【文章內容簡介】 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(chǎn)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(chǎn)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(jīng)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。 第 8 頁 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(jù)，這是國內產(chǎn)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(chǎn)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(chǎn)率向大型化發(fā)展。斗輪對取料機的理論生產(chǎn)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 20210立方米。德國目前仍在開發(fā)有更大理論生產(chǎn)率的斗輪堆取料機。 （ 2） 各國都在使斗輪堆取料機的生產(chǎn)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(chǎn)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(wǎng)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(chǎn)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。 第 9 頁 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， 對斗輪堆取料機的運行將采用半自動控制，一般的操作過程可以自動進行，當遇到一些問題需要調整時再由人進行操 控 ，這樣可以節(jié)省勞動力。 本次設計 將對斗輪機構進行創(chuàng)新，傳統(tǒng)上的 各類斗輪堆取料機的斗輪傳動都是由電動機通過液力偶合器 把力傳給減速器，減速器的輸出軸 通過聯(lián)軸器直接與斗輪軸相連 ， 這使得 斗輪軸 受 到 很大的扭矩，要求軸有較好的 材料性能， 成本較高， 而本次設計將 采用 銷齒傳動來驅動斗輪體的轉動， 大體過程是在 斗輪上安裝一較大的銷齒圈，再用與減速機輸出軸相連接的銷齒輪驅動銷齒圈，從而帶動斗 第 10 頁 輪轉動進行取料 ， 下面的文章將就此方案進行詳細的設計計算 。 銷齒傳動使得軸所受到的扭矩很小而且 銷齒圈的輪齒是圓銷， 它結構簡單、加工方便、造價低、拆修方便 ，銷齒傳動 適用于低速、重載機械傳動和粉塵多、潤滑環(huán)境較惡劣的場合 ，能 使斗輪驅動機構的制造成本減少一倍多，同時還運行平穩(wěn)，易于檢修。 第 11 頁 2 總體 設計 總體設計概 述 （ 1） 機器在正常工作條件下，整機應具有足夠的強度、剛度和穩(wěn)定性。 （ 2） 機器不論在工作狀態(tài)或非工作狀態(tài)，在規(guī)定的俯仰范圍內的各種工況下，整機都應當處于穩(wěn)定狀態(tài)。 （ 3） 在輸送線路上，特別是在取料、卸料、和各轉運點，必須保證物流順暢，不發(fā)生物料溢出或堵塞現(xiàn)象。 （ 4） 斗輪直徑與帶式輸送機參數(shù)和取煤炭與取鐵礦石的同能力的斗輪取料機相比，一般取煤炭時要求斗輪直徑達 ，輸送帶帶寬較寬、帶速高，斗輪驅動功率較小。 （ 5） 聯(lián)鎖作業(yè)。只有當夾軌器或錨定 裝置松開時，行走機構才能動作；只有在電纜卷筒制動器松閘后，行走機構才能啟動。 （ 6） 各安全保護及檢測裝置完備。例如：俯仰機構應當設置防止懸臂超速下降及超載的保護裝置； 轉載料斗應當設置堵塞警報裝置；回轉機構、俯仰機構和行走機構運行的極限位置均應設置兩級終端限位開關；為安全可高，鋼絲繩卷揚的俯仰機構應采用兩套制動器；行走機構和回轉機構制動器應滿足在 250Pa工作風壓下順風行走和順風回轉時 的制動要求等。 （ 7） 電纜 卷筒裝置。動力和控制電纜卷筒分別設置在 斗輪堆取料機的兩側，電纜卷筒采用磁滯式電纜卷筒，具有足夠 纏繞力矩，以防止收放電纜時纏繞紊亂，能連續(xù)運行而不堵轉，設有電纜張力極限保護裝置。動力電纜控制電纜采用進口扁電纜，卷筒的直徑能滿足電纜曲繞能力的要求，電纜在卷筒上纏有足夠的安全圈數(shù)。 （ 8） 漏斗、溜槽及懸掛緩沖裝置。所有漏斗、溜槽的沖刷面均襯有厚度不小于8mm的不銹鋼襯板，漏斗、溜槽不能堵煤，其傾斜面與水平面的夾角不小于 60度。 