【文章內容簡介】 、渤海灣等各大港口會進口更多的來自國外的鐵礦石 ， 所以在鋼鐵企業(yè)的發(fā)展過程中最先發(fā)展的是沿海各個口岸的交通。在新建的礦石港口的泊位中也將以大噸位船只的泊位為主。在鋼鐵企業(yè)礦石需求發(fā)展港口的同時還會同時發(fā)展鋼鐵企業(yè)內的原料長場的建設，這里會包括在鋼鐵企業(yè)內部的一次料場和二次料場 ， 同時鋼鐵企業(yè)也會加大對煤炭的需求，將有大量的煤炭經過北方港口裝船運往南方 ，所以，在鋼鐵行業(yè)快速發(fā)展的推動下，在港口和鋼鐵企業(yè)，散料機械會有一個十分巨大的市場發(fā)展空間。散料機械在港口行業(yè)的高速發(fā)展已經開始并會持續(xù)一定的時間。 在電力方面，前幾年部分電力部門出現(xiàn)了供大于求的矛盾，部分電廠限制發(fā)電或只是部分機組開機 ， 受國民經濟持續(xù)增長的影響，各行各業(yè)用電量也在不斷的增長?，F(xiàn)在在南方的部分地區(qū)出現(xiàn)了電力緊缺的情況 ， 為緩解和解決電力緊缺的矛盾，在電力方面必然會加大其投入。電廠的增加使煤炭的需求量增加 ， 各個煤礦會加大煤炭產量，以滿足電力市場對煤炭的需求 ， 在電力方面也存在著大量的煤炭北煤南運 ， 同鋼鐵行業(yè)一樣，也會大幅度增加散料機械的需求量。電廠和港口都會因為電 力企業(yè)的發(fā)展增加對散料機械的需求。 在 沙石、 水泥等建材行業(yè)也隨著國民經濟的發(fā)展和固定資產投入的加大而得到迅猛的發(fā)展。散料機械雖然在建材行業(yè)的應用設備形式較小 ， 但其在全國的數(shù)量是巨大的，混勻堆 取 料機、刮板取料機、皮帶運輸機的數(shù)量同樣會有一個大的發(fā)展。 斗輪堆取料機國內 發(fā)展 現(xiàn)狀 國內堆取料機的設計已有近四十年年的歷史，最早制造的一兩臺設備投入使用也有三十四年的歷史。最早的斗輪堆取料機設計可以追溯到 1966 年，當時參加設計和研制的單位有 ： 北京鋼鐵設計院、大連工礦車輛廠、北京起重機械研究所、鞍山鋼 鐵設計院、哈爾濱重機廠、華北電力設計院、東北電力設計院、西北電力設計院等單位。 當時國內部分鋼廠、碼頭急需使用此類設備，國外當時已使用了十余年，為滿足當時的社會需要開發(fā)了我國早期的斗輪堆取料機。 這些單位為中國斗輪堆取料機事業(yè)的早期發(fā)展做出了貢獻，奠定了這一行業(yè)的基礎。當時的典型設備型號為 KL1型， KL4型， DQ3025 型， DQ5030 型，取 /堆料能力分別為： 1200/2020t/h 30m， 1200/2020t/h 30m， 300/600t/h 25m， 500/1000t/h 30m，其中 KL1 型為 1966年設計， 1970 年 3 月在攀鋼焦化廠投入使用。雖然當時的產品和現(xiàn)代產品在質量上和控制水平上存在著很大的差別，但這些早期的產品對當時的電力企業(yè)和鋼鐵企業(yè)的發(fā)展起到了十分重要。 八十年代，隨著電力工業(yè)和鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，斗輪堆取料機的事業(yè)也得到了十分迅猛的發(fā)展，在電力部門的使用數(shù)量有很大的提高，并且在港口上的使用量劇增。寶鋼的原料碼頭，秦皇島港、連云港、北侖港、西基港、煙臺港、天津港、大連港等相繼一大批港口增設了散料碼頭用于煤炭或礦石的轉運。