2021年悬臂式斗轮堆取料机取料机构设计

悬臂斗轮堆取料机总体设计及机构分析与优化设计龚建民摘要：本文从设计要素、设计思路、整机稳定性、电气控制等方面介绍了悬臂斗轮堆取料机总体设计的要点。

叙述了主要机构的设计特点，着重介绍了整体稳定性的计算法。

关键词：斗轮堆取料机；总体设计；主要部件设计；设计质量保证一、悬臂斗轮堆取料机介绍悬臂斗轮堆取料机（简称斗轮机）主要包括斗轮机构、悬臂皮带机、俯仰机构、回转机构、行走机构、金属机构、尾车、电气、驾驶室、电气房和辅助设备（润滑系统、喷水系统、安全装置、检测装置、供电、照明）等。

斗轮机的型式按臂架平衡方式分，最常用的有两种机型：1.活动平衡式：即活动平衡架与斗轮臂架之间用刚性或柔性连杆联结，并绕各自的铰点摆动的平衡形式。

这种机型的优越之处在于斗轮臂架变幅时，整机的倾覆力矩变化很小，平衡效果及稳定性好。

特别适合大中型斗轮机。

如宁波港DQ1500/2000-50斗轮机（取料1500t/h，堆料2000t/h，回转取料半径50m）。

就是活动平衡式机型。

2.整体平衡式：平衡架与臂架绕同一回转中心摆动的平衡形式。

这种机型结构简单，平衡效果好，适合中小型斗轮机。

如南京钢厂DQ800/1200-30斗轮机（取料800t/h，堆料1200t/h，回转取料半径30m）。

采用的是整体平衡式机型。

二、总体设计1设计规范及标准斗轮机机型及机构类型虽然有它自身的特点，但参照《起重机设计规范》的分类法，基本上还是属于起重机设计的范畴，所以在规划总体设计时，作为起重运输设备有以下三个基本要素：（1）金属结构和机械零部件的强度、刚度和抗弯曲能力；（2）整机的抗倾覆稳定性；（3）满足作业性能要求的原动总功率。

2载荷计算分类及组合设计载荷计算类别时，按规范要考虑三种载荷的组合：（1）在正常工作情况下的正常载荷（第一类载荷组合）。

主要用于对整机的金属结构和零部件的疲劳、磨损、发热的计算，保证产品的使用寿命。

（2）在恶劣条件下工作的最大载荷（第二类载荷组合）。

臂式斗轮取料机回转机构的优化设计摘要：斗轮取料机是散料港口重要的周转设备之一。

黄骅港Q3000-50型臂式斗轮取料机回转出现自转问题，通过电机选型计算，控制变频器输出，设计锲式制动器制动形式，有效解决取料机自转问题。

关键词：斗轮取料机回转速度电机选型回转结构优化一、概述臂架式斗轮取料机是一种大型的，具有连续作业能力的散料装卸设备，该取料装置具有结构紧凑、操作方便、便于实现自动化作业的优点，因此广泛应用于煤炭港口企业的输送系统中。

臂式斗轮取料机主要由行走机构、回转机构、俯仰机构、悬臂机构、斗轮机构五大部分组成。

确保回转机构正常运转，保持其稳定性，对整机的运行性能具有重要作用。

黄骅港务公司Q3000-50型臂架式斗轮取料机为整体平衡式取料机，取料能力Q=3000t/h，回转半径R=50m，煤料密度选取ρ=0.85t/m³，斗轮直径D=8m，斗轮个数Z=9个，斗轮转速n=6r/min；回转速度为0.06-0.12r/min，通过计算可知理论生产率Q1=0.9801m³/s，回转轨道直径D2=10m，回转上部各部件总重量G1=318t。

