臂式斗輪堆取料機取料作業中的回轉調速分析與優化

張棟生 劉英磊 杜榮權

（北方重工裝卸設備分公司設計所，遼寧 沈陽 110027）

臂式斗輪堆取料機取料作業中的回轉調速分析與優化

張棟生 劉英磊 杜榮權

（北方重工裝卸設備分公司設計所，遼寧 沈陽 110027）

摘 要：本文通過對臂式斗輪堆取料機取料作業中回轉運動規律的分析，得出回轉調速的優化方案，從而為臂式斗輪堆取料機回轉調速的優化提供了理論依據，所得出的結論對設備設計與操作均具有實際意義。

關鍵詞：臂式斗輪堆取料機；取料；回轉線速度；調速

1 臂式斗輪堆取料機懸臂回轉線速度概述

文章中所涉及的堆取料機為臂式斗輪堆取料機。從斗輪機構回轉線速度分析，堆取料機不采用整機走行取料的方式，但是當回轉取料作業時，做回轉運動的上車質量在百萬噸位，通常將斗輪中心處線速度控制在0.5m/s～30m/s，就我公司早期設計的回轉半徑為30m的斗輪機來說，常見回轉速度n=0.05r/min ～0.15r/min，其斗輪中心處線速度υ線=2πRn≈2×3.14×30×0.15=28.26m/min =0.47m/s。

近年來，隨著實際需求的變化，斗輪機向大型化、大回轉半徑、大取料能力方向發展，很多早期設計的設備完成不了相應的取料能力，尤其當采取密度小體積大的物料時，回轉線速度必須增大以達到增大效率的目的，故應用在大型港口取料能力達到5000t/h以上的取煤斗輪機時，回轉的最大線速度控制在30～50m/min（0.5～0.83m/s）。就我公司設計過寶鋼斗輪機，型號DQL2000/3000?45為例，線速度應大于30m/min，可以將回轉速度設定為n=0.04r/min～0.12r/min，這時斗輪中心處的最大線速度

υ線=2πRn≈2×3.14×45×0.12= 34m/min=0.565m/s，是較為合理的。

2 取料作業中的回轉調速分析與優化

斗輪機回轉完成一次單向取料后，整機要沿著軌道步進一個距離（我們稱之為進尺量）t0。隨后，上車再向相反的方向回轉取料，由于幾何關系（見下圖），隨著回轉角度α的增大，所取物料厚度越來越薄，而當α趨近于90°時，物料厚度基本為0。所以如果按照勻速回轉的取料方式，會造成懸臂斗輪處所取物料越遠離軌道越少，與額定均衡連續取料任務相違背。當采取手段使遇薄物料回轉速度增大，遇厚物料回轉速度減小時，才有可能達到單位時間內取料體積一定。

下面分析圖1中切屑厚度的變化與懸臂回轉角度α的變化關系，圖1中的符號與相應的含義：

圖1

欲求：轉角α在任意位置時與切屑厚度δα的函數關系式。

很明顯t0很小，而R很大，而sinα最大值為1，拿我公司寶鋼項目的斗輪機為例，t0最大為1m，R=45m+ D/2=45+7.6/2=48.8m（式中D為斗輪直徑），此時≈1

（t02sin2α）/R2數量級極小，可忽略，故③式為：

cosα的值在0～1的范圍內，所以在任意角度α的取料厚度永遠小于等于進尺量t0，所以為使單位時間內輪斗掃描或說切割下來的切屑體積相等，就必須使回轉速度按1/cosα 即余弦的倒數來調速。

值得注意的是當α接近90°時，cosα接近于0，即1/cosα 接近無窮大，若此時仍按1/cosα 調速，則會產生飛車現象（或電路跳閘），所以一般回轉調速的角度范圍限定在±70°以內，大臂的轉角在70°～90°時，限定轉速與α=70°時一致，拿寶鋼斗輪機舉例，即限定在0.12r/min，此時不再調頻，即f恒等于50Hz。當α=70°，1/cos70°=2.92，而1/cos0°=1，即前者是后者的3倍左右。假如我們限定了最高轉速，以寶鋼機型為例，nmax=0.12r/min，則最低轉速（α=0°時） nmin=0.12/2.92=0.04r/min，

所以斗輪機懸臂回轉速度范圍為n=0.04r/min～0.12r/min。

結語

通過上述對臂式斗輪堆取料機取料作業中的回轉調速的計算與分析，給出了回轉調速的優化方案，對斗輪堆取料機的工作效率的提升有很重要的實際意義。

參考文獻

[1]張質文，虞和謙，王金諾，包起帆.起重機設計手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1998.

[2]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2007.

[3]單輝祖.材料力學教程[M].北京：高等教育出版社，2004.

中圖分類號：TH213.1

文獻標識碼：A