【文章內(nèi)容簡(jiǎn)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(guān)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(yáng)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(jī)的研究方向 現(xiàn)代懸臂式斗輪堆取料機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)除原有的特點(diǎn)之外， 還 增加了新的內(nèi)容 ： （ 1） 研制生產(chǎn)率更大、作業(yè)范圍更廣的機(jī)型 。 （ 2） 研制適應(yīng)性更好的機(jī)型 。 （ 3） 提高自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)作業(yè)和保護(hù)的自動(dòng)控制 。 （ 4） 實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化之外。采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)手段，優(yōu)化結(jié)構(gòu)組合，在保證生產(chǎn)能力 的前提下，盡量減輕整機(jī)重量 ， 提高設(shè)備的可靠程度，已成為必然。 世界上研究和開(kāi)發(fā) 斗輪機(jī)械最早的國(guó)家是德國(guó)，其次是前蘇聯(lián)，而且，目前它們?nèi)蕴幱谑澜珙I(lǐng)先地位，它們對(duì)斗輪挖掘機(jī)的研究做了大量工作。德國(guó)學(xué)者Scheffler 堆取料機(jī) 的切削阻力系數(shù)和切削力系數(shù)與巖石性質(zhì)之間的關(guān)系 。 用振動(dòng)模擬系統(tǒng)求出了斗輪 堆取料 機(jī)的動(dòng)態(tài)附加應(yīng)力和共振轉(zhuǎn)速等對(duì)斗輪挖掘機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)計(jì)算，并用試驗(yàn)驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的正確性 。 堆取料 機(jī)斗齒裝置測(cè)挖掘力的方法進(jìn)行了研究。前蘇聯(lián)的別列日諾依等對(duì)斗輪 堆取料機(jī)斗輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)載荷進(jìn)行了分析，給出了動(dòng)態(tài)載荷的經(jīng)驗(yàn)公式 ， 丘特諾夫斯基則研究了斗輪 堆取料 機(jī)工 作裝置的振動(dòng)對(duì)切削參數(shù)的影響 ， 國(guó)內(nèi)對(duì)斗輪 堆取料機(jī)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(cè)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(shè)計(jì)及其結(jié)構(gòu)件的靜態(tài)剛度強(qiáng)度分析等方面。 第 8 頁(yè) 雖然國(guó)內(nèi)外已對(duì)斗輪挖掘機(jī)進(jìn)行過(guò)多方面的動(dòng)態(tài)問(wèn)題研究，但對(duì)于斗輪堆取料機(jī) 的工作裝置的運(yùn)動(dòng)仿真以及對(duì)其變幅裝置的多工位動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行 研究的報(bào)道并不多見(jiàn)。國(guó)內(nèi)在斗輪堆取料機(jī)的設(shè)計(jì)過(guò)程中，往往類(lèi)比國(guó)外對(duì)斗輪挖掘機(jī)的研究成果和斗輪堆取料機(jī)的各種參數(shù)，缺少科學(xué)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)依據(jù)，這是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量較差，故障率高的根本原因。雖然斗輪堆取料 機(jī)在結(jié)構(gòu)上與斗輪挖掘機(jī)有許多相似之處，但由于作業(yè)對(duì)象的不同，即斗輪挖掘機(jī)的作業(yè)對(duì)象是礦巖，斗輪堆取料機(jī)的作業(yè)對(duì)象是散料，因此，在末端工作機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)和結(jié)構(gòu)件的剛度強(qiáng)度等方面相差懸殊，這些決定了其動(dòng)態(tài)性能的本質(zhì)不同。對(duì)斗輪堆取料機(jī)工作裝置的動(dòng)態(tài)問(wèn)題進(jìn)行深人研究，采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)手段，才是提高斗輪堆取料機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的主要途徑。 隨著自動(dòng)化和信息技術(shù)的發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家斗輪堆取料機(jī)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新階段，主要有以下四個(gè)方面： （ 1） 理論生產(chǎn)率向大型化發(fā)展。