臂式斗轮取料机回转机构分为支撑装置、旋转装置两部分。

黄骅港Q3000-50型取料机采用轨道支撑回转台车形式，通过台车及回转轨道将取料机上部载荷（包含重力载荷、弯矩、扭矩、工作动作载荷）传递到下方行走支撑装置。

回转采用柱销齿圈啮合驱动方式。

驱动装置布置在回转支撑平台，采用电机、制动器、行星减速机这一最常用的驱动型式，通过驱动小齿轮与回转柱销啮合实现回转传动。

该驱动装置结构紧凑、传动速比大、传动效率高。

回转制动器采用液压推杆鼓式制动器，该制动器方便日常摩擦片调整及更换，同时能够时刻保持稳定的制动力矩输出。

二、回转故障概述回转机构是取料机运转过程中一个重要的功能部件，配合斗轮、行走、俯仰等机构完成取装作业任务。

回转机构出现故障，不仅会造成取料机无法进行正常的取装作业，同时对整个单机的稳定性产生影响，甚至会引发取料机倾覆，因此，研究回转机构常见故障，优化回转机构设计，保持回转机构的稳定性有重要意义。

目录1 概述 (1)斗轮堆取料机简介 (2) (3) (4) (5) (8) (9)2 总体设计 (11) (11) (11) (12) (12) (13) (13) (13) (13) (13)Z (14)a (14) (14)Vc (15)3 部件设计 (16) (16) (16) (18) (19) (20)25如需要图纸等资料，联系QQ1961660126 如需要图纸等资料，联系QQ1961660126如需要图纸等资料，联系QQ1961660126 (29) (29)回转机构设计 (32) (35) (38) (40) (41) (41) (42) (45) (46) (47) (48) (48) (48) (48) (49)4 悬臂式斗轮取料机的控制系统设计 (53) (53) (56)控制工作原理 (57)控制过程简介 (57)传感器选用 (57)总结 (59)参考文献 (60)附录 (61)致谢 (64)摘要悬臂式斗轮取料机堆取料机械中的一种，它广泛应用于港口、内陆的散料场所，主要用于取煤和矿石。

悬臂式斗轮取料机主要由金属结构、臂式输送机、回转机构、行走机构、斗轮机构、润滑装置、电气系统和安全装置组成。

工作时，取料机沿着轨道行进，并能改变臂架的角度。

悬臂式斗轮取料机是由斗轮挖掘机发展而来，它能与堆料机和输送机一起组成自动运输系统，随着国民经济的快速发展，对取料机的需求也越来越大。

本文章主要是对斗轮机构和回转机构的设计，它们都是取料机的重要组成部分。

斗轮机构主要是通过销齿传动来驱动斗轮的转动，这种传动方式具有结构简单、加工容易、造价低、拆修方便的优点。

在回转机构中，关键是回转支承。

回转机构的工作原理是小齿轮与回转支承的大齿轮啮合来带动整个回转体的转动，所以本文章将对回转支承进行选型并对小齿轮进行设计。

本文还对相对于斗轮取料能力进行了输送机的选型。

因为悬臂式斗轮取料机比较容易实现自动控制，所以本文章采用PLC进行对取料过程的控制。

臂式斗轮堆取料机取料过程解析【摘要】悬臂式斗轮堆取料机的大范围普及是现代工业深入发展的产物，其应用的领域极广，如火电厂、矿山、水泥厂、港口、电力行业等。

悬臂式斗轮堆取料机的结构部件包括门座、行走机构、上部结构、斗轮机构、回转平台、前臂架等，其中斗轮机构属执行机构，其对实现臂式斗轮堆取料机取料具有关键性的作用。

本文介绍了悬臂式斗轮堆取料机的取料流程，同时分析了悬臂式斗轮堆取料机取料过程。

【关键词】臂式斗轮堆取料机；切削体积；取料过程悬臂式斗轮堆取料机的分层取料工艺通常以回转为主，即从最上层物料开始直至最底层，再从最底层物料返向最上层，如此循环往复地取料。

其中臂式斗轮堆取料机的取料作业是由回转机构、行走机构、斗轮机构等复合运动所实现的，而进给动作属直线运动，且取料动作囊括了两个运动。

本文立足于单个运动切屑物料的体积，求得若干运动复合运动切屑物料的体积。

1.斗轮自转一次单个斗子所切切屑的体积若斗轮铲取物料的方式为准连续输送方式，那么单个斗轮循环动作必然被划分为三大阶段：如果θ1为0°，第一阶段斗轮的装料过程应当以铲斗刃口切入物料为起点；如果θ1为90°，此时铲斗必然已经装载饱和，且已经完成装料过程，那么从θ2处开始卸料直至θ3，即第二阶段斗轮的卸料过程结束；待空斗重新回转至起始点后，便结束了单个斗轮自转循环动作，此为第三阶段。

