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机械毕业设计1525悬臂式斗轮取料机设计,机械毕业设计论文
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目 录 1 概述 . 1 1.1 斗轮堆取料机简介 . 1 1.2 斗轮堆取料机分类 . 2 1.3 斗轮堆取料机市场需求 . 3 1.4 斗轮堆取料机国内发展现状 . 4 1.5 斗轮堆取料机的研究方向 . 7 1.6 设计课题及选题意义 . 9 2 总体设计 . 11 2.1 总体设计概述 . 11 2.2 悬臂式斗轮取料机构成 . 11 2.3 悬臂式斗轮取料机的主要参数及其确定 . 12 2.3.1 取料的理论生产率 . 12 2.3.2 斗 轮取料时每层深度 . 13 2.3.3 料堆高度 . 13 2.3.4 料堆长度 . 13 2.4 悬臂式斗轮取料机的工作性能参数及其确定 . 13 2.4.1 斗轮直径的确定 . 13 2.4.2 铲斗数目 Z 的确定 . 14 2.4.3 斗距 a 的确定 . 14 2.4.4 铲斗容量 q 的确定 . 14 2.4.5 斗轮切割速度 Vc 的确定 . 15 3 部件设计 . 16 3.1 悬臂式斗轮取料机构设计 . 16 3.1.1 斗轮取料机构构成 . 16 3.1.2 斗轮驱动电机选用 . 18 3.1.3 液力偶合器选用 . 19 3.1.4 销齿传动设计 . 20 3.1.5 斗轮轴的设计及校核 . 25 nts3.2 上车回转机构设计 . 29 3.2.1 回转机构选型 . 29 3.2.2 回转机构设计 . 32 3.2.3 齿轮轴设计及校核 . 35 3.2.4 小齿轮校核 . 38 3.2.5 回转支承的日常维修 . 40 3.3 带式输送机选型设计 . 41 3.3.1 带式输送机特点 . 41 3.3.2 带式输送机的驱动装置 . 42 3.3.3 带速的确定 . 45 3.3.4 滚筒直径的确定 . 46 3.3.5 托辊的选型 . 47 3.3.6 张紧装置的选用 . 48 3.3.7 制动装置 . 48 3.4 变幅机构 . 48 3.5 配重的安装 . 48 3.6 行走机构 . 49 4 悬臂式斗轮取料机的控制系统设计 . 53 4.1 取料机的工艺流程 . 53 4.2 控制流程图 . 56 4.3 控制工作原理 . 57 4.3.1 控制过程简介 . 57 4.3.2 传感器选用 . 57 总 结 . 59 参考文献 . 60 附 录 . 61 翻 译 . 64 致 谢 . 77 nts 第 1 页 1 概述 1.1 斗轮 堆取料机 简介 斗轮 堆取料机简称斗轮机，是现代化工业中连续装卸散状物料的一种重要设备，主要用于港口、码头、冶金、水泥、钢 铁厂、焦化厂、储煤厂、发电厂等大宗散料如矿石、煤、焦炭、砂石等在存储料场的堆放、提取作业。 如果 采用 装载机 自卸汽车 系统作业，装载机在铲入 举升 旋转 行走 卸载 空转 空行程等一个作业循环中，既要完成取料任务，又要完成输送任务，辅助作业时间几乎占用 2/3还多。自卸汽车载重量受到限制，往返路程多，工作效率很低，满足不了电厂发电的用煤需求。 连续装卸机械的采用，大大缩短了装卸时间，提高了工作效率，减轻了工人劳动强度。 在功率相同的情况下，斗轮堆取料机的生产效率为单斗装载机的 1.52.5倍 。 