臂式斗輪堆取料機斗輪機構基本參數(shù)的確定

張 亮，金鐵巖，劉云峰

（1.北方重工集團有限公司，遼寧 沈陽 110041；2.太原科技大學 研究生學院，山西 太原 030024）

0 引言

斗輪堆取料機的取料生產率是設備最重要的參數(shù)，取料生產率是指斗輪堆取料機單位時間內所能挖取物料的多少，實際使用中又分為理論生產率、額定生產率和最大生產率。理論生產率是由當量斗容及其他斗輪參數(shù)計算出的生產率值，它也是與斗輪配套的帶式輸送機允許通過的最大輸送生產率。額定生產率是依照設計工況和工作方式進行連續(xù)作業(yè)的每小時平均生產量（測定時，按有關規(guī)定時間的平均值計算）。最大生產率是由鏟斗瞬時最大鏟料量計算出的單位小時的生產量。額定生產率（平均取料生產率）關系到設備在較長一段時間范圍內完成總取料量的多少或取走一定的物料量所花費的時間，它影響設備總的使用效果。

1 斗輪機構基本參數(shù)的確定

1.1 取料生產率及其關系

理論生產率為：

Q理＝C·Q額。

最大生產率為：

Qmax＝C1·Q理。

設計時，斗輪機構通常是根據(jù)額定生產率Q額確定斗輪直徑D，再參考同類型的斗輪堆取料機確定斗輪的切向速度vc或斗輪轉速n斗，然后根據(jù)斗輪的結構選取卸料速度系數(shù)k2和無因次的形狀系數(shù)w，從而確定斗距a、鏟斗數(shù)Z、鏟斗容積q（本文敘述的順序與其他參考文獻有所不同）。

1.2 斗輪直徑的確定

從整機設備重量、經濟性和穩(wěn)定性等方面考慮，斗輪機構體積和重量應該盡可能小些，但從提高生產率和穩(wěn)定工作載荷等方面來考慮，斗輪機構體積應該稍大些，所以確定斗輪直徑時應綜合考慮。

（1）根據(jù)生產率即理論生產率來確定斗輪直徑（德國確定方法）為：

其中：ρ為物料密度，t／m3。

（2）前蘇聯(lián)根據(jù)統(tǒng)計和分析確定的經驗公式為：

（3）根據(jù)最大生產率確定斗輪直徑為：

其中：k1為直徑系數(shù)，通常k1＝0.4～0.6。

斗輪直徑的大小在實際繪圖時要受技術協(xié)議中規(guī)定的懸臂膠帶機帶寬、懸臂膠帶機頭部改向滾筒是否為液壓張緊、卸料板角度、有無提升導料槽等諸方面因素的影響，所以計算數(shù)值只作為基準值，不作為絕對值來使用。我國通常按式（3）計算，筆者驗算了德國生產的多臺臂式斗輪堆取料機的斗輪機構基本參數(shù)，結合多年設計經驗認為式（3）與實際繪圖最終確定的斗輪直徑最為合適。

1.3 斗輪轉速的確定

要實現(xiàn)重力卸料，離心力必須小于或等于重力，當極限情況時重力與離心力相等，則斗輪極限速度為：

為了保證鏟斗內物料全部卸出，即引入一個小于1的卸料速度系數(shù)k2，使鏟斗的實際切向速度vc小于極限速度。即：

對于有格式斗輪（卸大塊的或內摩擦系數(shù)大的物料）k2＝0.2～0.3，對半格式斗輪k2＝0.35～0.45，無格式斗輪（帶側滑板）k2＝0.4～0.6，無格式斗輪（帶螺旋卸料器）k2＝0.6～0.65。