2.前臂架回转一次单个斗子所切切屑的体积假设斗轮实行任意层定点取料，此时斗轮会受到前臂架的驱使而以回转中心为中心循环回转，且斗轮在各取料循环后切出另一月牙形（见图二）。

如果前臂架与斗轮机行走方向的夹角α为0°，那么从理论角度讲，切屑厚度由中间逐渐向两侧变薄；如果回转角为60°，那么斗子切取物料的体积明显较0°时少，此时物料生产率也呈减少趋势。

由此可见，前臂架回转角度只有不超过60°，才能确保斗轮堆料机定量取料和取料生产率稳定。

双堆取斗轮堆取料机功能及主要构造1.1.1.1.1 功能。

a)DQ1200/1500.35悬臂式斗轮堆取料机(以下简称斗轮机)，可以在-20℃～+41℃温度范围内，7级风以下连续进行堆、取煤(或其它轻比重散料)作业。

b)取煤时，由斗轮把堆积在料场上的煤挖取到悬臂胶带机上，再经输煤装置转运到下降折返尾车的系统胶带机输出到皮带上仓。

1.1.1.1.2 主要构造。

1.1.1.1.3 金属结构，主要金属结构采用16Mn钢焊接而成，其中前臂架、后臂架等为板梁结构，门柱、门座为箱梁结构。

1.1.1.1.4 斗轮及传动装置。

a)本装置主要由电动机、液压马达及油站、斗轮轴、斗轮及溜料、导料装置等构成。

轮斗由液压马达驱动，与液压动力站、马达构成一体，通过胀套（花键）固定在斗轮轴上，减速器上装有杠杆式过力矩保护装置，当挖掘力超过主油路压力25Mpa倍时，自动切断电机电路，实施过载保护。

b)9个镶有斗齿的斗子用螺栓和销子固定在轮体上(斗齿可以更换)构成斗轮。

斗轮轮体为无格式结构。

c)为使物料在给定区域卸料，在斗轮的内侧设置园弧挡板，挡板表面衬有耐磨板；由斗轮挖取上来的物料，通过溜料槽导向悬臂胶带机。

d)物料滑动表面均衬有耐磨板，耐磨板都可更换。

1.1.1.1.5 拆卸和组装a)为便拆卸头部斗轮及斗轮传动装置时，不致引起上部机构失稳，必须将前臂架锁定，然后才能进行拆卸作业。

b)组装(胀套组装工艺)组装按拆卸相反顺序进行，组装时要充分注意不要混入灰尘和异物，并涂以油脂。

c)在斗轮轴上组装液压马达，必须按下述工艺进行：1)胀套在未套到轴径上之前，切勿拧紧锁紧螺钉。

2)在液压马达空心轴套到中间轴或斗轮轴上之前必须仔细用酒精和丙酮清洗轴的外径及空轴内径，保证连接面无任何润滑剂。

胀套套到空心轴外表面之前，必须仔细清洗表面，并涂上一层薄润滑油。

3)胀套准确地安装在减速器空心轴头上之后，即可用手将每3～4个等间距的螺栓拧紧，拧紧时要保证两个法兰盘相互平行，随后用手拧紧所有螺栓。

悬臂式斗轮堆取料机取料机构设计目录摘要 2 一、概论 1. 1 斗轮堆取料机在国内外的发展概况3 1. 2 斗轮堆取料机的发展方向4 1. 3 斗轮堆取料机分类5 1.4 斗轮堆取料机应用范围 6 二、斗轮堆取料机总体设计 2．1 总体设计概论 8 2．2 斗轮堆取料机结构功能分析 9 三、斗轮堆取料机的主要参数及其确定 3. 1 斗轮堆取料机质量M概念 14 3. 2 铲斗斗容的确定 14 3. 3 铲斗数目的确定 15 3. 4 铲斗斗距的确定 153. 5 斗轮堆取料机的理论生产率 15 四、斗轮堆取料机的基本结构4. 1 行走机构 16 4. 2 回转机构 18 4. 3 臂架俯仰机构 21 4. 4 斗轮机构 22 4. 5 臂架皮带机 25 五、斗轮堆取料机的取料机构设计 5．1 堆取料机构的执行机构 29 5．2 堆取料机构的驱动部分5.2.1 电动机的选择 29 5.2.2 液力耦合器的选择 31 5.2.3 减速器的选择 32 六、零部件三维造型实例 33 毕业设计总结 36 致谢37 ___ 38 摘要本次毕业设计的题目是悬臂式斗轮堆取料机的取料机构的设计。