斗輪對(duì)取料機(jī)的理論生產(chǎn)率是衡量斗輪堆取料機(jī)規(guī)模的一個(gè)指 標(biāo)，它從開(kāi)始的每小時(shí)幾十立方米發(fā)展到現(xiàn)在的每小時(shí)近 20210立方米。德國(guó)目前仍在開(kāi)發(fā)有更大理論生產(chǎn)率的斗輪堆取料機(jī)。 （ 2） 各國(guó)都在使斗輪堆取料機(jī)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(qū)動(dòng)輪等通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，使顧客更方便地在市場(chǎng)上買(mǎi)到現(xiàn)貨。 （ 3） 斗輪堆取料機(jī)的自動(dòng)化程度越來(lái)越高，使信號(hào)、事故預(yù)報(bào)和聯(lián)鎖的操縱裝置更加完善，實(shí)現(xiàn)作業(yè)和保護(hù)的自動(dòng)控制。斗輪堆取料機(jī)是一個(gè)典型的多剛體系統(tǒng)，采用機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和主動(dòng)控制技術(shù)，可提高斗輪堆取料機(jī)的工作穩(wěn)定性和作業(yè)能力。 機(jī)器人化斗輪堆取料 機(jī)是集機(jī)器人機(jī)構(gòu)、機(jī)器人控制技術(shù)以及現(xiàn)代電子和信息技術(shù)等為一體的綜合性機(jī)電一體化產(chǎn)品。更重要的是，將電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行嫁接，可大大提高設(shè)備的性能和作業(yè)能力。如采用機(jī)器人的多傳感器融合和配置技術(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)總線(xiàn)技術(shù)，可提高斗輪堆取料機(jī)的智能化作業(yè)能力和工作可靠性；采用遙控遙感技術(shù)，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(luò)技術(shù)，可大大提高制造廠(chǎng)和用戶(hù)的綜合管理水平及跟蹤服務(wù)能力。 （ 4） 采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)手段，優(yōu)化結(jié)構(gòu)組合，在保證生產(chǎn)能力的前提下，盡量減輕整機(jī)的重量，提高設(shè) 備的可靠程度。 ABB公司已開(kāi)發(fā)出自適應(yīng)的操作系統(tǒng)，使斗輪堆取料機(jī)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(yè) 設(shè)計(jì)課題 及選題意義 取料機(jī)與堆料機(jī)適用于大型碼頭、港口項(xiàng)目。在大型散貨料場(chǎng)的地面，利用帶式輸送機(jī)，設(shè)計(jì)成單一的流程，即堆料流程或取料流程。 一般同一料場(chǎng)相鄰的兩個(gè)設(shè)備一個(gè)是堆料機(jī)，另一個(gè)是取料機(jī)。對(duì)同一料場(chǎng)或不同料場(chǎng)，這兩臺(tái)設(shè)備可同時(shí)進(jìn)行取料與堆料，如堆料機(jī)用于卸火車(chē)，同時(shí)取料機(jī)用于裝船。對(duì)于碼頭用戶(hù)可在取料機(jī)的軌道上安裝帶式輸送機(jī)，使得取料機(jī)所取得物料直接卸在輸送帶上，通 過(guò)輸送帶運(yùn)輸?shù)酱稀? 所以單一功能的取料機(jī)也有很大的市場(chǎng)需求，本次設(shè)計(jì)將研究設(shè)計(jì)懸臂式斗輪取料機(jī) （見(jiàn)圖 13） 。 重點(diǎn)設(shè)計(jì)其斗輪機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu) 以及 取料 半自動(dòng) 控制過(guò)程 。 圖 13 懸臂式斗輪取料機(jī) 斗輪取料機(jī)包含了 斗輪機(jī)構(gòu)、 輸送機(jī)、 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、 控制系統(tǒng)等眾多小系統(tǒng)，這對(duì)我們學(xué)生運(yùn)用大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用有很大益處。 由于所學(xué)知識(shí)有限， 再加上煤堆形狀的不確定性， 對(duì)斗輪堆取料機(jī)的運(yùn)行將采用半自動(dòng)控制，一般的操作過(guò)程可以自動(dòng)進(jìn)行，當(dāng)遇到一些問(wèn)題需要調(diào)整時(shí)再由人進(jìn)行操 控 ，這樣可以節(jié)省勞動(dòng)力。 