斗轮堆取料机主 要有悬臂式 （ 见图 1-1） 与门式 （见图 1-2） 两种构造。 控制方式有手动、半自动和自动等 。 图 1-1 悬臂式斗轮堆取料机 nts 第 2 页 图 1-2 门式斗轮堆取料机 1.2 斗轮 堆取料机分类 堆取料机按其功能可分为 : （ 1） 堆料机 堆料作业 （ 2） 取料机 取料作业 （ 3） 堆取料机 堆取料作业 （ 4） 混匀堆料机 均化堆料 （ 5） 混匀取料机 均化取料 堆取料机按形式可分为 : （ 1） 门式斗轮堆取料机 大跨度双梁 （ 2） 桥式取料机 大跨度单梁 （ 3） 圆形料场堆取料机 桥式或摇臂式 （ 4） 刮板式取料机 桥式或人字式 （ 5） 普通摇臂式 具有悬臂、俯仰、回转功能 按尾车功能又分为 : （ 1） 固定单尾车 堆料、取料 （ 2） 活动单尾车 堆料、取料、直通或折返取料、提高回转角度范围 （ 3） 固定双尾车 堆料、取料、直通 （ 4） 活动双尾车 堆料、取料、直通或折返取料 （ 5） 伸缩升降双尾 车 堆料、取料、直通、提高回转角度范围降低落差 nts 第 3 页 按理论生产能力，斗轮堆取料机可分为以下几种 : （ 1） 轻型 生 产率在 630m3/h 以下 （ 2） 中型 生产率为 630 2500m3/h （ 3） 大型 生产率为 2500 5000m3/h （ 4） 特大型 生 产率为 5000 10000m3/h （ 5） 巨型 生产率在 10000 m3/h 以上 1.3 斗轮堆取料机市场需求 受整个国民经济增长的影响，原材料工业、能源、石油、化工、汽车等各个行业都会有非常大的发展。在这些行业发展的同时直接会带动散料机械装备工业的发展。 就钢铁工业而言，受建筑、汽车工业的影响，钢铁工业飞速发展 ,我国已经连续六年局世界第一产钢大国 ,同时又是第一钢铁消费 大 国。到 2002年钢的产量已经达到 1.8亿吨，并以每年 300万吨的速 度增长。近几年在股市上钢铁板块普遍看好 ,建筑业的发展和技术的提高加大了对钢铁的需求 ， 中国建筑业在钢铁的应用数量方面和世界发达国家相比还有很大的差距 ,随着建筑业的不断发展这一行业对钢铁的需求会更会加大。汽车进入百姓耐用消费品市场已经开始，汽车产业的发展也拉动钢材的需求量。机械制造业、家用电器、造船业、石油天然气、集装箱等各行业的发展都会拉动中国钢铁企业的发展 ， 使钢铁企业加大投入 ， 并且现在已有部分民营资本进入钢铁行业。钢铁事业的发展离不开矿石和煤炭，而煤炭和矿石的运输和储存必须使用散料机械 ， 这些设备包括皮带运输 机，装船机、卸船机，斗轮堆取料机等散料机械。在钢铁企业的发展过程中加大了钢的产量，也加大了对煤炭和矿石的需求 ， 国产矿石和目前进口的矿石数量已经满足不了钢铁企业发展的要求 ， 会有更多的矿石进口到中国，其中会有来自澳大利亚、巴西的铁矿石通过港口转运到各个钢铁企业。南部沿海的广西、广东各个口岸，华东地区、山东、渤海湾等各大港口会进口更多的来自国外的铁矿石 ， 所以在钢铁企业的发展过程中最先发展的是沿海各个口岸的交通。在新建的矿石港口的泊位中也将以大吨位船只的泊位为主。在钢铁企业矿石需求发展港口的同时还会同时发展钢铁企业 内的原料长场的建设，这里会包括在钢铁企业内部的一次料场和二次料场 ， 同时钢铁企业也会加大对煤炭的需求，将有大量的煤炭经过北方港口装船运往南方 ，所以，在钢铁行业快速发展的推动下，在港口和钢铁企业，散料机械会有一个十分巨大的市场发展空间。散料机械在港口行业的高速发展已经开始并会持续一定的时间。 