通过对斗轮堆取料机整机的分析，了解其工作时候的各种状况，和各部分之间的相互配合关系。

来进一步研究斗轮堆取料机的取料机构的组成和主要零部件的 ___要求、形位公差、表面粗糙都等。

最终利用反求的方法创造出新的斗轮堆取料机取料机构，具体内容有：斗轮堆取料机的堆取料机构的组成及工作原理；选择堆取料机构的动力源是、变速机构和传动装置等；通过观察斗轮堆取料机的取料机构，了解并编写操纵的装配工艺过程，确定各零部件的装配方法；通过观察各机构形状，分析其从提高刚度和刚性要求并满足功能要求和工艺要求而设计的结构。

关键词：分析；反求；设计；创新；工作原理 Abstract The subject of this graduation design is cantilever bucket wheel stacker reclaimer mechani ___.We can understand the various states between the parts and the cooperation between each other when they are working, and then to further study the pro ___ssing requirements, geometrical toleran ___s and su ___ ___ roughness through the bucket wheel stacker / reclaimer ___chine ___ysis. The ulti ___te goal is to create a new bucket wheel stacker reclaimer mechani ___ with reverse method. The new bucket wheel stacker reclaimer mechani ___ contains the position of bucket wheel stacker / reclaimer stacker and the working principle, selective stacker mechani ___, tran ___ission mechani ___ and power tran ___ission devi ___, writing the assembly pro ___ss of the ___nipulation, the ___ysis of the increased stiffness and rigidity to meet the functional requirements and technical requirements. Key words:___ysis; reverse; design; innovation; work principle 一、概论在国名经济的发展过程中，很多地方需要对一些散料进行装卸，如散货专业码头、钢铁厂、大型火力发电厂和矿山等的散料堆场装卸铁矿石（砂）、煤炭、砂子等。

斗轮堆取料机斗轮体结构分析与优化设计摘要：斗轮式取料机在煤矿、汽车运输、公路建设等领域中有着无可取代的地位，它是一种高效率的设备，是大体积物料的搬运装置。

利用有限元数据分析的方法，通过构建试验模型，对优化设计进行验证，使得现在的斗轮体体积减小，使斗轮体整体重量减轻，从而节约了原料，并降低了制造费用。

关键词：斗轮堆取料机；斗轮体结构；有限元分析；优化设计前言：斗轮堆取料机是全球范围内规模最大的一种散料处理成套设备，在火力发电厂、港口码头、钢铁以及矿山等领域有着重要应用价值。

随着散料输送系统的快速发展，斗轮堆取料机开始朝着自动化、系列化、大型化的方向发展。

它是由斗轮机构、前臂架、平衡机构、回转机构、门座架和行走机构等构成，其中，斗轮机构是其实现堆取料功能的重要构件，处于前悬臂的最前端，其重量对整机的重量和平衡木有直接的影响。

所以，要实现斗轮本体的轻量化，需要对斗轮体结构进行优化设计。

1.斗轮堆取料机斗轮堆取料机是一种重要的散料处理装备，在我国热电厂、冶金、矿山等特殊产业的迅速发展中，其装备水平逐步提高，它在矿业、钢铁冶炼、电力、交通、水泥、化工等领域有着广泛的应用。