本次設(shè)計(jì) 將對(duì)斗輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新，傳統(tǒng)上的 各類(lèi)斗輪堆取料機(jī)的斗輪傳動(dòng)都是由電動(dòng)機(jī)通過(guò)液力偶合器 把力傳給減速器，減速器的輸出軸 通過(guò)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(shè)計(jì)將 采用 銷(xiāo)齒傳動(dòng)來(lái)驅(qū)動(dòng)斗輪體的轉(zhuǎn)動(dòng)， 大體過(guò)程是在 斗輪上安裝一較大的銷(xiāo)齒圈，再用與減速機(jī)輸出軸相連接的銷(xiāo)齒輪驅(qū)動(dòng)銷(xiāo)齒圈，從而帶動(dòng)斗 第 10 頁(yè) 輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行取料 ， 下面的文章將就此方案進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算 。 銷(xiāo)齒傳動(dòng)使得軸所受到的扭矩很小而且 銷(xiāo)齒圈的輪齒是圓銷(xiāo)， 它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、造價(jià)低、拆修方便 ，銷(xiāo)齒傳動(dòng) 適用于低速、重載機(jī)械傳動(dòng)和粉塵多、潤(rùn)滑環(huán)境較惡劣的場(chǎng)合 ，能 使斗輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造成本減少一倍多，同時(shí)還運(yùn)行平穩(wěn)，易于檢修。 第 11 頁(yè) 2 總體 設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)概 述 （ 1） 機(jī)器在正常工作條件下，整機(jī)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。 （ 2） 機(jī)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(nèi)的各種工況下，整機(jī)都應(yīng)當(dāng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。 （ 3） 在輸送線(xiàn)路上，特別是在取料、卸料、和各轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)，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(jī)參數(shù)和取煤炭與取鐵礦石的同能力的斗輪取料機(jī)相比，一般取煤炭時(shí)要求斗輪直徑達(dá) ，輸送帶帶寬較寬、帶速高，斗輪驅(qū)動(dòng)功率較小。 （ 5） 聯(lián)鎖作業(yè)。只有當(dāng)夾軌器或錨定 裝置松開(kāi)時(shí)，行走機(jī)構(gòu)才能動(dòng)作；只有在電纜卷筒制動(dòng)器松閘后，行走機(jī)構(gòu)才能啟動(dòng)。 （ 6） 各安全保護(hù)及檢測(cè)裝置完備。例如：俯仰機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)設(shè)置防止懸臂超速下降及超載的保護(hù)裝置； 轉(zhuǎn)載料斗應(yīng)當(dāng)設(shè)置堵塞警報(bào)裝置；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行的極限位置均應(yīng)設(shè)置兩級(jí)終端限位開(kāi)關(guān)；為安全可高，鋼絲繩卷?yè)P(yáng)的俯仰機(jī)構(gòu)應(yīng)采用兩套制動(dòng)器；行走機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制動(dòng)器應(yīng)滿(mǎn)足在 250Pa工作風(fēng)壓下順風(fēng)行走和順風(fēng)回轉(zhuǎn)時(shí) 的制動(dòng)要求等。 （ 7） 電纜 卷筒裝置。動(dòng)力和控制電纜卷筒分別設(shè)置在 斗輪堆取料機(jī)的兩側(cè)，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(shí)纏繞紊亂，能連續(xù)運(yùn)行而不堵轉(zhuǎn)，設(shè)有電纜張力極限保護(hù)裝置。動(dòng)力電纜控制電纜采用進(jìn)口扁電纜，卷筒的直徑能滿(mǎn)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(shè)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(dāng)部位設(shè)置大小合 適、密封良好的檢查門(mén)，以便于檢查料流及人工疏導(dǎo)堵塞。 懸臂式斗輪取料 機(jī) 構(gòu)成 懸臂式斗輪取料機(jī)主要由行走機(jī)構(gòu)、底 座 、上部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和平臺(tái)、斗輪堆取料機(jī)構(gòu)、斗臂架和斗臂架帶式輸送機(jī)、門(mén)架、俯仰機(jī)構(gòu)（變幅裝置）、平衡梁架和配重、司機(jī)室、電器設(shè)備等組成。 （見(jiàn)圖 21） 第 12 頁(yè) 圖 21 懸臂式斗輪取料機(jī)結(jié)構(gòu) 懸臂式斗輪取料機(jī)的主要參數(shù)及其確定 懸臂式斗輪取料機(jī)的參數(shù)分為主參數(shù)和工作性能參數(shù)兩類(lèi)。 懸臂式斗輪取料機(jī)的主參數(shù)決定了它的規(guī)模、主要技術(shù)性能參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)形式。