郭永康

【摘 要】懸臂式斗輪堆取料機(jī)的大范圍普及是現(xiàn)代工業(yè)深入發(fā)展的產(chǎn)物，其應(yīng)用的領(lǐng)域極廣，如火電廠、礦山、水泥廠、港口、電力行業(yè)等。懸臂式斗輪堆取料機(jī)的結(jié)構(gòu)部件包括門座、行走機(jī)構(gòu)、上部結(jié)構(gòu)、斗輪機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、前臂架等，其中斗輪機(jī)構(gòu)屬執(zhí)行機(jī)構(gòu)，其對實(shí)現(xiàn)臂式斗輪堆取料機(jī)取料具有關(guān)鍵性的作用。本文介紹了懸臂式斗輪堆取料機(jī)的取料流程，同時(shí)分析了懸臂式斗輪堆取料機(jī)取料過程。

【關(guān)鍵詞】臂式斗輪堆取料機(jī)；切削體積；取料過程

懸臂式斗輪堆取料機(jī)的分層取料工藝通常以回轉(zhuǎn)為主，即從最上層物料開始直至最底層，再從最底層物料返向最上層，如此循環(huán)往復(fù)地取料。其中臂式斗輪堆取料機(jī)的取料作業(yè)是由回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、斗輪機(jī)構(gòu)等復(fù)合運(yùn)動(dòng)所實(shí)現(xiàn)的，而進(jìn)給動(dòng)作屬直線運(yùn)動(dòng)，且取料動(dòng)作囊括了兩個(gè)運(yùn)動(dòng)。本文立足于單個(gè)運(yùn)動(dòng)切屑物料的體積，求得若干運(yùn)動(dòng)復(fù)合運(yùn)動(dòng)切屑物料的體積。

1.斗輪自轉(zhuǎn)一次單個(gè)斗子所切切屑的體積

若斗輪鏟取物料的方式為準(zhǔn)連續(xù)輸送方式，那么單個(gè)斗輪循環(huán)動(dòng)作必然被劃分為三大階段：如果θ1為0°，第一階段斗輪的裝料過程應(yīng)當(dāng)以鏟斗刃口切入物料為起點(diǎn)；如果θ1為90°，此時(shí)鏟斗必然已經(jīng)裝載飽和，且已經(jīng)完成裝料過程，那么從θ2處開始卸料直至θ3，即第二階段斗輪的卸料過程結(jié)束；待空斗重新回轉(zhuǎn)至起始點(diǎn)后，便結(jié)束了單個(gè)斗輪自轉(zhuǎn)循環(huán)動(dòng)作，此為第三階段。

2.前臂架回轉(zhuǎn)一次單個(gè)斗子所切切屑的體積

假設(shè)斗輪實(shí)行任意層定點(diǎn)取料，此時(shí)斗輪會(huì)受到前臂架的驅(qū)使而以回轉(zhuǎn)中心為中心循環(huán)回轉(zhuǎn)，且斗輪在各取料循環(huán)后切出另一月牙形（見圖二）。如果前臂架與斗輪機(jī)行走方向的夾角α為0°，那么從理論角度講，切屑厚度由中間逐漸向兩側(cè)變?。蝗绻剞D(zhuǎn)角為60°，那么斗子切取物料的體積明顯較0°時(shí)少，此時(shí)物料生產(chǎn)率也呈減少趨勢。由此可見，前臂架回轉(zhuǎn)角度只有不超過60°，才能確保斗輪堆料機(jī)定量取料和取料生產(chǎn)率穩(wěn)定。假如臂架回轉(zhuǎn)d對應(yīng)的物料單元切屑的體積為d，那么結(jié)合Vt·b·R可得如下函數(shù)式：

dv=t·R·R·COSα·dα

此時(shí)前臂回轉(zhuǎn)一次所切切屑的體積可描述為：

3.不同層次取料過程中單個(gè)斗子所切切屑的體積

研究證實(shí)，前臂架的回轉(zhuǎn)角往往受到所取料堆層數(shù)的影響，即如果所取料堆層數(shù)發(fā)生改變，前臂架的回轉(zhuǎn)角必然會(huì)發(fā)生改變，其中波動(dòng)范圍最大的回轉(zhuǎn)角分布在最底層，反之波動(dòng)范圍最小的回轉(zhuǎn)角分布在最上層。此外，如果參數(shù)設(shè)備不同，其對應(yīng)的進(jìn)尺量和進(jìn)尺次數(shù)亦是不盡相同。由前臂回轉(zhuǎn)一次所切切屑的體積計(jì)算函數(shù)式可得，如果取料的層次不相同，前臂架回轉(zhuǎn)一次所切切削的體積亦是不盡相同，即切削體積與初始角α呈負(fù)相關(guān)，此時(shí)R1也會(huì)隨之發(fā)生改變。由勻速回轉(zhuǎn)狀態(tài)下前臂架單個(gè)斗子所切切屑的平均體積計(jì)算函數(shù)式可知，如果取料的層次不相同，各斗子所切切屑的平均體積亦是不盡相同。

假設(shè)堆料高度記做H，分層取料過程的各層切取高度記做h，其中h=R，取完料堆所需的總層數(shù)記做n，其中n=H/h（n取整數(shù)）。臂架鉸點(diǎn)記做O1，料堆底部至臂架鉸點(diǎn)的垂直間距記做h1，回轉(zhuǎn)中心至鉸點(diǎn)的間距記住R”，斗唇至臂架鉸點(diǎn)的最大距離記做R，不同層次取料過程中過鉸點(diǎn)的水平面與臂架間的夾角記做ri，取不同層物料過程中過鉸點(diǎn)的水平面上斗唇至回轉(zhuǎn)中心的投影長度記做R1、R2、，R3，……Rn。主機(jī)行走的垂直面回轉(zhuǎn)中心先至各層物料的距離記做B1，B2，B3，……Bn.