九十年代國內斗輪堆取料機的事業(yè)發(fā)展更是向數(shù)量更多 ，應用更廣的方向發(fā)展。在鋼鐵企業(yè)、電力企業(yè)、各大港口幾乎都可以看到斗輪堆取料機的應用。在港口人們也已經把斗輪堆取料機當作一種港口機械。 在斗輪堆取料機的出口方面國內的產品還比較少，大多數(shù)出口的產品是和某些成套項目共同出口到其他國家。其次是和國外的某些公司聯(lián)合制造，為其制造焊接件和機械加工件出口。 在進口方面，最早的斗輪堆取料機的進口是： 19801981 年上海寶鋼進口日本的十九臺斗輪堆取料機； 1981 年北侖港進口兩臺斗輪堆取料機； 1988 年福州華能電廠，大連華能電廠等。 在國內項目和國 外合作制造的有： 1982 年石臼港項目； 1984 年 秦皇島港二期； 1986 年 秦皇島港三期； 1994年 秦皇島港四期； 1990 年 青島前灣港； 1984 年 廣州西基碼頭； 1988 年寶鋼二期項目； 19951996 年寶鋼三期項目； 2020 年 寶鋼馬跡山港項目； 2020 年 天津港項目；黃驊港的一期和二期項目；以及上海羅徑港、石洞口電廠、揚州電廠、北侖電廠、江由電廠、硌磺電廠等基本上采用了引進技術合作制造的模式生產的斗輪堆取料機。 進口和引進的主要國家來自日本、美國、德國、法國、奧地利、意大利等國 。 產品的進口和技術的引進大大縮短了國產設備和國外設備的差距，使國內本行業(yè)的產品在質量上有了很大的提高。目前國內的產品質量基本可以滿足國內用戶的要求， 現(xiàn)在可設計制造斗輪堆取料機的廠家達五六家。 經過幾十年的發(fā)展，我國的斗輪堆取料機研制水平取得了較大提高，但同發(fā)達國家相比，仍存在明顯差距，其控制技術僅限于基于可編程控制器（ PLC）為核心的單機控制，作業(yè)水平也僅限于單機手動方式。現(xiàn)在國內的斗輪堆取料機已經從最初的研究轉向發(fā)展，向更高的產品質量和設計水平邁進。國內已經開展了斗輪堆取料機自動控制方面的引進和 開發(fā)工作，已能生產帶有半自動微機程控系統(tǒng)的機型，控制水平已達到了 20世紀 70年代末國際水平。 表 堆取料機的主要制造商 國內外堆取料機主要制造商 MANUFACTURES FOR STACKER amp。 RECLAIMER 1 哈爾濱重型機器廠 HAERBIN HEAVY MACHINERY WORKS 2 長沙重型機器廠 CHANGSHA HEAVY MACHINERY PLANT 3 大連重工集團有限公司 DALIAN HEAVY INDUSTRIES， LTD. 4 上海港機廠 SHANGHAI PORT MACHINE PLANT 5 三井三池制作所 (日） MITSUI MIIKE MACHINERY CO,LTD 6 三菱重工（日） MITSUBISHI HEAVY INDUSTRIES LTD 7 石川島播磨 (日） IHI 8 川崎重工株式會社 (日） KAWASAKI HEAVY INDUSTRIES LTD 9 克虜伯 （德） KRUPP 10 曼塔克拉夫 (德） MAN TAKRAF 11 亨肖 （英） STRACHAN amp。 HENSHAW 12 斯維達拉 （美） SVEDALA (DRAVO WELLMAN) 13 諾爾 （德） PREUSSAG NOELL GmbH 14 奧地利鋼鐵聯(lián)合公司 (奧地利） VOESTALPNE MATERIALS HANDLING amp。 