在电力方面，前几年部分电力部门出现了供大于求的矛盾，部分电厂限制发电或只是部分机组开机 ， 受国民经济持续增长的影响，各行各业用电量也在不断的增长。现在在南方的部分地区出现了电力紧缺的情况 ， 为缓解和解决电力紧缺nts 第 4 页 的矛盾，在电力 方面必然会加大其投入。电厂的增加使煤炭的需求量增加 ， 各个煤矿会加大煤炭产量，以满足电力市场对煤炭的需求 ， 在电力方面也存在着大量的煤炭北煤南运 ， 同钢铁行业一样，也会大幅度增加散料机械的需求量。电厂和港口都会因为电力企业的发展增加对散料机械的需求。 在 沙石、 水泥等建材行业也随着国民经济的发展和固定资产投入的加大而得到迅猛的发展。散料机械虽然在建材行业的应用设备形式较小 ， 但其在全国的数量是巨大的，混匀堆 取 料机、刮板取料机、皮带运输机的数量同样会有一个大的发展。 1.4 斗轮堆取料机国内 发展 现状 国内堆取 料机的设计已有 近四十年 年的历史，最早制造的一两台设备投入使用也有三十四年的历史。最早的斗轮堆取料机设计可以追溯到 1966 年，当时参加设计和研制的单位有 ： 北京钢铁设计院、大连工矿车辆厂、北京起重机械研究所、鞍山钢铁设计院、哈尔滨重机厂、华北电力设计院、东北电力设计院、西北电力设计院等单位。 当时国内部分钢厂、码头急需使用此类设备，国外当时已使用了十余年，为满足当时的社会需要开发了我国早期的斗轮堆取料机。 这些单位为中国斗轮堆取料机事业的早期发展做出了贡献，奠定了这一行业的基础。当时的典型设备型号为 KL-1型， KL-4 型， DQ3025 型， DQ5030 型，取 /堆料能力分别为： 1200/2000t/h 30m， 1200/2000t/h 30m， 300/600t/h 25m， 500/1000t/h 30m， 其中 KL-1型为 1966年设计， 1970 年 3月在攀钢焦化厂投入使用。虽然当时的产品和现代产品在质量上和控制水平上存在着很大的差别，但这些早期的产品对当时的电力企业和钢铁企业的发展起到了十分重要 。 八十年代，随着电力工业和钢铁工业的发展 ， 斗轮堆取料机的事业也得到了十分迅猛的发展，在电力部门的使用数量有 很大的提高，并且在港口上的使用量剧增。宝钢的原料码头，秦皇岛港、连云港、北仑港、西基港、烟台港、天津港、大连港等相继一大批港口增设了散料码头用于煤炭或矿石的转运。九十年代国内斗轮堆取料机的事业发展更是向数量更多，应用更广的方向发展。在钢铁企业、电力企业、各大港口几乎都可以看到斗轮堆取料机的应用。在港口人们也已经把斗轮堆取料机当作一种港口机械。 在斗轮堆取料机的出口方面国内的产品还比较少，大多数出口的产品是和某些成套项目共同出口到其他国家。其次是和国外的某些公司联合制造，为其制造焊接件和机械加工件出口。 在进口方面，最早的斗轮堆取料机的进口是 ： 1980-1981 年上海宝钢进口日本的十九台斗轮堆取料机； 1981 年北仑港进口两台斗轮堆取料机； 1988 年福州华能电厂，大连华能电厂等。 nts 第 5 页 在国内项目和国外合作制造的有： 1982 年 石臼港项目； 1984 年 秦皇岛港二期； 1986 年 秦皇岛港三期； 1994年 秦皇岛港四期； 1990 年 青岛前湾港； 1984 年 广州西基码头 ； 1988 年宝钢二期项目； 1995-1996 年宝钢三期项目； 2000 年 宝钢马迹山港项目； 2001 年 天津港项目；黄骅港的一期 和二期项目；以及上海罗径港 、 石洞口电厂 、 扬州电厂 、北仑电厂 、 江由电厂 、 硌磺电厂等基本上采用了引进技术合作制造的模式生产的斗轮堆取料机。 