取料用中心落煤管下設置懸掛緩沖裝置，其上的緩沖托輥間距不大于 400mm， 并能防止輸送帶跑偏。在落煤斗、中心落煤管的適當部位設置大小合 適、密封良好的檢查門，以便于檢查料流及人工疏導堵塞。 懸臂式斗輪取料 機 構成 懸臂式斗輪取料機主要由行走機構、底 座 、上部回轉機構和平臺、斗輪堆取料機構、斗臂架和斗臂架帶式輸送機、門架、俯仰機構（變幅裝置）、平衡梁架和配重、司機室、電器設備等組成。 （見圖 21） 第 12 頁 圖 21 懸臂式斗輪取料機結構 懸臂式斗輪取料機的主要參數(shù)及其確定 懸臂式斗輪取料機的參數(shù)分為主參數(shù)和工作性能參數(shù)兩類。 懸臂式斗輪取料機的主參數(shù)決定了它的規(guī)模、主要技術性能參數(shù)和主要結構形式。懸臂式 斗輪取料機的主參數(shù)包括取料的理論生產(chǎn)率和料堆高度、長度、寬度。主要參數(shù)一般由用戶提供，作為已知量供給產(chǎn)品設計者。 懸臂式斗輪取料機的工作性能參數(shù)決定了機器本身各個機構的結構形式、尺寸、功率、轉速性能等。工作性能參數(shù)包括：斗輪直徑、斗輪轉速、斗數(shù)、料堆切割阻力；斗臂架回擺半徑、回擺角度和俯仰角度等。 取料的理論生產(chǎn)率 懸臂式斗輪取料機的取料理論生產(chǎn)率，決定了與之配套的帶式輸送機允許通過的最大輸送能力。 斗輪取料機的取料能力的確定與系統(tǒng)設計、設備運轉率要求等多反面因素有關，涉及領域較廣。 取料能 力是指斗輪取料機單位時間內所能挖取物料的多少，單位用 t/h表示。在實際應用中又分為最大取料能力與額定取料能力 。 最大取料能力是指斗輪 在挖掘物料時所具有的瞬時最大能力，表示設備取料能力的峰值，如斗輪取料時滿斗的瞬間能力。在系統(tǒng)設計中，應考慮各個環(huán)節(jié)允許最大取料能力的物流通過。 額定取料能力是指在取料作業(yè)時，在規(guī)定的標準形狀料堆上連續(xù)工作一定的時間，操作者根據(jù)規(guī)定的操作程序和方法進行操作，設備在這段時間可以 達到的平均取料速度或平均每小時取料量。 已知所要設計的懸臂式斗輪取料機的最大取料能力為 500t/h,主要挖取 密度 /tm?? 的煤，斗輪轉速 8 /minnr? 第 13 頁 理論容積生產(chǎn)率 Qv ： Qv =Q? 3( / )mh 式中 ： Q? 最大取料能力， /th； ?? 物料密度， 3/tm 代入公式得 : Qv = 3500 58 8 / mh? 斗輪取料時每層深度 取料煤層深度應當控制在 ～ ,斗輪取料時的進尺量應當按照 。在滿足取料能力要求的前提下，進尺量過小會使斗輪取料機的回轉速度加快。 料堆高度 為了設計方便，常以行走鋼軌踏面為基準，料堆高于鋼軌路面 的部分稱為 軌上高度。料堆低于鋼軌踏面的部分稱為軌下高度，兩者的和為總料堆高度。 料堆高度由物料堆積的安息角和料堆寬度決定，物料的安息角與物料的種類有關。 在堆料寬度一定的條件下，料堆的物料安息角越大，料堆總高度越高。在物料安息角一定的條件下， 料堆越寬，料堆的總高度就可以越高。 目前 我國生產(chǎn)的斗輪取料機的軌上堆取料高度范圍為 7～ 16m，常用 10～ 12m；軌下高度為 ～ 6m，常用為 ～ 2m。 料堆 長度 堆料長度 一般是由現(xiàn)場根據(jù)儲料量及地理環(huán)境確定，料堆的長度對設備影響比較小，它直接與 行走距離密切相關，料堆越長，行走距離越遠。而行走距離又決定了設備的動力電纜卷筒的電纜長度和控制電纜卷筒上電纜長度和控制電纜卷筒上電纜的長度以及設備給水系統(tǒng)的灑水除塵系統(tǒng)供水槽的長度。 通常大車行走距離小于 1000m，料場的長度小于 1200m。 懸臂式 斗輪取料機的工作性能參數(shù)及其確定 斗輪直徑的確定 斗輪直徑是指斗輪體安裝好鏟斗后切割圓的直徑。 從減少斗輪體積和重量，進而降低整個機器的重量出發(fā)，斗輪直徑應該小一些；但從提高生產(chǎn)率和穩(wěn)定工作過程中的載荷出發(fā)，又希望斗輪直徑有所增加。在決定斗輪之直 徑時，要考慮相互關聯(lián)性。 第 14 頁 前蘇聯(lián)根據(jù)統(tǒng)計和分析，確定的經(jīng)驗公式為： ( )D Q m? = 0 .1 7 5 8 8 4 .1 2 ( )m?? 鏟斗數(shù)目 Z 的確定 鏟斗數(shù)目的多少直接影響斗輪取料機的生產(chǎn)率。決定鏟斗數(shù)目及尺寸的重要條件是鏟斗的卸料過程。 鏟斗的個數(shù)應滿足下列需求 ： （ 1） 保證鏟斗完全卸空，并使卸出的物料落到卸料板內。不能使鏟斗提前散料 和過了卸料區(qū)斗內仍殘留物料。 （ 2） 保證挖掘過程平穩(wěn)，載