值文章。

压力仍无法解释时,应进行液压审查
某一腔压力升高,并不能证明外部载荷增大。在将这一变化解释为平衡问题之前,应在规定的试验条件下比较两腔压力。
在改变配重或设定值之前,应由液压设计方确认读数是否符合预期的回路行为,并识别液压问题。审查应依据设备设计要求,考虑载荷保持、停止及相关瞬态行为。
| 可能原因 | 需比较的证据 | 影响的决策 |
|---|---|---|
| 试验条件不同 | 机器及物料状态、大车行走位置和回转位置、臂架角度、倾斜情况和风况 | 在基准工况下重复测量,或计入工况差异 |
| 永久质量变化 | 已安装和已拆除的设备、所在位置及独立称重资料 | 更新质量模型并评估拟进行的平衡调整 |
| 液压系统表现 | 油缸两腔压力、油温、此前的运动过程及回路状态 | 在将无法解释的压力解读为平衡变化之前,应进行液压审查 |
| 测量不确定度 | 校准、零点、重复性及计算所得力的不确定度 | 确定测量能否分辨所观察到的变化 |
按机器的实际连杆机构进行分析
将油缸力与实际机构联系起来,才能将其用作有效的平衡指标。直接支承的臂架与平行四边形连杆机构具有不同的受力关系。油缸作用线随位置变化,臂架、桅架、连杆及配重总成的运动方式也可能各不相同。
应依据实际几何形状和质量位置,采用相连部件的平衡方程或适当的虚功法。比较绕穿过回转支承中心的水平轴方向相反的重力矩,可以描述某一位置下的整体力矩,但仅凭这一比较无法计算变幅油缸力。应采用各部件的实际铰点和载荷传递路径。
相同的油缸力可能掩盖更高的中央连杆载荷
考虑一种平行四边形连杆机构:中央连杆将斗轮臂架与具有独立铰点的配重总成相连接。在几何形状和其他载荷不变的条件下,比较同一静止变幅位置。更重的驱动装置会增加绕斗轮臂架铰点的重力矩。
如果该臂架的平衡力矩由中央连杆提供,在垂直力臂不变时,新增的重力矩就需要更大的连杆力。应按实际位置计入驱动装置支座及其他所有增设或拆除的部件。
增加配重可在独立的配重总成上产生反向力矩。适当调整后,该位置的油缸力可能恢复原值,但中央连杆仍承受增加后的载荷。两部分新增质量都仍留在机器上。
这一结果取决于上述载荷传递路径,不能推广到所有变幅机构。某一位置上的一致并不能证明整个变幅范围内均一致。应采用更新后的受力体系校核中央连杆、端部连接、臂架、铰点和油缸支座。

用独立证据核对质量模型
拟合变幅曲线的模型可以提示哪些变化与测量结果相符。不同的质量与位置组合可能产生相似曲线,在角度范围有限时更是如此。在独立证据确认存在实物变化之前,反推得到的配平质量只能视为模型参数。
应利用设备记录、测量和称重资料约束分析解释。Durst 和 Vogt 讨论了通过称重核实计算质量及重心的方法,以及增设或拆除重型部件时考虑稳定性的必要性。[1] 安装在不参与变幅运动的回转平台上的设备,可以改变总质量和支承反力,而油缸曲线未必出现相应变化。
他们在称重论述中指出:“然而,结果的准确度取决于所采用的方法。” [1,第232页] 应明确测量包含哪些载荷,考虑其他外部作用,并确定测量不确定度。轨道平面称重可以约束受测构型下的整体反力和重心投影,但单凭这一测量,无法确定每个部件的质量、重心高度或未经测试的载荷工况。
振动和反复出现的报警可能有助于判断机器表现从何时开始发生变化,但这些现象并非失衡所独有。在证据能够区分原因之前,仍应将液压故障、摩擦、仪表和机械状态纳入调查。
对调整后的机器配置进行验收
应根据机器设计或有记录的重新评估,确定允许的油缸力包络。对更新后的配置,应覆盖相关变幅和回转位置、带料和空载状态、运行及停机风载工况,以及检修工况。此前的测试曲线是诊断参考;验收仍需依据适用的力限值及其他整机校核。
应按适用设计依据评估部件强度、相关疲劳效应、回转支承载荷、轮压及抗倾覆稳定性,并在适用时考虑支承接触和脱空。Durst 和 Vogt 区分了上部结构支承处的稳定性与机器行走支承处的稳定性,并考虑其随机器位置的变化。[1] 应采用机器的实际支承布置和验收准则。
应纳入适用的故障工况,例如一个油缸失效后的载荷转移。明确所需响应,如停止、应急保持或受控恢复,并根据该响应过程确定剩余有效油缸的受力需求及可能产生的非对称结构作用。在某一工况下有利的调整,在其他位置或故障期间可能较为不利。
应检查保护设定值是否仍与评估后的结构和液压限值一致。Schmidt 和 van Rensburg 的堆料机案例涉及载荷低估、连接及螺栓存在缺陷,以及保护不足,其中包括过载报警设定值过高。该案例说明了为什么必须将控制限值与结构承载能力一并评估。 [2]
验收记录应解释测得的差异,明确保留的质量及液压假设,并将所得受力需求与适用限值进行比较。在接受调整方案之前,应解决可能改变决策的不确定因素。
完成获批工作后,应核实已安装部件的质量和位置,重复规定的平衡测量,并完成评估要求的称重或功能试验。记录认可的基准及修订后的限值。西澳矿山安全公告第128号建议在设计改造时采用当前的平衡数据,并在开展可能影响稳定性的工作之前检查平衡状态。 [3]
ACE 可评估变幅趋势变化与设备构型的关系,并确定在改变配重之前所需的连杆机构、结构及稳定性检查。
资料来源
[1] Durst, W. and Vogt, W. (1988). Bucket Wheel Excavator. Series on Mining Engineering, volume 7. Trans Tech Publications. Chapter 7, printed pp. 229 to 233; weighing discussion p. 232.
[2] Schmidt, M. J. and van Rensburg, B. W. J. Avoiding structural failures on mobile bulk materials handling equipment. Journal of the Southern African Institute of Mining and Metallurgy, volume 115, March 2015, pages 179 to 184. Stacker case on pages 181 to 182; recommendations on page 184. 查看来源
[3] Department of Mines and Petroleum, Western Australia. Mines Safety Bulletin 128, Isolation issues with rail mounted stackers. 25 November 2015, pages 2 to 3. Available through WorkSafe WA. 查看来源
