臂式斗輪堆取料機堆、取工藝實例解析

吳樹安 崔安 李潔 張海寬

摘 要：該文簡述了臂式斗輪堆取料工機堆、取料藝的方法。并通過實例講解了臂式斗輪堆取料機在堆、取料作業時料堆與設備數學模型的建立。

關鍵詞：堆取料機 堆料工藝 取料工藝 實例；解析

中圖分類號：TF32 文獻標識碼：A 文章編號：1674-098X（2015）07（a）-0093-03

臂式斗輪堆取料機（以下簡稱斗輪機）屬于大型、連續、高效的散料裝卸機械，廣泛應用于大型散貨碼頭、鋼鐵、水泥、火力發電和礦山等企業的散料輸送系統中，是散料輸送系統的核心。以倡導節能環保，節約能源消耗量為目標，斗輪機選擇作業工藝的原則是操作簡單，作業效率高，能耗低。

1 斗輪機堆料工藝簡介

斗輪機堆料工藝主要采用定點為主的堆料方式：分為定點俯仰堆料方式和行走、回轉組合定點堆料方式。

1.1 定點俯仰堆料方式

斗輪機在堆料時大車間歇進給，臂架只俯仰不回轉，如圖1-1示。具體堆料方法是第一堆，臂架由低到高，直至料堆達到堆高，然后，斗輪機沿軌道后退一個設定距離，第二堆物料沿第一堆物料斜坡下滑，達到堆高后斗輪機再后退一個設定距離……直到堆滿整個料場。

1.2 行走、回轉組合定點堆料方式（亦可稱為定點回轉堆料方式）

每點的堆積靠旋轉、行走組合定位，機構動作較頻繁，宜采用變頻驅動且適合形成菱形料堆。如圖1-2示。具體堆料方法是第一堆，臂架由低到高，直至料堆達到堆高，臂架回轉擺動一個設定角度，大車間歇進給一個設定距離，第二堆物料沿第一堆物料斜坡下滑，達到堆高后斗輪機再回轉擺動一個設定角度，第三堆物料沿第二堆物料斜坡下滑；大車間歇進給一個設定距離，臂架回轉擺動另一個設定角度，第四堆物料沿第一堆物料斜坡下滑，達到堆高后斗輪機再回轉擺動一個設定角度，第五堆物料沿第四堆物料及第二堆物料斜坡下滑，達到堆高后斗輪機再回轉擺動一個設定角度，第六堆物料沿第五堆物料及第三堆物料斜坡下滑，達到堆高后斗輪機再回轉擺動一個設定角度；大車間歇進給一個設定距離，臂架回轉擺動另一個設定角度……直到堆滿整個料場。

這里需要說明的是，定點堆料工藝適用于中小型料堆作業，作業中粉塵飛揚較厲害，故不易堆積太高的料堆，各堆峰之間距離不宜太大，否則影響取料作業。

2 斗輪機取料工藝簡介

斗輪機取料工藝按主進給運動的方式不同可分為兩大類：回轉取料方式和行走取料方式。

2.1 回轉取料方式

回轉取料方式適用于長臂架的斗輪機，可利用較小直徑的斗輪去挖去較大截面的料堆，在每個回轉行程終了，斗輪機前進一個進給距離，距離不大于0.95倍斗的高，進行新的挖取。

斗輪機在取料過程中回轉運動為主，行走運動及俯仰運動為輔，回轉取料是斗輪機最常用的一種取料方式，這一工藝可分為三類。

2.1.1 回轉分層取料方式

斗輪機在取料過程，將堆料分為若干層（每層高度為1～斗輪半徑），一般為3～5層，一層一層地從上至下從料堆上挖取物料（應用這種取料方式時整機設計時要注意取第一層物料時臂架不要碰及料堆）。本工藝作業效率較高，是斗輪機理想的取料方式。如圖2-1示。

2.1.2 回轉分段取料方式

斗輪機在取料過程，一段一段的從上至下從料堆上挖取物料，這種方法是最常用的，每段的長度一般為10～20m（具體數值由計算得到），作業效率較上一種稍低。（如圖2-2）

2.1.3 回轉分層、分段混合取料方式

混合取料方式是綜合上述兩種方式，第Ⅰ層、第Ⅱ層回轉分段取料方式；第Ⅲ層、第Ⅳ層用回轉分層取料方式。

2.2 行走取料方式

斗輪機在取料過程，以行走為主縱向一條一條地從料堆上挖取物料，這種取料工藝很明顯能耗高（原因在于行走功率大于回轉功率），因此此取料工藝很少用，只有在取邊角殘料時作為輔助取料工藝方式。