进口和引进的主要国家来自日本、美国、德国、法国、奥地利、意大利等国。 产品的进口和技术的引进大大缩短了国产设备和国外设备的差距，使国内本行业的产品在质量上有了很大的提高。目前国内的产品质量基本可以满足国内用户的要求 ， 现在可设计制造斗轮堆取料机的厂家达五六家 。 经过几十年的发展，我国的斗轮堆取料机研制水平取得了较大提高，但同发达国家相比，仍存在明显差距，其控制 技术仅限于基于可编程控制器（ PLC）为核心的单机控制，作业水平也仅限于单机手动方式。现在国内的斗轮堆取料机已经从最初的研究转向发展，向更高的产品质量和设计水平迈进。国内已经开展了斗轮堆取料机自动控制方面的引进和开发工作，已能生产带有半自动微机程控系统的机型，控制水平已达到了 20 世纪 70 年代末国际水平。 表 1.1 堆取料机的主要制造商 国内外堆取料机主要制造商 MANUFACTURES FOR STACKER & RECLAIMER 1 哈尔 滨重型机器厂 HAERBIN HEAVY MACHINERY WORKS 2 长沙重型机器厂 CHANGSHA HEAVY MACHINERY PLANT 3 大连重工集团有限公司 DALIAN HEAVY INDUSTRIES， LTD. 4 上海港机厂 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 岛播磨 (日） IHI 8 川崎重工株式会社 (日） KAWASAKI HEAVY INDUSTRIES LTD 9 克虏 伯 （德） KRUPP 10 曼塔克拉夫 (德） MAN TAKRAF 11 亨肖 （英） STRACHAN & HENSHAW 12 斯维达拉 （美） SVEDALA (DRAVO WELLMAN) nts 第 6 页 13 诺尔 （德） PREUSSAG NOELL GmbH 14 奥地利钢铁联合公司 (奥地利） VOEST-ALPNE MATERIALS HANDLING GES.M.B.H & CO KG ZELTWEG 15 凯亚 （法） NOEL HAROLD COUYAVAH 表 1.2 斗轮堆取料机国内部分港口用户 1 秦皇岛港务局二公司，六公司，七公司 煤炭 2 天津港务局南疆焦碳码头与煤炭码头 煤炭与焦碳 3 青岛港务局前湾港 煤炭 4 日照港务局 煤炭 5 营口鲅鱼圈港 煤炭 6 湛江港务局 矿石与煤炭 7 广州港务局新沙港，西基港 矿石与煤炭 8 宁波港务局 矿石与煤炭 9 上海港务局罗径码头 矿石与煤炭 10 连云港港务局 煤炭 11 烟台港务局 煤炭 12 宝钢马迹山港 矿石 13 黄骅港 煤炭 14 南京港务局 矿石与煤炭 15 徐州万寨港 煤炭 16 余家湖港 煤炭 表 1.3 斗轮堆取料机国内部分钢厂用户 1 宝山钢铁公司 煤炭 2 武汉钢铁公司 煤炭与焦碳 3 鞍山钢铁公司 煤炭 4 马鞍山钢铁公司 煤炭 5 重庆钢铁公司 煤炭 6 本溪钢铁公司 矿石与煤炭 7 昆明钢铁公司 矿石与煤炭 nts 第 7 页 8 石家庄钢铁公司 矿石与煤炭 9 唐山钢铁公司 矿石与煤炭 10 成都钢铁公司 煤炭 11 新余钢铁公司 煤炭 12 杭州钢铁公司 矿石 13 天津钢铁公司 矿石与煤炭 14 韶关钢铁公司 矿石与煤炭 15 酒泉钢铁公司 矿石与煤炭 16 南京钢铁公司 矿石与煤炭 17 安阳钢铁公司 矿石与煤炭 18 邯郸钢铁公 司 矿石与煤炭 19 凌原钢铁公司 矿石与煤炭 20 湘潭钢铁公司 矿石与煤炭 1.5 斗轮堆取料机的研究方向 现代悬臂式斗轮堆取料机的发展趋势除原有的特点之外， 还 增加了新的内容 ： （ 1） 研制生产率更大、作业范围更广的机型 ; （ 2） 研制适应性更好的机型 ; （ 3） 提高自动化程度，实现作业和保护的自动控制 ; （ 4） 实现标准化、系列化和通用化之外。