CO KG ZELTWEG 15 凱亞 （法） NOEL HAROLD COUYAVAH 表 斗輪堆取料機國內部分港口用戶 1 秦 皇島港務局二公司，六公司，七公司 煤炭 2 天津港務局南疆焦碳碼頭與煤炭碼頭 煤炭與焦碳 3 青島港務局前灣港 煤炭 4 日照港務局 煤炭 5 營口鲅魚圈港 煤炭 6 湛江港務局 礦石與煤炭 7 廣州港務局新沙港，西基港 礦石與煤炭 8 寧波港務局 礦石與煤炭 9 上海港務局羅徑碼頭 礦石與煤炭 10 連云港港務局 煤炭 11 煙臺港務局 煤炭 12 寶鋼馬跡山港 礦石 13 黃驊港 煤炭 14 南京港務局 礦石與煤炭 15 徐州萬寨港 煤炭 16 余家湖港 煤炭 表 斗輪堆取料機國內部分鋼廠用戶 1 寶山鋼鐵公司 煤炭 2 武漢鋼鐵公司 煤炭與焦碳 3 鞍山鋼鐵公司 煤炭 4 馬鞍山鋼鐵公司 煤炭 5 重慶鋼鐵公司 煤炭 6 本溪鋼鐵公司 礦石與煤炭 7 昆明鋼鐵公司 礦石與煤炭 8 石家莊鋼鐵公司 礦石與煤炭 9 唐山鋼鐵公司 礦石與煤炭 10 成都鋼鐵公司 煤炭 11 新余鋼鐵公司 煤炭 12 杭州鋼鐵公司 礦石 13 天津鋼鐵公司 礦石與煤炭 14 韶關鋼鐵公司 礦石與煤炭 15 酒泉鋼鐵公司 礦石與煤炭 16 南京鋼鐵公司 礦石與煤炭 17 安陽鋼鐵公司 礦石與煤炭 18 邯鄲鋼鐵公司 礦石與煤炭 19 凌原鋼鐵公司 礦石與煤炭 20 湘潭鋼鐵公司 礦石與煤炭 斗輪堆取料機的研究方向 現(xiàn)代懸臂式斗輪堆取料機的發(fā)展趨勢除原有的特點之外， 還 增加了新的內 容 ： （ 1） 研制生產率更大、作業(yè)范圍更廣的機型 。 （ 2） 研制適應性更好的機型 。 （ 3） 提高自動化程度，實現(xiàn)作業(yè)和保護的自動控制 。 （ 4） 實現(xiàn)標準化、系列化和通用化之外。采用現(xiàn)代設計方法和設計手段，優(yōu)化結構組合，在保證生產能力的前提下，盡量減輕整機重量 ， 提高設備的可靠程度，已成為必然。 世界上研究和開發(fā)斗輪機械最早的國家是德國，其次是前蘇聯(lián)，而且，目前它們仍處于世界領先地位，它們對斗輪挖掘機的研究做了大量工作。德國學者Scheffler 堆取料機 的切削阻力系數(shù)和切削力系數(shù)與巖石性質之間的關系。用 振動模擬系統(tǒng)求出了斗輪 堆取料 機的動態(tài)附加應力和共振轉速等對斗輪挖掘機進行了振動計算，并用試驗驗證了計算結果的正確性。 堆取料 機斗齒裝置測挖掘力的方法進行了研究。前蘇聯(lián)的別列日諾依等對斗輪 堆取料機斗輪驅動系統(tǒng)的動載荷進行了分析，給出了動態(tài)載荷的經驗公式，丘特諾夫斯基則研究了斗輪 堆取料 機工作裝置的振動對切削參數(shù)的影響，國內對斗輪 堆取料機的研究還比較落后， 目 前，研究工作主要集中在挖掘阻力的測試及其載荷譜的編制、輪斗斗唇形狀改變、總體參數(shù)優(yōu)化設計及其結構件的靜態(tài)剛度強度分析等方面。 雖然國內外已對斗 輪挖掘機進行過多方面的動態(tài)問題研究，但對于斗輪堆取料機的工作裝置的運動仿真以及對其變幅裝置的多工位動態(tài)性能進行研究的報道并不多見。