臂式斗轮堆取料机取料作业中的回转调速分析与优化

张栋生 刘英磊 杜荣权

（北方重工装卸设备分公司设计所，辽宁 沈阳 110027）

臂式斗轮堆取料机取料作业中的回转调速分析与优化

张栋生 刘英磊 杜荣权

（北方重工装卸设备分公司设计所，辽宁 沈阳 110027）

摘 要：本文通过对臂式斗轮堆取料机取料作业中回转运动规律的分析，得出回转调速的优化方案，从而为臂式斗轮堆取料机回转调速的优化提供了理论依据，所得出的结论对设备设计与操作均具有实际意义。

关键词：臂式斗轮堆取料机；取料；回转线速度；调速

1 臂式斗轮堆取料机悬臂回转线速度概述

文章中所涉及的堆取料机为臂式斗轮堆取料机。从斗轮机构回转线速度分析，堆取料机不采用整机走行取料的方式，但是当回转取料作业时，做回转运动的上车质量在百万吨位，通常将斗轮中心处线速度控制在0.5m/s～30m/s，就我公司早期设计的回转半径为30m的斗轮机来说，常见回转速度n=0.05r/min ～0.15r/min，其斗轮中心处线速度υ线=2πRn≈2×3.14×30×0.15=28.26m/min =0.47m/s。

近年来，随着实际需求的变化，斗轮机向大型化、大回转半径、大取料能力方向发展，很多早期设计的设备完成不了相应的取料能力，尤其当采取密度小体积大的物料时，回转线速度必须增大以达到增大效率的目的，故应用在大型港口取料能力达到5000t/h以上的取煤斗轮机时，回转的最大线速度控制在30～50m/min（0.5～0.83m/s）。就我公司设计过宝钢斗轮机，型号DQL2000/3000•45为例，线速度应大于30m/min，可以将回转速度设定为n=0.04r/min～0.12r/min，这时斗轮中心处的最大线速度

υ线=2πRn≈2×3.14×45×0.12= 34m/min=0.565m/s，是较为合理的。

2 取料作业中的回转调速分析与优化

斗轮机回转完成一次单向取料后，整机要沿着轨道步进一个距离（我们称之为进尺量）t0。随后，上车再向相反的方向回转取料，由于几何关系（见下图），随着回转角度α的增大，所取物料厚度越来越薄，而当α趋近于90°时，物料厚度基本为0。所以如果按照匀速回转的取料方式，会造成悬臂斗轮处所取物料越远离轨道越少，与额定均衡连续取料任务相违背。当采取手段使遇薄物料回转速度增大，遇厚物料回转速度减小时，才有可能达到单位时间内取料体积一定。

下面分析图1中切屑厚度的变化与悬臂回转角度α的变化关系，图1中的符号与相应的含义：

图1

欲求：转角α在任意位置时与切屑厚度δα的函数关系式。

很明显t0很小，而R很大，而sinα最大值为1，拿我公司宝钢项目的斗轮机为例，t0最大为1m，R=45m+ D/2=45+7.6/2=48.8m（式中D为斗轮直径），此时≈1

（t02sin2α）/R2数量级极小，可忽略，故③式为：

cosα的值在0～1的范围内，所以在任意角度α的取料厚度永远小于等于进尺量t0，所以为使单位时间内轮斗扫描或说切割下来的切屑体积相等，就必须使回转速度按1/cosα 即余弦的倒数来调速。

值得注意的是当α接近90°时，cosα接近于0，即1/cosα 接近无穷大，若此时仍按1/cosα 调速，则会产生飞车现象（或电路跳闸），所以一般回转调速的角度范围限定在±70°以内，大臂的转角在70°～90°时，限定转速与α=70°时一致，拿宝钢斗轮机举例，即限定在0.12r/min，此时不再调频，即f恒等于50Hz。当α=70°，1/cos70°=2.92，而1/cos0°=1，即前者是后者的3倍左右。假如我们限定了最高转速，以宝钢机型为例，nmax=0.12r/min，则最低转速（α=0°时） nmin=0.12/2.92=0.04r/min，

所以斗轮机悬臂回转速度范围为n=0.04r/min～0.12r/min。

结语

通过上述对臂式斗轮堆取料机取料作业中的回转调速的计算与分析，给出了回转调速的优化方案，对斗轮堆取料机的工作效率的提升有很重要的实际意义。

参考文献

[1]张质文，虞和谦，王金诺，包起帆.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社，1998.

[2]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2007.

[3]单辉祖.材料力学教程[M].北京：高等教育出版社，2004.

中图分类号：TH213.1

文献标识码：A