采用现代设计方法和设计手段，优化结构组合，在保证生产能力 的前提下，尽量减轻整机重量 ， 提高设备的可靠程度，已成为必然。 世界上研究和开发 斗轮机械最早的国家是德国，其次是前苏联，而且，目前它们仍处于世界领先地位，它们对斗轮挖掘机的研究做了大量工作。德国学者Scheffler D.研究了斗轮 堆取料机 的切削阻力系数和切削力系数与岩石性质之间的关系 。 用振动模拟系统求出了斗轮 堆取料 机的动态附加应力和共振转速等对斗轮挖掘机进行了振动计算，并用试验验证了计算结果的正确性 。 A.May则对斗轮 堆取料 机斗齿装置测挖掘力的方法进行了研究。前苏联的别列日诺依等对斗轮 堆取料机斗轮驱动系统的动载荷进行了分析，给出了动态载荷的经验公式 ， 丘特诺夫斯基则研究了斗轮 堆取料 机工 作装置的振动对切削参数的影响 ， 国内对斗轮 堆取料机的研究还比较落后， 目 前，研究工作主要集中在挖掘阻力的测试及其载荷谱的编制、轮斗斗唇形状改变、总体参数优化设计及其结构件的静态刚度强度分析等方面。 nts 第 8 页 虽然国内外已对斗轮挖掘机进行过多方面的动态问题研究，但对于斗轮堆取料机 的工作装置的运动仿真以及对其变幅装置的多工位动态性能进行 研究的报道并不多见。国内在斗轮堆取料机的设计过程中，往往类比国外对斗轮挖掘机的研究成果和斗轮堆取料机的各种参数，缺少科学的动态设计依据，这是国内产品质量较差，故障率高的根本原因。虽然斗轮堆取料 机在结构上与斗轮挖掘机有许多相似之处，但由于作业对象的不同，即斗轮挖掘机的作业对象是矿岩，斗轮堆取料机的作业对象是散料，因此，在末端工作机构的驱动和结构件的刚度强度等方面相差悬殊，这些决定了其动态性能的本质不同。对斗轮堆取料机工作装置的动态问题进行深人研究，采用现代设计方法和设计手段，才是提高斗轮堆取料机产品质量和可靠性的主要途径。 随着自动化和信息技术的发展，发达国家斗轮堆取料机技术进入了一个新阶段，主要有以下四个方面： （ 1） 理论生产率向大型化发展。斗轮对取料机的理论生产率是衡量斗轮堆取料机规模的一个指 标，它从开始的每小时几十立方米发展到现在的每小时近 20000立方米。德国目前仍在开发有更大理论生产率的斗轮堆取料机。 （ 2） 各国都在使斗轮堆取料机的生产系列化。系列化的好处之一是可保证某些零配件，如铲斗、履带板、驱动轮等通用化、标准化，使顾客更方便地在市场上买到现货。 （ 3） 斗轮堆取料机的自动化程度越来越高，使信号、事故预报和联锁的操纵装置更加完善，实现作业和保护的自动控制。斗轮堆取料机是一个典型的多刚体系统，采用机器人的运动规划和主动控制技术，可提高斗轮堆取料机的工作稳定性和作业能力。 机器人化斗轮堆取料 机是集机器人机构、机器人控制技术以及现代电子和信息技术等为一体的综合性机电一体化产品。更重要的是，将电子技术、计算机技术与传统大型机械设备进行嫁接，可大大提高设备的性能和作业能力。如采用机器人的多传感器融合和配置技术以及现场总线技术，可提高斗轮堆取料机的智能化作业能力和工作可靠性；采用遥控遥感技术，可改善作业环境，减员增效，提高现代化作业水平；采用网络技术，可大大提高制造厂和用户的综合管理水平及跟踪服务能力。 （ 4） 采用现代设计方法和设计手段，优化结构组合，在保证生产能力的前提下，尽量减轻整机的重量，提高设 备的可靠程度。 ABB公司已开发出自适应的操作系统，使斗轮堆取料机始终处于较高的工作能力，并尽可能地受环境和操作人员水平的影响。 nts 第 9 页 1.6 设计课题 及选题意义 取料机与堆料机适用于大型码头、港口项目。在大型散货料场的地面，利用带式输送机，设计成单一的流程，即堆料流程或取料流程。 一般同一料场相邻的两个设备一个是堆料机，另一个是取料机。对同一料场或不同料场，这两台设备可同时进行取料与堆料，如堆料机用于卸火车，同时取料机用于装船。对于码头用户可在取料机的轨道上安装带式输送机，使得取料机所取得物料直接卸在输送带上，通 过输送带运输到船上。 所以单一功能的取料机也有很大的市场需求，本次设计将研究设计悬臂式斗轮取料机 （见图 1-3） 。 重点设计其斗轮机构和回转机构 以及 取料 半自动 控制过程 。 图 1-3 悬臂式斗轮取料机 斗轮取料机包含了 斗轮机构、 输送机、 回转机构、 控制系统等众多小系统，这对我们学生运用大学期间所学知识进行综合运用有很大益处。 由于所学知识有限， 再加上煤堆形状的不确定性， 对斗轮堆取料机的运行将采用半自动控制，一般的操作过程可以自动进行，当遇到一些问题需要调整时再由人进行操 控 ，这样可以节省劳动力。 本次设计 将对斗轮机构进行创新，传统上的 各类斗轮堆取料机的斗轮传动都是由电动机通过液力偶合器 把力传给减速器，减速器的输出轴 通过联轴器直接与斗轮轴相连 ， 这使得 斗轮轴 受 到 很大的扭矩，要求轴有较好的 材料性能， 成本较高， 而本次设计将 采用 销齿传动来驱动斗轮体的转动， 大体过程是在 斗轮上安装一较大的销齿圈，再用与减速机输出轴相连接的销齿轮驱动销齿圈，从而带动斗nts 第 10 页 轮转动进行取料 ， 下面的文章将就此方案进行详细的设计计算 。 销齿传动使得轴所受到的扭矩很小而且 销齿圈的轮齿是圆销， 它结构简单、加工方便、造价低、拆修方便 ，销齿传动 适用于低速、重载机械传动和粉尘多、润滑环境较恶劣的场合 ，能 使斗轮驱动机构的制造成本减少一倍多，同时还运行平稳，易于检修。 nts 第 11 页 2 总体 设计 2.1 总体设计概 述 （ 1） 机器在正常工作条件下，整机应具有足够的强度、刚度和稳定性。 （ 2） 机器不论在工作状态或非工作状态，在规定的俯仰范围内的各种工况下，整机都应当处于稳定状态。 （ 3） 在输送线路上，特别是在取料、卸料、和各转运点，必须保证物流顺畅，不发生物料溢出或堵塞现象。 （ 4） 斗轮直径与带式输送机参数和取煤炭与取铁矿石的同能力的斗轮取料机相比，一般取煤炭时要求斗轮直径达 ，输送带带宽较宽、带速高，斗轮驱动功率较小。 （ 5） 联锁作业。只有当夹轨器或锚定 装置松开时，行走机构才能动作；只有在电缆卷筒制动器松闸后，行走机构才能启动。 （ 6） 各安全保护及检测装置完备。例如：俯仰机构应当设置防止悬臂超速下降及超载的保护装置； 转载料斗应当设置堵塞警报装置；回转机构、俯仰机构和行走机构运行的极限位置均应设置两级终端限位开关；为安全可高，钢丝绳卷扬的俯仰机构应采用两套制动器；行走机构和回转机构制动器应满足在 250Pa工作风压下顺风行走和顺风回转时 的制动要求等。 （ 7） 电缆 卷筒装置。