斗輪的切向速度不僅受卸料過程的限制，而且還要受磨損的限制。因為速度愈高，磨損就愈大，一般推薦vc≤5m／s。

另外斗輪轉速還與臂式斗輪堆取料機回轉機構的回轉速度n回有關，即（這里只給出關系式，不是本文重點，不做詳細說明）：

其中：l為臂式斗輪堆取料機回轉半徑；bmax為斗輪機構中鏟斗寬度。

1.4 斗輪斗距的確定

在最初設計時，已知量只有理論生產率Q理（是通過額定生產率計算出來的），其余皆是未知量。為了建立斗距a（m）與理論生產率Q理的關系式，我們預先給出3個關系式：

（1）斗距與斗數(shù)、斗輪直徑的關系：

（2）斗輪轉速與斗輪直徑的關系：

（3）理論生產率和斗容q、物料密度、斗數(shù)、斗輪轉速之間的關系：

將式（7）～式（9）進行整理得：

為了便于評價斗輪結構的合理性，根據(jù)對已使用的各種斗輪堆取料機的分析，引入一無因次的形狀系數(shù)w ：

將式（11）代入式（10）得出斗距a 與理論生產率Q理的關系為：

一般0.014＜w＜0.05，有格式斗輪選較小的w值；無格式斗輪取較大的w 值，宜在0.032～0.05之間選取；粒度小、黏性大、不易卸除的物料選較小的w值，也就是說，粒度小、黏性大、不易卸除的物料宜選用較少的鏟斗數(shù)，反之亦然。

1.5 鏟斗數(shù)的確定

（1）前蘇聯(lián)學者推薦鏟斗數(shù)目為：一般物料Z＝8～12；較硬物料Z＝14～18。數(shù)量過少會增大驅動裝置的振動。由理論生產率確定斗數(shù)為：

（2）根據(jù)經驗公式確定斗數(shù)為：

（3）根據(jù)斗距確定斗數(shù)為：

筆者經驗認為式（15）計算的數(shù)值較為理想。

1.6 鏟斗容積的確定

由式（9）可得出鏟斗容積計算公式為：

我們通常講的鏟斗容積（當量斗容）q由兩部分組成，即q＝q1＋q2。其中，q1為鏟斗的幾何容積，m3，q2為鏟斗幾何容積延伸部分的容積，對于無格式斗輪即為斗輪體環(huán)形腔的容積，m3。根據(jù)筆者經驗，初步計算時，無格式斗輪q＝1.25q1，有格式斗輪q＝q1。鏟斗容積是決定理論生產率的重要參數(shù)，而鏟斗的幾何容積q1卻是實際繪制鏟斗外形的依據(jù)，這里要將兩個概念區(qū)分開。

2 應用實例

某工程項目用臂式斗輪堆取料機型號為DQL2000／2000·40，即額定生產率Q額＝2 000t／h，物料種類 為鋁土礦石，密度為1.3t／m3，粒度≤50 mm，物料較黏。

（1）理論生產率Q理和最大生產率Qmax（t／h）為：

Q理＝C·Q額＝1.5×2 000＝3 000t／h，

Qmax＝C1·Q理＝1.1×3 000＝3 300t／h。

計算出理論生產率后，應該去驗算與斗輪配套的帶式輸送機允許通過的最大輸送生產率是否一致。

（2）斗輪直徑D（m）為：

取中間值D＝6.85m。根據(jù)式（1）、式（2）計算出的斗輪直徑分別為Φ9.8 m 和Φ8.1 m。依據(jù)本項目斗輪堆取料機的技術協(xié)議中規(guī)定的懸臂膠帶機帶寬、懸臂膠帶機頭部改向滾筒是否為液壓張緊、卸料板角度、有無提升導料槽等諸方面綜合因素考慮，最終確定D＝6.8m。

（3）斗輪轉速n斗（r／min）為：

根據(jù)本項目物料特性宜選用較小的系數(shù)，即取n斗＝6.5，并驗算：

（5）鏟斗數(shù)為：

根據(jù)本項目物料特性宜選用較少鏟斗數(shù)（即w 取下限），Z＝8。根據(jù)式（11）、式（12）計算出的鏟斗數(shù)分別為Z＝9.8和Z＝10.4。

（6）鏟斗容積q（m3）為：

鏟斗幾何容積q1（m3）為：

依據(jù)本項目物料的特性及技術系數(shù)的使用情況，最終鏟斗幾何容積定為0.6m3。

3 結論

斗輪機構是斗輪堆取料機的重要工作部件，其設計合理與否將直接影響設備的技術性能和使用壽命。隨著現(xiàn)代技術的發(fā)展，斗輪堆取料機的產品還會不斷的發(fā)展和完善，經驗積累和新技術的應用會不斷驗證設備參數(shù)選取的是否合理。

［1］ 機械工程手冊編輯委員會.機械工程手冊［M］.北京：機械工業(yè)出版社，1997.

［2］ 中國冶金建設協(xié)會.鋼鐵企業(yè)原料準備設計手冊［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1997.

［3］ 陳健元.挖掘機［M］.北京：中國工業(yè)出版社，1965.

［4］ 邵明亮，于國飛，耿華.斗輪堆取料機［M］.北京：化學工業(yè)出版社，2007.