臂式斗輪堆取料機(jī)取料作業(yè)中的回轉(zhuǎn)調(diào)速分析與優(yōu)化

張棟生 劉英磊 杜榮權(quán)

（北方重工裝卸設(shè)備分公司設(shè)計(jì)所，遼寧 沈陽 110027）

臂式斗輪堆取料機(jī)取料作業(yè)中的回轉(zhuǎn)調(diào)速分析與優(yōu)化

張棟生 劉英磊 杜榮權(quán)

（北方重工裝卸設(shè)備分公司設(shè)計(jì)所，遼寧 沈陽 110027）

摘 要：本文通過對(duì)臂式斗輪堆取料機(jī)取料作業(yè)中回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)規(guī)律的分析，得出回轉(zhuǎn)調(diào)速的優(yōu)化方案，從而為臂式斗輪堆取料機(jī)回轉(zhuǎn)調(diào)速的優(yōu)化提供了理論依據(jù)，所得出的結(jié)論對(duì)設(shè)備設(shè)計(jì)與操作均具有實(shí)際意義。

關(guān)鍵詞：臂式斗輪堆取料機(jī)；取料；回轉(zhuǎn)線速度；調(diào)速

1 臂式斗輪堆取料機(jī)懸臂回轉(zhuǎn)線速度概述

文章中所涉及的堆取料機(jī)為臂式斗輪堆取料機(jī)。從斗輪機(jī)構(gòu)回轉(zhuǎn)線速度分析，堆取料機(jī)不采用整機(jī)走行取料的方式，但是當(dāng)回轉(zhuǎn)取料作業(yè)時(shí)，做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的上車質(zhì)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(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)半徑為30m的斗輪機(jī)來說，常見回轉(zhuǎn)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(shí)際需求的變化，斗輪機(jī)向大型化、大回轉(zhuǎn)半徑、大取料能力方向發(fā)展，很多早期設(shè)計(jì)的設(shè)備完成不了相應(yīng)的取料能力，尤其當(dāng)采取密度小體積大的物料時(shí)，回轉(zhuǎn)線速度必須增大以達(dá)到增大效率的目的，故應(yīng)用在大型港口取料能力達(dá)到5000t/h以上的取煤斗輪機(jī)時(shí)，回轉(zhuǎn)的最大線速度控制在30～50m/min（0.5～0.83m/s）。就我公司設(shè)計(jì)過寶鋼斗輪機(jī)，型號(hào)DQL2000/3000?45為例，線速度應(yīng)大于30m/min，可以將回轉(zhuǎn)速度設(shè)定為n=0.04r/min～0.12r/min，這時(shí)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(yè)中的回轉(zhuǎn)調(diào)速分析與優(yōu)化

斗輪機(jī)回轉(zhuǎn)完成一次單向取料后，整機(jī)要沿著軌道步進(jìn)一個(gè)距離（我們稱之為進(jìn)尺量）t0。隨后，上車再向相反的方向回轉(zhuǎn)取料，由于幾何關(guān)系（見下圖），隨著回轉(zhuǎn)角度α的增大，所取物料厚度越來越薄，而當(dāng)α趨近于90°時(shí)，物料厚度基本為0。所以如果按照勻速回轉(zhuǎn)的取料方式，會(huì)造成懸臂斗輪處所取物料越遠(yuǎn)離軌道越少，與額定均衡連續(xù)取料任務(wù)相違背。當(dāng)采取手段使遇薄物料回轉(zhuǎn)速度增大，遇厚物料回轉(zhuǎn)速度減小時(shí)，才有可能達(dá)到單位時(shí)間內(nèi)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(zhuǎn)角度α的變化關(guān)系，圖1中的符號(hào)與相應(yīng)的含義：

圖1

欲求：轉(zhuǎn)角α在任意位置時(shí)與切屑厚度δα的函數(shù)關(guān)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(xiàng)目的斗輪機(jī)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(shí)≈1

（t02sin2α）/R2數(shù)量級(jí)極小，可忽略，故③式為：

cosα的值在0～1的范圍內(nèi)，所以在任意角度α的取料厚度永遠(yuǎn)小于等于進(jìn)尺量t0，所以為使單位時(shí)間內(nèi)輪斗掃描或說切割下來的切屑體積相等，就必須使回轉(zhuǎn)速度按1/cosα 即余弦的倒數(shù)來調(diào)速。

值得注意的是當(dāng)α接近90°時(shí)，cosα接近于0，即1/cosα 接近無窮大，若此時(shí)仍按1/cosα 調(diào)速，則會(huì)產(chǎn)生飛車現(xiàn)象（或電路跳閘），所以一般回轉(zhuǎn)調(diào)速的角度范圍限定在±70°以內(nèi)，大臂的轉(zhuǎn)角在70°～90°時(shí)，限定轉(zhuǎn)速與α=70°時(shí)一致，拿寶鋼斗輪機(jī)舉例，即限定在0.12r/min，此時(shí)不再調(diào)頻，即f恒等于50Hz。當(dāng)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(zhuǎn)速，以寶鋼機(jī)型為例，nmax=0.12r/min，則最低轉(zhuǎn)速（α=0°時(shí)） nmin=0.12/2.92=0.04r/min，

所以斗輪機(jī)懸臂回轉(zhuǎn)速度范圍為n=0.04r/min～0.12r/min。

結(jié)語

通過上述對(duì)臂式斗輪堆取料機(jī)取料作業(yè)中的回轉(zhuǎn)調(diào)速的計(jì)算與分析，給出了回轉(zhuǎn)調(diào)速的優(yōu)化方案，對(duì)斗輪堆取料機(jī)的工作效率的提升有很重要的實(shí)際意義。

參考文獻(xiàn)

[1]張質(zhì)文，虞和謙，王金諾，包起帆.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國鐵道出版社，1998.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[3]單輝祖.材料力學(xué)教程[M].北京：高等教育出版社，2004.

中圖分類號(hào)：TH213.1

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A