范 磊

（北方重工集團(tuán)有限公司，遼寧 沈陽(yáng) 110141）

QL1500·32臂式斗輪取料機(jī)是為宣化鋼廠技術(shù)改造工程設(shè)計(jì)、制造的。本設(shè)備是借鑒以往設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合本項(xiàng)目具體要求，在滿足功能的前提下，將以往類似設(shè)備出現(xiàn)的問題加以改進(jìn)，并設(shè)計(jì)全新的臂式斗輪取料機(jī)。本文詳述了該設(shè)備的改進(jìn)之處，并對(duì)部分改進(jìn)之處進(jìn)行計(jì)算校核。

改進(jìn)方案及校核：

1 斗輪驅(qū)動(dòng)改為液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)

以往設(shè)計(jì)的斗輪大多采用電機(jī)+偶合器+減速器驅(qū)動(dòng)。這種形式驅(qū)動(dòng)的斗輪機(jī)構(gòu)，當(dāng)斗輪取料量過大時(shí)，驅(qū)動(dòng)過載，易引起電機(jī)過電流、跳閘，部分鋼結(jié)構(gòu)甚至由于過載而發(fā)生破壞等。盡管偶合器在一定程度能起保護(hù)作用，但過載持續(xù)時(shí)間較長(zhǎng)的情況下，減速器仍承受過大的載荷，容易對(duì)減速器造成損壞。鑒于以上原因，本設(shè)備的斗輪由傳統(tǒng)的電機(jī)+偶合器+減速器驅(qū)動(dòng)改為液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)。

圖1 俯仰部分簡(jiǎn)化圖

液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)裝置由液壓馬達(dá)、液壓站和管路系統(tǒng)組成。由于液壓馬達(dá)和液壓站之間通過管路連接，因此，液壓馬達(dá)和液壓站可以布置在不同的位置。以功率為110kW的驅(qū)動(dòng)裝置為例，電機(jī)+偶合器+減速器形式的驅(qū)動(dòng)裝置重量約為4t，與其傳遞相同扭矩的馬達(dá)重量約為1.8t，減重約2.2t。由于斗輪裝置布置在設(shè)備頭部，以本設(shè)備為例，回轉(zhuǎn)半徑為32m，俯仰角度為-14.4°~+17°，總重量能除低2%左右，采用液壓馬達(dá)降低了設(shè)備自重以及配重的同時(shí)，也改善了上部金屬結(jié)構(gòu)的受力。

除此之外，斗輪機(jī)構(gòu)過載時(shí)，采用馬達(dá)驅(qū)動(dòng)能夠通過液壓系統(tǒng)的控制閥切斷通往馬達(dá)的油路，馬達(dá)的輸出扭矩降低，保護(hù)設(shè)備，降低維修成本。

2 油缸最大工作速度確定為

整體液壓俯仰型式的臂式斗輪取料機(jī)是由油缸的伸縮來完成俯仰動(dòng)作的。以往設(shè)計(jì)的臂式斗輪取料機(jī)，油缸俯仰速度大多采用解析法得出。過程較復(fù)雜，本設(shè)備采用做圖法得出油缸最大工作速度。在計(jì)算油缸工作速度時(shí)，參與俯仰部分可認(rèn)為是鉸軸以上部分，可簡(jiǎn)化成如圖1所示。

圖2 配重臂后部箱形結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖3 配重臂后部箱形改進(jìn)后結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

圖4 改進(jìn)前的托輥組簡(jiǎn)圖

圖5 改進(jìn)后的托輥組簡(jiǎn)圖

圖7 改進(jìn)后四輪架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)圖

在圖1中，斗輪中心處線速度規(guī)定為6m/min，上部金屬結(jié)構(gòu)各桿簡(jiǎn)化成桿A、B、C，組成一個(gè)整體，液壓缸簡(jiǎn)化成桿D。由此可推斷桿桿A、B、C角速度計(jì)算公式如下：