动力和控制电缆卷筒分别设置在 斗轮堆取料机的两侧，电缆卷筒采用磁滞式电缆卷筒，具有足够 缠绕力矩，以防止收放电缆时缠绕紊乱，能连续运行而不堵转，设有电缆张力极限保护装置。动力电缆控制电缆采用进口扁电缆，卷筒的直径能满足电缆曲绕能力的要求，电缆在卷筒上缠有足够的安全圈数。 （ 8） 漏斗、溜槽及悬挂缓冲装置。所有漏斗、溜槽的冲刷面均衬有厚度不小于8mm的不锈钢衬板，漏斗、溜槽不能堵煤，其倾斜面与水平面的夹角不小于 60度。 取料用中心落煤管下设置悬挂缓冲装置，其上的缓冲托辊间距不大于 400mm， 并能防止输送带跑偏。在落煤斗、中心落煤管的适当部位设置大小合 适、密封良好的检查门，以便于检查料流及人工疏导堵塞。 2.2 悬臂式斗轮取料 机 构成 悬臂式斗轮取料机主要由行走机构、底 座 、上部回转机构和平台、斗轮堆取料机构、斗臂架和斗臂架带式输送机、门架、俯仰机构（变幅装置）、平衡梁架和配重、司机室、电器设备等组成。 （见图 2-1） nts 第 12 页 图 2-1 悬臂式斗轮取料机结构 2.3 悬臂式斗轮取料机的主要参数及其确定 悬臂式斗轮取料机的参数分为主参数和工作性能参数两类。 悬臂式斗轮取料机的主参数决定了它的规模、主要技术性能参数和主要结构形式。悬臂式 斗轮取料机的主参数包括取料的理论生产率和料堆高度、长度、宽度。主要参数一般由用户提供，作为已知量供给产品设计者。 悬臂式斗轮取料机的工作性能参数决定了机器本身各个机构的结构形式、尺寸、功率、转速性能等。工作性能参数包括：斗轮直径、斗轮转速、斗数、料堆切割阻力；斗臂架回摆半径、回摆角度和俯仰角度等。 2.3.1 取料的理论生产率 悬臂式斗轮取料机的取料理论生产率，决定了与之配套的带式输送机允许通过的最大输送能力。 斗轮取料机的取料能力的确定与系统设计、设备运转率要求等多反面因素有关，涉及领域较广。 取料能 力是指斗轮取料机单位时间内所能挖取物料的多少，单位用 t/h表示。在实际应用中又分为最大取料能力与额定取料能力 。 最大取料能力是指斗轮 在挖掘物料时所具有的瞬时最大能力，表示设备取料能力的峰值，如斗轮取料时满斗的瞬间能力。在系统设计中，应考虑各个环节允许最大取料能力的物流通过。 额定取料能力是指在取料作业时，在规定的标准形状料堆上连续工作一定的时间，操作者根据规定的操作程序和方法进行操作，设备在这段时间可以 达到的平均取料速度或平均每小时取料量。 已知所要设计的悬臂式斗轮取料机的最大取料能力为 500t/h,主要挖取 密度30 .8 5 /tm 的煤，斗轮转速 8 / minnr nts 第 13 页 理论容积生产率 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 5 8 8 /0 .8 5 mh2.3.2 斗轮取料时每层深度 取料煤层深度应当控制在 0.5 0.7倍的斗轮直径范围内 ,斗轮取料时的进尺量应当按照 0.9倍的斗深确定。在满足取料能力要求的前提下，进尺量过小会使斗轮取料机的回转速度加快。 2.3.3 料堆高度 为了设计方便，常以行走钢轨踏面为基准，料堆高于钢轨路面 的部分称为 轨上高度。料堆低于钢轨踏面的部分称为轨下高度，两者的和为总料堆高度。 料堆高度由物料堆积的安息角和料堆宽度决定，物料的安息角与物料的种类有关。 在堆料宽度一定的条件下，料堆的物料安息角越大，料堆总高度越高。在物料安息角一定的条件下， 料堆越宽，料堆的总高度就可以越高。 目前 我国生产的斗轮取料机的轨上堆取料高度范围为 7 16m，常用 10 12m；轨下高度为 0.4 6m，常用为 1.5 2m。 