這里需要說明的是：（1）取料時，料斗不能填充太滿，充填系數以80%為宜。如果斗輪的料斗吃料過多，可通過調整回轉裝置液壓馬達頻率，降低回轉速度來減少料斗的吃料量。或縮小走行步長（即進尺量）使斗輪取料達到比較理想的要求。（2）斗輪機分段分層取料時，實際操作中取上一層的物料時，以懸臂梁不與下一層物料相碰為原則。取下一層物料時，應以物料不致于塌落來確定進尺的次數。減少調車輔助時間，是提高生產率的有效手段。（3）這里需要說明的是斗輪機程控取料建立數學模型時，回轉角度是以斗輪機軌道中心連線為0°基準，一般情況最大范圍±12°～±70°。（面對斗輪左轉定為—，右轉定為+）由于回轉采用變頻調速且按1/cosΦ規律取料。現定當夾角為0°時，回轉轉速為0.04r/min，當夾角為70°時，回轉轉速為0.9r/min，若超過此角度，回轉速度仍為0.9r/min（即轉速封頂）。每臺斗輪機軌道兩側都有料堆，其取料工作轉角的絕對數值是相等的。

由于夾角限定在70°，料堆遠離斗輪機一側將留出一條物料沒有取盡，這將用手動方式采用大車走行來完成取料。

3 實例解析

3.1 原始參數

回轉半徑：45m，回轉角度：±110°堆高：軌上：14m，軌下：2m，料堆底寬：50m，斗輪直徑8m，斗高1m（見圖3-1）。

3.2 程控堆料

程控堆料采用行走、回轉組合定點堆料方式。堆料時，手動將設備開至欲開始堆料的位置，回轉角度與軌道夾角53.3°，臂架下俯至-13°，準備完畢后，開始程控堆料；堆第一小堆A1，當超聲波傳感器探測到物料后，臂架自動抬高0.5 m（可調），繼續堆料，依次抬起直至將A1堆到16m高。臂架開始向軌道方向旋轉10°堆B1堆，當超聲波傳感器探測到物料后B1堆積完畢（即料堆高度16 m），設備大車后退2 m，臂架開始向遠離軌道方向旋轉10°進行A2堆堆料，當超聲波傳感器探測到物料后A2 堆積完畢，臂架開始向軌道方向旋轉10°堆B2堆……依次為A3、B3、A4、B4……根據料場長度設定堆積總堆數。以上數值由CAD幾何關系測得。

料堆中間部分空隙采用手動堆料填平。如圖3-2。

3.3 程控取料

如果不是特殊針對性設計的堆取料機，取料方式只有一種，即進尺回轉分層取料，走行取料是不允許的，因為設備的各機構和參數設計不匹配。

根據原始參數數據建立數學模型，經CAD作圖獲得如圖3-3所示，表1中所得數據。

本例題斗輪機設備根據料堆堆高度為16 m，斗輪直徑8 m，將料堆分4層取料，將斗輪手動調整到初始位置，即斗輪機臂架與軌道夾角30.73°，臂架上仰至6.5°（臂架與水平線夾角），進行第Ⅰ層循環，“回轉—進尺（0.95 m）—回轉”循環吃料，取料一定距離后，形成第一個階梯；然后斗輪機設備后退下俯至第Ⅱ層取料起點位置，即斗輪機臂架與軌道夾角23.52°，臂架上仰至1.7°（臂架與水平線夾角）進行“回轉—進尺（0.95 m）—回轉”進行第Ⅱ層循環，接近第Ⅰ層的取料邊緣時，停止進尺，最后形成38°斜坡，滿足安息角要求，而不致塌方；然后斗輪機設備后退下俯至第Ⅲ層取料起點位置， 即斗輪機臂架與軌道夾角16.68°， 臂架下俯至4.5°（臂架與水平線夾角）進行“回轉—進尺（0.95 m）—回轉”進行第Ⅲ層循環，接近第Ⅱ層的取料邊緣時，停止進尺，同理完第Ⅳ層取料作業。完成第一段回轉分層循環取料作業后，斗輪機設備前進至第Ⅰ層第二段初始位置，斗輪機進入第二段分層取料作業。

其他形式的堆、取工藝數學模型的建立可參照本實例中的方法進行。

4 結語

如今，斗輪機正向大型化、智能化方向發展，選擇簡單、節能、便于建立數學模型的自動化堆、取作業方式是考查設備先進性的重要參數。本文介紹了斗輪機最常用幾種堆、取料工藝，并以實例進行數學模型建立，較細致的描述每種工藝的操作要點，對于從事斗輪機設計人員編寫不同規格參數的斗輪機操作說明書有一定的指導意義。

參考文獻

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