張 亮，金鐵巖，劉云峰

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

0 引言

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(shí)間內(nèi)所能挖取物料的多少，實(shí)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(jì)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(jì)工況和工作方式進(jìn)行連續(xù)作業(yè)的每小時(shí)平均生產(chǎn)量（測(cè)定時(shí)，按有關(guān)規(guī)定時(shí)間的平均值計(jì)算）。最大生產(chǎn)率是由鏟斗瞬時(shí)最大鏟料量計(jì)算出的單位小時(shí)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(zhǎng)一段時(shí)間范圍內(nèi)完成總?cè)×狭康亩嗌倩蛉∽咭欢ǖ奈锪狭克ㄙM(fèi)的時(shí)間，它影響設(shè)備總的使用效果。

1 斗輪機(jī)構(gòu)基本參數(shù)的確定

1.1 取料生產(chǎn)率及其關(guān)系

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(jì)時(shí)，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(wú)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）。

1.2 斗輪直徑的確定

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(shí)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(guó)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(jì)和分析確定的經(jīng)驗(yàn)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(shí)際繪圖時(shí)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(wú)提升導(dǎo)料槽等諸方面因素的影響，所以計(jì)算數(shù)值只作為基準(zhǔn)值，不作為絕對(duì)值來使用。我國(guó)通常按式（3）計(jì)算，筆者驗(yàn)算了德國(guó)生產(chǎn)的多臺(tái)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(jì)經(jīng)驗(yàn)認(rèn)為式（3）與實(shí)際繪圖最終確定的斗輪直徑最為合適。

1.3 斗輪轉(zhuǎn)速的確定

要實(shí)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(shí)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(gè)小于1的卸料速度系數(shù)k2，使鏟斗的實(shí)際切向速度vc小于極限速度。即：

對(duì)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(duì)半格式斗輪k2＝0.35～0.45，無(wú)格式斗輪（帶側(cè)滑板）k2＝0.4～0.6，無(wú)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?yàn)樗俣扔?，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(diǎn)，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。

1.4 斗輪斗距的確定

在最初設(shè)計(jì)時(shí)，已知量只有理論生產(chǎn)率Q理（是通過額定生產(chǎn)率計(jì)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(gè)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(píng)價(jià)斗輪結(jié)構(gòu)的合理性，根據(jù)對(duì)已使用的各種斗輪堆取料機(jī)的分析，引入一無(wú)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(wú)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。

1.5 鏟斗數(shù)的確定

（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(huì)增大驅(qū)動(dòng)裝置的振動(dòng)。由理論生產(chǎn)率確定斗數(shù)為：

（2）根據(jù)經(jīng)驗(yàn)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(yàn)認(rèn)為式（15）計(jì)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(jì)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(duì)于無(wú)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(yàn)，初步計(jì)算時(shí)，無(wú)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(shí)際繪制鏟斗外形的依據(jù)，這里要將兩個(gè)概念區(qū)分開。

2 應(yīng)用實(shí)例

某工程項(xiàng)目用臂式斗輪堆取料機(jī)型號(hào)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(jì)算出理論生產(chǎn)率后，應(yīng)該去驗(yàn)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(jì)算出的斗輪直徑分別為Φ9.8 m 和Φ8.1 m。依據(jù)本項(xiàng)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(wú)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(xiàng)目物料特性宜選用較小的系數(shù)，即取n斗＝6.5，并驗(yàn)算：

（5）鏟斗數(shù)為：

根據(jù)本項(xiàng)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(jì)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(xiàng)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。

3 結(jié)論

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(jì)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(huì)不斷的發(fā)展和完善，經(jīng)驗(yàn)積累和新技術(shù)的應(yīng)用會(huì)不斷驗(yàn)證設(shè)備參數(shù)選取的是否合理。

［1］ 機(jī)械工程手冊(cè)編輯委員會(huì).機(jī)械工程手冊(cè)［M］.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1997.

［2］ 中國(guó)冶金建設(shè)協(xié)會(huì).鋼鐵企業(yè)原料準(zhǔn)備設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京：冶金工業(yè)出版社，1997.

［3］ 陳健元.挖掘機(jī)［M］.北京：中國(guó)工業(yè)出版社，1965.

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