2.3.4 料堆 长度 堆料长度 一般是由现场根据储料量及地理环境确定，料堆的长度对设备影响比较小，它直接与 行走距离密切相关，料堆越长，行走距离越远。而行走距离又决定了设备的动力电缆卷筒的电缆长度和控制电缆卷筒上电缆长度和控制电缆卷筒上电缆的长度以及设备给水系统的洒水除尘系统供水槽的长度。 通常大车行走距离小于 1000m，料场的长度小于 1200m。 2.4 悬臂式 斗轮取料机的工作性能参数及其确定 2.4.1 斗轮直径的确定 斗轮直径是指斗轮体安装好铲斗后切割圆的直径。 从减少斗轮体积和重量，进而降低整个机器的重量出发，斗轮直径应该小一些；但从提高生产率和稳定工作过程中的载荷出发，又希望斗轮直径有所增加。在决定斗轮之直 径时，要考虑相互关联性。 nts 第 14 页 前苏联根据统计和分析，确定的经验公式为： 0 .1 7 ( )D Q m = 0 . 1 7 5 8 8 4 . 1 2 ( )m 2.4.2 铲斗数目 Z 的确定 铲斗数目的多少直接影响斗轮取料机的生产率。决定铲斗数目及尺寸的重要条件是铲斗的卸料过程。 铲斗的个数应满足下列需求 ： （ 1） 保证铲斗完全卸空，并使卸出的物料落到卸料板内。不能使铲斗提前散料 和过了卸料区斗内仍残留物料。 （ 2） 保证挖掘过程平稳，载荷波动小 ，冲击小，尤其是在挖掘冻煤和较硬散料时。 铲斗的个数根据载荷确定。从保证斗轮工作得到较稳定载荷的目的 出 发，当铲斗依次出、入散料时，其最大和最小力的差值应当在 15%以内。确定铲斗数目的方法有多种，如前苏联学者推荐，铲斗数目应为：一般散料， Z=8 12个铲斗；较硬散料， Z=14 18个铲斗。 根据理论生产率 Q ，铲斗数目为： 6 0 . 0 8 6 0 . 0 8 5 8 8 8ZQ 2.4.3 斗距 a 的确定 斗距 3 . 1 4 4 . 1 2 1 . 6 28DamZ 式中 Z 斗数； D 斗轮直径， m。 2.4.4 铲斗容量 q 的确定 铲斗容量 q取决于机器的理论生产率LQ和物料的松散系数。 设 QvKq=，当 K为已知量时，根据已经确定的斗轮的理论生产率就可以计算出斗容，根据对世界上 250台斗轮挖掘机的统计， K值见表 2-1。计算斗容时，可以选用表中的平均值，斗容的单位常用升（ L） 和立方米（ m3）来表示。 Qvaq 3600V= nts 第 15 页 表 2-1 确定铲斗容量的 K 值 铲斗容量 q/L 3/ ( / )LK Q q m h K值的变化范围 K的均值 200 220550 6001600 18004000 3.33 4.85 2.80 4.50 2.41 3.80 2.30 3.48 1.46 1.60 1.57 1.53 4.1 3.7 3.1 2.9 则铲斗容量 588 1434 . 1LQqLK 2.4.5 斗轮切割速度 Vc 的确定 2 1 . 7 3 2 0 . 8 4 /4 . 1 2c Vcw r a d sD 式中 ： Vc 斗轮的切割速度， m/s； D 斗轮直径， m； k 速度系数，取 0.35。 8 3 . 1 4 4 . 1 2 1 . 7 3 /6 0 6 0nDV c m s nts 第 16 页 3 部件设计 3.1 悬臂式 斗轮取料机构 设计 3.1.1 斗轮取料机构构成 悬臂式斗轮取料机构主要由电动机、液力偶合器、减速器、齿轮、斗
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