杜曉勇

（北京二七軌道交通裝備有限責(zé)任公司，北京 101010）

0 引 言

隨著鐵路運(yùn)輸?shù)难杆侔l(fā)展，尤其是重載鐵路線路的長(zhǎng)期繁忙運(yùn)行，會(huì)出現(xiàn)道床污染的現(xiàn)象。因此，鐵路道床維護(hù)越來(lái)越重要，需要對(duì)道床進(jìn)行周期性的大修清篩作業(yè)。如圖1 所示，BS1200 型邊坡清篩機(jī)主要用于線路兩側(cè)道床邊坡的清篩作業(yè)，挖掘斗輪用于挖掘邊坡上的道碴，是一種大型、高效率和可連續(xù)作業(yè)的裝卸機(jī)械設(shè)備。挖掘過(guò)程中，通過(guò)傳送系統(tǒng)不斷地將物料輸送到其它配合物料處理設(shè)備，使挖掘工作連續(xù)不斷地進(jìn)行。

圖1 BS1200 型邊坡清篩機(jī)

本文針對(duì)有碴鐵路邊坡斗輪挖掘裝置的水平切削方式進(jìn)行分析，分析切削過(guò)程的切削高度、切削厚度和切削寬度對(duì)挖掘功率和挖掘阻力的變化規(guī)律，并推導(dǎo)出相應(yīng)的計(jì)算公式，為整機(jī)的受力分析、功率變化以及容積生產(chǎn)率計(jì)算提供必要的理論依據(jù)［1］。

1 斗輪裝置的基本參數(shù)

如圖2 所示，斗輪挖掘裝置的主要結(jié)構(gòu)參數(shù)有：斗輪直徑D、鏟容J、斗數(shù)Z、轉(zhuǎn)速n、卸斗個(gè)數(shù)S。這些參數(shù)的確定，應(yīng)該保證挖掘裝置設(shè)計(jì)的容積生產(chǎn)率V，同時(shí)還要滿(mǎn)足強(qiáng)度、剛度、結(jié)構(gòu)布置合理、機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)可靠和耗能最小等要求。

在挖掘過(guò)程中，依據(jù)斗輪設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)參數(shù)，匹配一定的作業(yè)參數(shù)（挖掘高度、寬度、挖掘厚度），才能使挖掘裝置實(shí)現(xiàn)其設(shè)計(jì)的最大容積生產(chǎn)率。由這6個(gè)結(jié)構(gòu)參數(shù)和3 個(gè)作業(yè)參數(shù)確定出一組最佳作業(yè)工況。

圖2 斗輪裝置

2 挖掘過(guò)程分析

2.1 切屑形狀參數(shù)

挖掘斗輪在道碴挖掘作業(yè)時(shí)，鏟斗的運(yùn)動(dòng)由斗輪的轉(zhuǎn)動(dòng)和斗輪的前進(jìn)組成。如圖3 所示，當(dāng)斗輪前進(jìn)一定距離t0后，一個(gè)鏟斗可切削下一個(gè)月牙形狀的切屑［2］。

為了使月牙形切屑全部裝入鏟斗，應(yīng)使斗容為月牙形切屑體積I 乘以一個(gè)松散度系數(shù)f［3］。

其中：

則：

圖3

式中：f 為松散系數(shù)，1.3＜f ＜1.65；α 為切割深度比；μ 為切削高度系數(shù)；b 為切屑寬度。

從圖3 中可以看出，挖掘斗輪在旋轉(zhuǎn)切割過(guò)程中，切割厚度t 隨著切屑對(duì)應(yīng)的角度φ 變化，旋轉(zhuǎn)角度φ，切割厚度t 也從0 變化到t0，切割厚度逐漸增大［4］。

二者關(guān)系為：t＝t0sinφ。

2.2 切屑參數(shù)關(guān)系

式中：tm為平均切割厚度；φ0為月牙形切屑所對(duì)應(yīng)的旋轉(zhuǎn)角度；Km為圓角修正系數(shù)，與t0有關(guān)。

切割邊總長(zhǎng)度

總挖掘阻力：PL＝100fL×L。

3 挖掘功率與驅(qū)動(dòng)轉(zhuǎn)矩分析

3.1 挖掘功率

挖掘輪驅(qū)動(dòng)總功率的計(jì)算方法：

挖掘斗輪驅(qū)動(dòng)功率包括挖掘功率Nd、提升功率N?、加速功率Na和摩擦損耗功率Nf部分［5］，即

式中：γ 為挖掘斗輪驅(qū)動(dòng)裝置的傳動(dòng)效率；ν 為正常作業(yè)時(shí)挖掘斗輪切割速度，m·s－1；β 為卸載高度系數(shù)，一般取1＜β＜1.2；

平均生產(chǎn)率為Qm=Vρbf/f，即，挖掘總功率為

3.2 邊坡道碴挖掘工藝參數(shù)的優(yōu)化

基于標(biāo)準(zhǔn)道床和邊坡清篩機(jī)挖掘最大作業(yè)能力：作業(yè)速度0～4 km/h，雙邊同時(shí)挖掘達(dá)到1 200 m3/h（單邊滿(mǎn)足600 m3/h），正常工作轉(zhuǎn)速9～12 r/min，保證實(shí)際鏟斗容量不高于設(shè)計(jì)斗容的情況下，進(jìn)行挖掘作業(yè)參數(shù)的優(yōu)化，如圖4、圖5 所示。

圖4 挖掘作業(yè)參數(shù)優(yōu)化表

圖5 挖掘阻力

通過(guò)分析確定了匹配不同挖掘量的相應(yīng)轉(zhuǎn)速，且挖掘過(guò)程中最大挖掘阻力和最大挖掘功率出現(xiàn)在不同的峰值。利用挖掘工藝參數(shù)分析，為邊坡清篩機(jī)作業(yè)參數(shù)的選率。

4 結(jié) 論

現(xiàn)階段國(guó)內(nèi)外對(duì)挖掘斗輪的挖掘過(guò)程的參數(shù)化分析與計(jì)算，目前尚不完善，并且切割物料是一個(gè)復(fù)雜的過(guò)程。本文通過(guò)理論分析，驗(yàn)證邊坡清篩機(jī)挖掘斗輪的實(shí)際作業(yè)的部分工況，對(duì)挖掘過(guò)程做了初步分析，并推導(dǎo)相應(yīng)的計(jì)算公式，為鐵路邊坡道碴清篩作業(yè)提供依據(jù)。

［1］ 史清錄，張順巖.斗輪挖掘機(jī)水平切削參數(shù)分析［J］.太原重型機(jī)械學(xué)院學(xué)報(bào)，1998（3）：216-223.

［2］ 蔣瓊珠.連續(xù)運(yùn)輸機(jī)械［M］.北京：人民交通出版社，1986.

［3］ 阮九章.斗輪挖掘機(jī)的工作裝置［M］.北京：煤炭工業(yè)出版社，1981.

［4］ 周奇才，何群，邵新建.兩類(lèi)斗輪堆取料機(jī)切割邊長(zhǎng)計(jì)算方法［J］.同濟(jì)大學(xué)學(xué)報(bào)，2003（3）：339-342.

［5］ Hoffmann D.斗輪挖掘機(jī)挖掘機(jī)構(gòu)和運(yùn)輸方式參數(shù)的確定［J］.露天采礦，1991（4）：42-47.