斗轮堆取料机斗轮机构分析

时宗宇 张栋生 邹德涛

（1.北方重工集团有限公司工程成套分公司，辽宁 沈阳 110141；2.北方重工装卸设备分公司设计所，辽宁 沈阳 110141；3.北方重工水泥设备分公司，辽宁 沈阳 110141）

斗轮堆取料机作为一种连续、高效的散状物料装卸输送机械，已经被广泛地应用到港口、电厂、钢厂、矿山等行业中。而斗轮机构是斗轮堆取料机的取料装置，其设计质量的高低直接影响到堆取料机的性能。在其设计中应考虑堆取料机的取料能力、物料特性、料场布置等要求。本文以计算斗轮的驱动功率、转速以及斗轮的直径、斗数和斗容为主要内容，同时也探讨了怎样合理地选择斗轮的结构形式，旨在为我国斗轮堆取料机斗轮机构的选型提供理论依据。

1 斗轮堆取料机介绍

目前国内斗轮堆取料机主要分为臂式斗轮堆取料机和桥式斗轮堆取料机两种机型。臂式斗轮堆取料机是一种连续的、高效的散料装卸设备，它是在斗轮挖掘机的基础上发展和派生出来的。其主要由斗轮机构、行走机构、回转机构、俯仰机构等组成。臂式斗轮堆取料机在堆料时能够向轨道两侧的条形料场自动堆料，堆积的料堆应满足工艺要求，堆形规则、表面平整，便于堆取料机、取料机连续取料。在取料时能实现定量取料，取料输出料流均匀连续。桥式混匀斗轮取料机的结构比较复杂，其主要由斗轮机构、行走机构、料耙、胶带机、小车、桥梁、司机室等。桥式混匀斗轮取料机机构见图如图1所示。桥式斗轮混匀取料机适用于钢铁等行业原料场，完成煤、精矿及粉矿等散状物料的混匀取料作业的工艺要求。具有混匀效果好、取料能力大、生产效率高的特点。

2 斗轮堆取料机斗轮机构的概述

2.1 斗轮的结构型式分析

斗轮分有格式和无格式两种。有格式的斗轮是在每个料斗下面都设有一个扇形斜溜槽贮料斗，并在非卸料区设有固定不动的侧挡板，所以在卸料区进行侧面卸料。由于有格式斗轮卸料性能较差、效率低，所以他不适合用于粉矿占据比重较大的物料。无格式斗轮料斗是不设斗底的，而是在取料区域设置一个圆弧形的挡料板，通过料斗和圆弧形挡料板形成封闭贮料区间，进行正面卸料。一般情况下，由于在提升过程中无格式斗轮的圆弧挡料板和料斗中的物料存在相对滑动，容易出现卡料现像，所以它不适合用于挖取硬度大的块状物料。现在应用的斗轮堆取料机以无格式较多。

2.2 斗轮的布置形式分析

斗轮装置分为长轴和短轴两种布置形式，斗轮体和驱动装置位于皮带两侧的为长轴、位于同侧的为短轴。当采用长轴布置形式时，斗轮装置的重量平均分布于悬臂梁的两侧，其优点是可以降低对悬臂梁的扭转刚度要求，但弊端卸料槽的卸料空间也相应的减少，不便于斗轮轴的更换和维修。当采用短轴布置型式时，应该考虑悬臂前部的平衡问题，采取适当的方法减少斗轮重量偏心对悬臂梁的影响，如把悬臂设计成桁架结构，或皮带机按斜线布置使得斗轮位置尽量向悬臂中轴线靠近的等方法。

3 斗轮机构的基本参数及初步计算

斗轮机构布置在斗轮堆取料机前悬臂的头部，为电机、减速机的驱动方式，斗轮与驱动机构分居前悬臂两侧，中间通过斗轮轴联接传动。

3.1 斗轮直径参数的计算

式中：D—斗轮直径，m；Q—自由挖掘能力（额定能力），t/h；γ—物料的堆积密度（bulk density），t/m3；k—系数，对于煤k=0.505，对于矿石k=0.6。

3.2 斗轮机取料时的容积理论生产率计算

如果斗轮的斗数、斗容和斗轮转速确定后，可以计算斗轮机取料时的容积理论生产率QV：

式中：q—单个斗子的斗容，m3；z—斗数；n—斗轮转速，r/min。由式（2）也可计算出斗轮堆取料机的最大取料能力Q：Q=60 zqnρ（t/h）。

3.3 确定斗轮转速

式中：n—斗轮转速，rpm；g—斗重力加速度，g=9.8kg/s2；k—斗系数，经验值，对于煤k=0.4，对于矿石k=0.32。确定斗数斗数Z的选取是根据斗轮直径和布置空间来选取的，斗轮最少为8个，当斗轮直径大于8m时，可适当增加，但不超过12个。

3.4 斗容q（m3）

3.5 斗轮驱动功率的计算LB

3.5.1 挖取功率

式中：Qm—单位时间物料，m3/h；k—挖取阻力系数，对于矿石k=20～30，对于煤k=10～15；η—摩擦效率，η=0.85；c—系数，按表1选取。

表1 根据料堆层高与斗轮直径比选择系数

其中H为料堆层高（m）。

2.2.2 提升功率LB2

2.2.3 摩擦功率LB3

式中：Mu—摩擦系数，Mu=0.2；故斗轮驱动功率为：LB=LB1+LB2+ LB3。

[1]耿华.斗轮堆取料机工作装置动态特性研究[D].吉林大学，2007.