張 亮,金鐵巖,劉云峰
(1.北方重工集團(tuán)有限公司,遼寧 沈陽 110041;2.太原科技大學(xué) 研究生學(xué)院,山西 太原 030024)
斗輪堆取料機(jī)的取料生產(chǎn)率是設(shè)備最重要的參數(shù),取料生產(chǎn)率是指斗輪堆取料機(jī)單位時間內(nèi)所能挖取物料的多少,實際使用中又分為理論生產(chǎn)率、額定生產(chǎn)率和最大生產(chǎn)率。理論生產(chǎn)率是由當(dāng)量斗容及其他斗輪參數(shù)計算出的生產(chǎn)率值,它也是與斗輪配套的帶式輸送機(jī)允許通過的最大輸送生產(chǎn)率。額定生產(chǎn)率是依照設(shè)計工況和工作方式進(jìn)行連續(xù)作業(yè)的每小時平均生產(chǎn)量(測定時,按有關(guān)規(guī)定時間的平均值計算)。最大生產(chǎn)率是由鏟斗瞬時最大鏟料量計算出的單位小時的生產(chǎn)量。額定生產(chǎn)率(平均取料生產(chǎn)率)關(guān)系到設(shè)備在較長一段時間范圍內(nèi)完成總?cè)×狭康亩嗌倩蛉∽咭欢ǖ奈锪狭克ㄙM的時間,它影響設(shè)備總的使用效果。
理論生產(chǎn)率為:
Q理=C·Q額。
最大生產(chǎn)率為:
Qmax=C1·Q理。
設(shè)計時,斗輪機(jī)構(gòu)通常是根據(jù)額定生產(chǎn)率Q額確定斗輪直徑D,再參考同類型的斗輪堆取料機(jī)確定斗輪的切向速度vc或斗輪轉(zhuǎn)速n斗,然后根據(jù)斗輪的結(jié)構(gòu)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(xiàn)有所不同)。
從整機(jī)設(shè)備重量、經(jīng)濟(jì)性和穩(wěn)定性等方面考慮,斗輪機(jī)構(gòu)體積和重量應(yīng)該盡可能小些,但從提高生產(chǎn)率和穩(wěn)定工作載荷等方面來考慮,斗輪機(jī)構(gòu)體積應(yīng)該稍大些,所以確定斗輪直徑時應(yīng)綜合考慮。
(1)根據(jù)生產(chǎn)率即理論生產(chǎn)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(jīng)驗公式為:
(3)根據(jù)最大生產(chǎn)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(shù)協(xié)議中規(guī)定的懸臂膠帶機(jī)帶寬、懸臂膠帶機(jī)頭部改向滾筒是否為液壓張緊、卸料板角度、有無提升導(dǎo)料槽等諸方面因素的影響,所以計算數(shù)值只作為基準(zhǔn)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(chǎn)的多臺臂式斗輪堆取料機(jī)的斗輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù),結(jié)合多年設(shè)計經(jīng)驗認(rèn)為式(3)與實際繪圖最終確定的斗輪直徑最為合適。
要實現(xiàn)重力卸料,離心力必須小于或等于重力,當(dāng)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(nèi)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(nèi)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(cè)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(zhuǎn)速還與臂式斗輪堆取料機(jī)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的回轉(zhuǎn)速度n回有關(guān),即(這里只給出關(guān)系式,不是本文重點,不做詳細(xì)說明):
其中:l為臂式斗輪堆取料機(jī)回轉(zhuǎn)半徑;bmax為斗輪機(jī)構(gòu)中鏟斗寬度。
在最初設(shè)計時,已知量只有理論生產(chǎn)率Q理(是通過額定生產(chǎn)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(chǎn)率Q理的關(guān)系式,我們預(yù)先給出3個關(guān)系式:
(1)斗距與斗數(shù)、斗輪直徑的關(guān)系:
(2)斗輪轉(zhuǎn)速與斗輪直徑的關(guān)系:
(3)理論生產(chǎn)率和斗容q、物料密度、斗數(shù)、斗輪轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系:
將式(7)~式(9)進(jìn)行整理得:
為了便于評價斗輪結(jié)構(gòu)的合理性,根據(jù)對已使用的各種斗輪堆取料機(jī)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(chǎn)率Q理的關(guān)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??;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)前蘇聯(lián)學(xué)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(qū)動裝置的振動。由理論生產(chǎn)率確定斗數(shù)為:
(2)根據(jù)經(jīng)驗公式確定斗數(shù)為:
(3)根據(jù)斗距確定斗數(shù)為:
筆者經(jīng)驗認(rèn)為式(15)計算的數(shù)值較為理想。
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(dāng)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(jīng)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(chǎn)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。
某工程項目用臂式斗輪堆取料機(jī)型號為DQL2000/2000·40,即額定生產(chǎn)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(chǎn)率Q理和最大生產(chǎn)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(chǎn)率后,應(yīng)該去驗算與斗輪配套的帶式輸送機(jī)允許通過的最大輸送生產(chǎn)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(jī)的技術(shù)協(xié)議中規(guī)定的懸臂膠帶機(jī)帶寬、懸臂膠帶機(jī)頭部改向滾筒是否為液壓張緊、卸料板角度、有無提升導(dǎo)料槽等諸方面綜合因素考慮,最終確定D=6.8m。
(3)斗輪轉(zhuǎn)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(shù)系數(shù)的使用情況,最終鏟斗幾何容積定為0.6m3。
斗輪機(jī)構(gòu)是斗輪堆取料機(jī)的重要工作部件,其設(shè)計合理與否將直接影響設(shè)備的技術(shù)性能和使用壽命。隨著現(xiàn)代技術(shù)的發(fā)展,斗輪堆取料機(jī)的產(chǎn)品還會不斷的發(fā)展和完善,經(jīng)驗積累和新技術(shù)的應(yīng)用會不斷驗證設(shè)備參數(shù)選取的是否合理。
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