懸臂式 斗輪取料機(jī)的主參數(shù)包括取料的理論生產(chǎn)率和料堆高度、長(zhǎng)度、寬度。主要參數(shù)一般由用戶(hù)提供，作為已知量供給產(chǎn)品設(shè)計(jì)者。 懸臂式斗輪取料機(jī)的工作性能參數(shù)決定了機(jī)器本身各個(gè)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、尺寸、功率、轉(zhuǎn)速性能等。工作性能參數(shù)包括：斗輪直徑、斗輪轉(zhuǎn)速、斗數(shù)、料堆切割阻力；斗臂架回?cái)[半徑、回?cái)[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(jī)的取料理論生產(chǎn)率，決定了與之配套的帶式輸送機(jī)允許通過(guò)的最大輸送能力。 斗輪取料機(jī)的取料能力的確定與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率要求等多反面因素有關(guān)，涉及領(lǐng)域較廣。 取料能 力是指斗輪取料機(jī)單位時(shí)間內(nèi)所能挖取物料的多少，單位用 t/h表示。在實(shí)際應(yīng)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(shí)所具有的瞬時(shí)最大能力，表示設(shè)備取料能力的峰值，如斗輪取料時(shí)滿(mǎn)斗的瞬間能力。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮各個(gè)環(huán)節(jié)允許最大取料能力的物流通過(guò)。 額定取料能力是指在取料作業(yè)時(shí)，在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)形狀料堆上連續(xù)工作一定的時(shí)間，操作者根據(jù)規(guī)定的操作程序和方法進(jìn)行操作，設(shè)備在這段時(shí)間可以 達(dá)到的平均取料速度或平均每小時(shí)取料量。 已知所要設(shè)計(jì)的懸臂式斗輪取料機(jī)的最大取料能力為 500t/h,主要挖取 密度 /tm?? 的煤，斗輪轉(zhuǎn)速 8 /minnr? 第 13 頁(yè) 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(shí)每層深度 取料煤層深度應(yīng)當(dāng)控制在 ～ ,斗輪取料時(shí)的進(jìn)尺量應(yīng)當(dāng)按照 。在滿(mǎn)足取料能力要求的前提下，進(jìn)尺量過(guò)小會(huì)使斗輪取料機(jī)的回轉(zhuǎn)速度加快。 料堆高度 為了設(shè)計(jì)方便，常以行走鋼軌踏面為基準(zhǔn)，料堆高于鋼軌路面 的部分稱(chēng)為 軌上高度。料堆低于鋼軌踏面的部分稱(chēng)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(lèi)有關(guān)。 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(guó)生產(chǎn)的斗輪取料機(jī)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(zhǎng)度 堆料長(zhǎng)度 一般是由現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)儲(chǔ)料量及地理環(huán)境確定，料堆的長(zhǎng)度對(duì)設(shè)備影響比較小，它直接與 行走距離密切相關(guān)，料堆越長(zhǎng)，行走距離越遠(yuǎn)。而行走距離又決定了設(shè)備的動(dòng)力電纜卷筒的電纜長(zhǎng)度和控制電纜卷筒上電纜長(zhǎng)度和控制電纜卷筒上電纜的長(zhǎng)度以及設(shè)備給水系統(tǒng)的灑水除塵系統(tǒng)供水槽的長(zhǎng)度。 通常大車(chē)行走距離小于 1000m，料場(chǎng)的長(zhǎng)度小于 1200m。 懸臂式 斗輪取料機(jī)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(jìn)而降低整個(gè)機(jī)器的重量出發(fā)，斗輪直徑應(yīng)該小一些；但從提高生產(chǎn)率和穩(wěn)定工作過(guò)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(shí)，要考慮相互關(guān)聯(lián)性。 第 14 頁(yè) 前蘇聯(lián)根據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，確定的經(jīng)驗(yàn)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(jī)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(guò)程。 鏟斗的個(gè)數(shù)應(yīng)滿(mǎn)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(nèi)。不能使鏟斗提前散料 和過(guò)了卸料區(qū)斗內(nèi)仍殘留物料。 （ 2） 保證挖掘過(guò)程平穩(wěn)，載