由此，可得出油缸最大工作速度計(jì)算公式如下：

配重臂后部箱形結(jié)構(gòu)改為工字形結(jié)構(gòu)。配重臂作為承載配重的主要焊接鋼結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)的合理性對(duì)整機(jī)性能的保證起著關(guān)鍵的作用。以往設(shè)計(jì)中，配重臂后部采用以下結(jié)構(gòu)，如圖2所示。

這種箱形結(jié)構(gòu)雖然在理論上保證了結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度，但由于受到尺寸620和360的限制，在實(shí)際施焊過程中，底部焊不到。因此在本項(xiàng)目的設(shè)計(jì)過程中，對(duì)此處結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)，將上述箱形結(jié)構(gòu)改成如下結(jié)構(gòu)，如圖3所示。改進(jìn)后截面的抗彎截面模量與之前的一致，大大提高了可焊性。

3 過渡托輥組改成槽角可調(diào)的托輥組。不同工況造成膠帶的凸弧段和凹弧段，再加上設(shè)備結(jié)構(gòu)限制，凸弧段和凹弧段膠帶最小曲率半徑不能太大，皮帶容易造成褶皺現(xiàn)象，加速皮帶的磨損。

在本項(xiàng)目設(shè)計(jì)中，對(duì)此處的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)。將原有的過渡托輥組改成槽角可調(diào)的托輥組。改進(jìn)前結(jié)構(gòu)如圖4所示，單側(cè)邊支柱只有一個(gè)槽，長(zhǎng)度固定。

改進(jìn)后，單側(cè)邊支柱由原來一個(gè)較小的槽改為兩條調(diào)節(jié)槽，并且將邊支柱改為弧形。改進(jìn)后的結(jié)構(gòu)如圖5所示。改進(jìn)后的托輥結(jié)構(gòu)避免了皮帶褶皺現(xiàn)象的產(chǎn)生，減少了皮帶的磨損，使得皮帶運(yùn)行更穩(wěn)定可靠，提高了生產(chǎn)效率。

4 四輪架的腹板由原來五塊鋼板對(duì)接焊改為由一整塊鋼板加工而成。以往設(shè)計(jì)的四輪架如圖6所示。

四輪架材料為Q345-B，腹板由五塊鋼板組成，三塊厚度為30mm的，兩塊厚度為12mm的。三個(gè)鉸軸孔有采用軸套的，有采用外貼臍子的。這樣的四輪架因?yàn)楹穸葹?0mm的鋼板和軸套需要先機(jī)加車間進(jìn)行加工，然后再轉(zhuǎn)到焊接車間進(jìn)行焊接（即跨車間作業(yè)）。這就增加了制造成本和時(shí)間。同時(shí)，厚度為30mm的鋼板和厚度為12mm的鋼板對(duì)接焊縫也需要進(jìn)行探傷。鑒于以上幾點(diǎn)，現(xiàn)對(duì)四輪架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行以下幾點(diǎn)改進(jìn)：原五塊鋼板組成的腹板現(xiàn)用一塊厚度為25mm的鋼板代替；兩孔距離由790mm改為700mm；梁高由620mm變成530mm。改進(jìn)后的四輪架如圖7所示，在滿足使用強(qiáng)度的前提下，減少了制造時(shí)間和探傷。

結(jié)語(yǔ)

本設(shè)備現(xiàn)已帶料運(yùn)行，取料、俯仰動(dòng)作等均正常。實(shí)踐證明，在設(shè)計(jì)過程中，采用做圖法得出油缸速度真實(shí)準(zhǔn)確，簡(jiǎn)化了設(shè)計(jì)計(jì)算過程。在制造過程中，對(duì)配重臂后部及四輪架結(jié)構(gòu)上的改進(jìn)，減少了制造工時(shí)，提高了結(jié)構(gòu)的質(zhì)量。而斗輪改為液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，有效地避免了由于過載而產(chǎn)生的種種問題，提高了設(shè)備運(yùn)行的穩(wěn)定性。以上幾點(diǎn)改進(jìn)不僅僅降低了本設(shè)備的成本，對(duì)后續(xù)類似產(chǎn)品的設(shè)計(jì)制造也起到很好的借鑒作用。

[1]劉鴻文.材料力學(xué)[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]張質(zhì)文.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2001.

[3]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，2001.