吳樹安 崔安 李潔 張海寬

摘 要：該文簡(jiǎn)述了臂式斗輪堆取料工機(jī)堆、取料藝的方法。并通過實(shí)例講解了臂式斗輪堆取料機(jī)在堆、取料作業(yè)時(shí)料堆與設(shè)備數(shù)學(xué)模型的建立。

關(guān)鍵詞：堆取料機(jī) 堆料工藝 取料工藝 實(shí)例；解析

中圖分類號(hào)：TF32 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）07（a）-0093-03

臂式斗輪堆取料機(jī)（以下簡(jiǎn)稱斗輪機(jī)）屬于大型、連續(xù)、高效的散料裝卸機(jī)械，廣泛應(yīng)用于大型散貨碼頭、鋼鐵、水泥、火力發(fā)電和礦山等企業(yè)的散料輸送系統(tǒng)中，是散料輸送系統(tǒng)的核心。以倡導(dǎo)節(jié)能環(huán)保，節(jié)約能源消耗量為目標(biāo)，斗輪機(jī)選擇作業(yè)工藝的原則是操作簡(jiǎn)單，作業(yè)效率高，能耗低。

1 斗輪機(jī)堆料工藝簡(jiǎn)介

斗輪機(jī)堆料工藝主要采用定點(diǎn)為主的堆料方式：分為定點(diǎn)俯仰堆料方式和行走、回轉(zhuǎn)組合定點(diǎn)堆料方式。

1.1 定點(diǎn)俯仰堆料方式

斗輪機(jī)在堆料時(shí)大車間歇進(jìn)給，臂架只俯仰不回轉(zhuǎn)，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(dá)到堆高，然后，斗輪機(jī)沿軌道后退一個(gè)設(shè)定距離，第二堆物料沿第一堆物料斜坡下滑，達(dá)到堆高后斗輪機(jī)再后退一個(gè)設(shè)定距離……直到堆滿整個(gè)料場(chǎng)。

1.2 行走、回轉(zhuǎn)組合定點(diǎn)堆料方式（亦可稱為定點(diǎn)回轉(zhuǎn)堆料方式）

每點(diǎn)的堆積靠旋轉(zhuǎn)、行走組合定位，機(jī)構(gòu)動(dòng)作較頻繁，宜采用變頻驅(qū)動(dòng)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(dá)到堆高，臂架回轉(zhuǎn)擺動(dòng)一個(gè)設(shè)定角度，大車間歇進(jìn)給一個(gè)設(shè)定距離，第二堆物料沿第一堆物料斜坡下滑，達(dá)到堆高后斗輪機(jī)再回轉(zhuǎn)擺動(dòng)一個(gè)設(shè)定角度，第三堆物料沿第二堆物料斜坡下滑；大車間歇進(jìn)給一個(gè)設(shè)定距離，臂架回轉(zhuǎn)擺動(dòng)另一個(gè)設(shè)定角度，第四堆物料沿第一堆物料斜坡下滑，達(dá)到堆高后斗輪機(jī)再回轉(zhuǎn)擺動(dòng)一個(gè)設(shè)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(dá)到堆高后斗輪機(jī)再回轉(zhuǎn)擺動(dòng)一個(gè)設(shè)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(dá)到堆高后斗輪機(jī)再回轉(zhuǎn)擺動(dòng)一個(gè)設(shè)定角度；大車間歇進(jìn)給一個(gè)設(shè)定距離，臂架回轉(zhuǎn)擺動(dòng)另一個(gè)設(shè)定角度……直到堆滿整個(gè)料場(chǎng)。

這里需要說明的是，定點(diǎn)堆料工藝適用于中小型料堆作業(yè)，作業(yè)中粉塵飛揚(yáng)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(yè)。

2 斗輪機(jī)取料工藝簡(jiǎn)介

斗輪機(jī)取料工藝按主進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的方式不同可分為兩大類：回轉(zhuǎn)取料方式和行走取料方式。

2.1 回轉(zhuǎn)取料方式

回轉(zhuǎn)取料方式適用于長(zhǎng)臂架的斗輪機(jī)，可利用較小直徑的斗輪去挖去較大截面的料堆，在每個(gè)回轉(zhuǎn)行程終了，斗輪機(jī)前進(jìn)一個(gè)進(jìn)給距離，距離不大于0.95倍斗的高，進(jìn)行新的挖取。

斗輪機(jī)在取料過程中回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)為主，行走運(yùn)動(dòng)及俯仰運(yùn)動(dòng)為輔，回轉(zhuǎn)取料是斗輪機(jī)最常用的一種取料方式，這一工藝可分為三類。

2.1.1 回轉(zhuǎn)分層取料方式

斗輪機(jī)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(yīng)用這種取料方式時(shí)整機(jī)設(shè)計(jì)時(shí)要注意取第一層物料時(shí)臂架不要碰及料堆）。本工藝作業(yè)效率較高，是斗輪機(jī)理想的取料方式。如圖2-1示。

2.1.2 回轉(zhuǎn)分段取料方式

斗輪機(jī)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(zhǎng)度一般為10～20m（具體數(shù)值由計(jì)算得到），作業(yè)效率較上一種稍低。（如圖2-2）

2.1.3 回轉(zhuǎn)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?qū)踊剞D(zhuǎn)分段取料方式；第Ⅲ層、第Ⅳ層用回轉(zhuǎn)分層取料方式。

2.2 行走取料方式

斗輪機(jī)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(zhuǎn)功率），因此此取料工藝很少用，只有在取邊角殘料時(shí)作為輔助取料工藝方式。