國內在斗輪堆取料機的設計過程中，往往類比國外對斗輪挖掘機的研究成果和斗輪堆取料機的各種參數(shù)，缺少科學的動態(tài)設計依據，這是國內產品質量較差，故障率高的根本原因。雖然斗輪堆取料機在結構上與斗輪挖掘機有許多相似之處，但由于作業(yè)對象的不同，即斗輪挖掘機的作業(yè)對象是礦巖，斗輪堆取料機的作業(yè)對象是散料，因此，在末端工作機構的驅動和結構件的剛度強度等方面相差懸殊，這些決定了其動態(tài)性能的本質不同 。對斗輪堆取料機工作裝置的動態(tài)問題進行深人研究，采用現(xiàn)代設計方法和設計手段，才是提高斗輪堆取料機產品質量和可靠性的主要途徑。 隨著自動化和信息技術的發(fā)展，發(fā)達國家斗輪堆取料機技術進入了一個新階段，主要有以下四個方面： （ 1） 理論生產率向大型化發(fā)展。斗輪對取料機的理論生產率是衡量斗輪堆取料機規(guī)模的一個指標，它從開始的每小時幾十立方米發(fā)展到現(xiàn)在的每小時近 20200立方米。德國目前仍在開發(fā)有更大理論生產率的斗輪堆取料機。 （ 2） 各國都在使斗輪堆取料機的生產系列化。系列化的好處之一是可保證某些零配件，如鏟斗、履帶板 、驅動輪等通用化、標準化，使顧客更方便地在市場上買到現(xiàn)貨。 （ 3） 斗輪堆取料機的自動化程度越來越高，使信號、事故預報和聯(lián)鎖的操縱裝置更加完善，實現(xiàn)作業(yè)和保護的自動控制。斗輪堆取料機是一個典型的多剛體系統(tǒng)，采用機器人的運動規(guī)劃和主動控制技術，可提高斗輪堆取料機的工作穩(wěn)定性和作業(yè)能力。 機器人化斗輪堆取料機是集機器人機構、機器人控制技術以及現(xiàn)代電子和信息技術等為一體的綜合性機電一體化產品。更重要的是，將電子技術、計算機技術與傳統(tǒng)大型機械設備進行嫁接，可大大提高設備的性能和作業(yè)能力。如采用機器人的多傳感器融合和配 置技術以及現(xiàn)場總線技術，可提高斗輪堆取料機的智能化作業(yè)能力和工作可靠性；采用遙控遙感技術，可改善作業(yè)環(huán)境，減員增效，提高現(xiàn)代化作業(yè)水平；采用網絡技術，可大大提高制造廠和用戶的綜合管理水平及跟蹤服務能力。 （ 4） 采用現(xiàn)代設計方法和設計手段，優(yōu)化結構組合，在保證生產能力的前提下，盡量減輕整機的重量，提高設備的可靠程度。 ABB公司已開發(fā)出自適應的操作系統(tǒng)，使斗輪堆取料機始終處于較高的工作能力，并盡可能地受環(huán)境和操作人員水平的影響。 設計課題及選題意義 取料機與堆料機適用于大型碼頭、港口項目。在大型散貨料場 的地面，利用帶式輸送機，設計成單一的流程，即堆料流程或取料流程。 一般同一料場相鄰的兩個設備一個是堆料機，另一個是取料機。對同一料場或不同料場，這兩臺設備可同時進行取料與堆料，如堆料機用于卸火車，同時取料機用于裝船。對于碼頭用戶可在取料機的軌道上安裝帶式輸送機，使得取料機所取得物料直接卸在輸送帶上，通過輸送帶運輸?shù)酱稀? 所以單一功能的取料機也有很大的市場需求，本次設計將研究設計懸臂式斗輪取料機（見圖 13）。重點設計其斗輪機構和回轉機構以及取料半自動控制過程。 圖 13 懸臂式斗輪取料機 斗輪取料機包含了斗輪機構、輸送機、回轉機構、控制系統(tǒng)等眾多小系統(tǒng)，這對我們學生運用大學期間所學知識進行綜合運用有很大益處。由于所學知識有限，再加上煤堆形狀的不確定性，對斗輪堆取