綜上各參數(shù)可得，前臂架以勻速回轉(zhuǎn)方式切取平均切屑過程中，各斗子所切切屑的平均體積V計(jì)算函數(shù)式為：

4.物料安息角單個(gè)斗子所切切屑的體積

前文所述皆具備同一前提條件，即斗輪的作業(yè)環(huán)境為穩(wěn)定性極好的斜坡（或安息角μ為直角），且物料在斗輪切屑結(jié)束后不會(huì)出現(xiàn)滑移現(xiàn)象。然而，現(xiàn)實(shí)中散料的安息角往往難以達(dá)到90°，且物料在斗輪切屑結(jié)束后往往會(huì)朝下滑移至斗子內(nèi)。圖一所示即為堆積角與切屑的關(guān)系曲線圖。

備注：DF/BF——斗子切割軌跡；DB——切屑厚度t；E點(diǎn)——物料堆積角μ邊線與斗子切割軌跡的交點(diǎn)；SCE——存在滑移現(xiàn)象的物料。

圖一 堆積角與切屑的關(guān)系曲線圖

由圖三可知，如果不把松散物料內(nèi)部粘著力考慮進(jìn)去，理論角度認(rèn)為待斗子朝上切割直至E點(diǎn)后，重力作用必然引起SCDE面積的物料朝下滑移直至斗子容積內(nèi)部。此時(shí)，SCDE的面積可作如下描述：

若把滑移部分體積記做V，那么V必然滿足如下函數(shù)式：

VS·bV=S·d

若把物料堆安息角μ考慮進(jìn)去，單個(gè)斗子切屑體積V必然滿足如下函數(shù)式：

V+ΦV=（Φ是滑移物體內(nèi)收到斗子切割的物料系數(shù)）。

研究證實(shí)，Φ的成因極其復(fù)雜，即Φ值與物料內(nèi)部粘著力呈負(fù)相關(guān)；Φ值與物料安息角μ亦呈負(fù)相關(guān)。由于Φ的成因尚缺乏有力的試驗(yàn)論證，則通常要求對切削寬度值予以適當(dāng)調(diào)整，此時(shí)在V=t·b·R內(nèi)，0.9b被看做b處理。

5.討論

前文立足于單個(gè)運(yùn)動(dòng)切屑物料的體積，求出了若干運(yùn)動(dòng)復(fù)合運(yùn)動(dòng)切屑物料的體積?？傮w而言，上述討論的結(jié)果可簡單歸納為如下幾點(diǎn)：

（1）若使用斗輪來挖取散狀物料，前臂架每回轉(zhuǎn)一次所切單斗切屑的平均體積即為單個(gè)斗子所切切屑的實(shí)際體積，此時(shí)從理論角度可把懸臂式斗輪堆取料機(jī)的取料生產(chǎn)能力描述為：

Q=V·n·Z·60（m/h）（n是斗輪轉(zhuǎn)速/（r/min；Z是斗數(shù)）

（2）通常把源于理論取料能力的切屑體積當(dāng)做斗容來處理。就斗子設(shè)計(jì)方面而言，斗刃與物料接觸的長度宜最短，斗輪切屑物料所需挖掘阻力宜最小，此時(shí)設(shè)定切屑寬度b與平均切屑厚度的均值相同，結(jié)合圖一可得：

斗子設(shè)計(jì)往往以b為依據(jù)，從理論角度來講，斗子寬度應(yīng)比b更大，此時(shí)方可確保斗子所切切屑的體積。待b值確定后，結(jié)合各斗子所切切屑的平均體積V計(jì)算函數(shù)式，行走進(jìn)給運(yùn)動(dòng)的進(jìn)尺量t亦可被求出，由此為取料能力提供有力的保障。

（3）考慮到物料安息角的作用，即單斗切屑體積會(huì)隨之增大，同時(shí)單斗所切物料比月牙體積更大?；诖?，本文認(rèn)為可以b值為依據(jù)設(shè)計(jì)斗子和計(jì)算回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)速，此時(shí)可使回轉(zhuǎn)減速比增大、回轉(zhuǎn)速度降低，進(jìn)而為提高懸臂式斗輪堆取料機(jī)的可靠性提供了有利的條件，同時(shí)也使工作狀態(tài)下的大型構(gòu)件承擔(dān)更小的動(dòng)負(fù)荷。此外，上述辦法亦可實(shí)現(xiàn)斗輪驅(qū)動(dòng)功率的降低和懸臂式斗輪堆取料機(jī)能耗指標(biāo)的提高。

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