這里需要說明的是：（1）取料時(shí)，料斗不能填充太滿，充填系數(shù)以80%為宜。如果斗輪的料斗吃料過多，可通過調(diào)整回轉(zhuǎn)裝置液壓馬達(dá)頻率，降低回轉(zhuǎn)速度來減少料斗的吃料量。或縮小走行步長(zhǎng)（即進(jìn)尺量）使斗輪取料達(dá)到比較理想的要求。（2）斗輪機(jī)分段分層取料時(shí)，實(shí)際操作中取上一層的物料時(shí)，以懸臂梁不與下一層物料相碰為原則。取下一層物料時(shí)，應(yīng)以物料不致于塌落來確定進(jìn)尺的次數(shù)。減少調(diào)車輔助時(shí)間，是提高生產(chǎn)率的有效手段。（3）這里需要說明的是斗輪機(jī)程控取料建立數(shù)學(xué)模型時(shí)，回轉(zhuǎn)角度是以斗輪機(jī)軌道中心連線為0°基準(zhǔn)，一般情況最大范圍±12°～±70°。（面對(duì)斗輪左轉(zhuǎn)定為—，右轉(zhuǎn)定為+）由于回轉(zhuǎn)采用變頻調(diào)速且按1/cosΦ規(guī)律取料?，F(xiàn)定當(dāng)夾角為0°時(shí)，回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為0.04r/min，當(dāng)夾角為70°時(shí)，回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速為0.9r/min，若超過此角度，回轉(zhuǎn)速度仍為0.9r/min（即轉(zhuǎn)速封頂）。每臺(tái)斗輪機(jī)軌道兩側(cè)都有料堆，其取料工作轉(zhuǎn)角的絕對(duì)數(shù)值是相等的。

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

3 實(shí)例解析

3.1 原始參數(shù)

回轉(zhuǎn)半徑：45m，回轉(zhuǎn)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(zhuǎn)組合定點(diǎn)堆料方式。堆料時(shí)，手動(dòng)將設(shè)備開至欲開始堆料的位置，回轉(zhuǎn)角度與軌道夾角53.3°，臂架下俯至-13°，準(zhǔn)備完畢后，開始程控堆料；堆第一小堆A1，當(dāng)超聲波傳感器探測(cè)到物料后，臂架自動(dòng)抬高0.5 m（可調(diào)），繼續(xù)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(zhuǎn)10°堆B1堆，當(dāng)超聲波傳感器探測(cè)到物料后B1堆積完畢（即料堆高度16 m），設(shè)備大車后退2 m，臂架開始向遠(yuǎn)離軌道方向旋轉(zhuǎn)10°進(jìn)行A2堆堆料，當(dāng)超聲波傳感器探測(cè)到物料后A2 堆積完畢，臂架開始向軌道方向旋轉(zhuǎn)10°堆B2堆……依次為A3、B3、A4、B4……根據(jù)料場(chǎng)長(zhǎng)度設(shè)定堆積總堆數(shù)。以上數(shù)值由CAD幾何關(guān)系測(cè)得。

料堆中間部分空隙采用手動(dòng)堆料填平。如圖3-2。

3.3 程控取料

如果不是特殊針對(duì)性設(shè)計(jì)的堆取料機(jī)，取料方式只有一種，即進(jìn)尺回轉(zhuǎn)分層取料，走行取料是不允許的，因?yàn)樵O(shè)備的各機(jī)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)不匹配。

根據(jù)原始參數(shù)數(shù)據(jù)建立數(shù)學(xué)模型，經(jīng)CAD作圖獲得如圖3-3所示，表1中所得數(shù)據(jù)。

本例題斗輪機(jī)設(shè)備根據(jù)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(dòng)調(diào)整到初始位置，即斗輪機(jī)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(jìn)行第Ⅰ層循環(huán)，“回轉(zhuǎn)—進(jìn)尺（0.95 m）—回轉(zhuǎn)”循環(huán)吃料，取料一定距離后，形成第一個(gè)階梯；然后斗輪機(jī)設(shè)備后退下俯至第Ⅱ?qū)尤×掀瘘c(diǎn)位置，即斗輪機(jī)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(jìn)行“回轉(zhuǎn)—進(jìn)尺（0.95 m）—回轉(zhuǎn)”進(jìn)行第Ⅱ?qū)友h(huán)，接近第Ⅰ層的取料邊緣時(shí)，停止進(jìn)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(jī)設(shè)備后退下俯至第Ⅲ層取料起點(diǎn)位置， 即斗輪機(jī)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(jìn)行“回轉(zhuǎn)—進(jìn)尺（0.95 m）—回轉(zhuǎn)”進(jìn)行第Ⅲ層循環(huán)，接近第Ⅱ?qū)拥娜×线吘墪r(shí)，停止進(jìn)尺，同理完第Ⅳ層取料作業(yè)。完成第一段回轉(zhuǎn)分層循環(huán)取料作業(yè)后，斗輪機(jī)設(shè)備前進(jìn)至第Ⅰ層第二段初始位置，斗輪機(jī)進(jìn)入第二段分層取料作業(yè)。

其他形式的堆、取工藝數(shù)學(xué)模型的建立可參照本實(shí)例中的方法進(jìn)行。

4 結(jié)語

如今，斗輪機(jī)正向大型化、智能化方向發(fā)展，選擇簡(jiǎn)單、節(jié)能、便于建立數(shù)學(xué)模型的自動(dòng)化堆、取作業(yè)方式是考查設(shè)備先進(jìn)性的重要參數(shù)。本文介紹了斗輪機(jī)最常用幾種堆、取料工藝，并以實(shí)例進(jìn)行數(shù)學(xué)模型建立，較細(xì)致的描述每種工藝的操作要點(diǎn)，對(duì)于從事斗輪機(jī)設(shè)計(jì)人員編寫不同規(guī)格參數(shù)的斗輪機(jī)操作說明書有一定的指導(dǎo)意義。

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