该系统包括：斗轮、前臂构架、相对平衡构架、回位构架、车门构架以及与行走有关的机械部件。

以此为基础，斗轮与机械装置是其堆积与回收的重要特点。

由于其位置在前轮吊杆顶端，所以其重量对整机的自重及动力平衡都有很大的影响。

由于铲斗摇臂的轻量化是一种对机身轻量化的有效方法，要提出一种新的结构设计方案，并对其进行改进，进而实现在新产品的细节设计，其技术革新与突破，以及独特的设计发展。

这种设计不仅有着非常大的实用价值，还有着非常高的原料价值，并且能够对其进行系统性的引导，对其提升产品的总体性能和品质，降低劣质材料的消耗具有很大帮助。

目前，国内外对斗轮堆垛器的具体设计大多是根据设计者的实际工作经验进行的，缺少系统化的理论指导，也缺少精确性。

为有效改变这种现状，可利用ANSYS的局部参数化程序APDL，建立斗轮式堆取器的数学模型，并在此基础上对其进行数值模拟。

臂式斗轮堆取料机回转机构的设计计算庄乾霞㊀李会勋华电重工股份有限公司㊀㊀摘㊀要:介绍了斗轮堆取料机的回转机构的组成形式,分析了斗轮取料时的回转速度变化,阐述了回转驱动功率的计算和功率核算方法㊂通过实证分析,验证了方法的合理性和可行性,可为类似产品的回转驱动设计提供参考㊂㊀㊀关键词:斗轮堆取料机;回转驱动;功率;核算Design and Calculation of Rotary Mechanism of Arm Bucket Wheel ExcavatorZhuang Qianxia㊀Li HuixunHuadian Heavy Industry Company Limited㊀㊀Abstract:The composition form of the rotary mechanism of the bucket wheel excavator is introduced,the change of the rotary speed is analyzed when the bucket wheel reclaims,and the calculation of the rotary drive power and the power ac-counting method are described.The empirical analysis verifies the rationality and feasibility of the method.It can provide a reference for the rotary drive design of similar products.㊀㊀Key words:bucket wheel excavator;rotary drive;power;accounting1㊀引言臂式斗轮堆取料机作为大型㊁连续㊁高效的散料装卸机械,被广泛应用于大型散货码头㊁钢铁㊁水泥㊁火力发电和矿山等企业的散料输送系统中,是散料输送系统的核心㊂臂式斗轮堆取料机主要由斗轮机构㊁回转机构㊁带式输送机㊁俯仰机构㊁行走机构㊁金属结构㊁尾车㊁电气设备及辅助装置等组成,本文重点介绍其回转机构的设计计算方法㊂2㊀回转机构的构成回转机构由回转支承装置和回转驱动装置两部分组成㊂臂式斗轮堆取料机回转机构的回转支承装置形式有回转大轴承式㊁圆锥滚轮式㊁台车式3种,其中回转大轴承形式与其他形式相比,有整机设备重心低㊁装配简单㊁抗倾翻力矩大等优点,因此得到广泛的应用㊂臂式斗轮堆取料机回转机构的驱动形式有4种:①立式电机+制动器+立式圆柱齿轮减速器+外齿啮合;②卧式电机+限矩联轴器+制动器+涡轮减速器+外齿啮合;③立式或卧式电机+限矩联轴器+制动器+立式行星减速器+外齿啮合;④低速大扭矩液压马达+制动器+外齿啮合㊂其中行星减速器具有传动比大㊁结构紧凑㊁性价比高等优点,是目前回转驱动装置首选的传动方案,其典型布置形式见图1㊂1.变频电机㊀2.块式制动器㊀3.限矩联轴器㊀4.行星减速机㊀5.回转平台㊀6.上法兰㊀7.回转大轴承㊀8.下法兰㊀9.回转小齿轮图1㊀回转机构布置图3㊀回转机构计算3.1㊀低速回转线速度的确定回转速度是决定斗轮堆取料机取料能力的重要参数,回转速度的选用由设备多个性能参数综合考虑㊂以定点回转取料方式为例,核算斗轮取料机设备的取料能力计算公式如下:Q=60δH㊃CD cos(Φ1)V min/1000(1)41Port Operation㊀2020.No.6(Serial No.255)式中,Q 为设备额定取料能力,t /h;δ为物料密度,t /m 3;H 为一次回转取料层高,m;CD 为行走进尺量,mm;Φ1为低速取料时的回转角度;V min 为臂架斗轮处低速回转线速度,m /min㊂从取料能力的公式反算臂架斗轮处低速回转线速度:V min =1000Q /(60δH ㊃CD cos Φ1)(2)㊀㊀公式中的一次回转取料层高H 和行走进尺量CD 可以在设计时适当调整,以达到回转速度的合理配置;反之通过调整回转速度也可以相应地调整取料层高和进尺量㊂取料层高一般不大于斗轮直径的2/3,进尺量可依据斗轮容量合理设计,回转线速度和设备臂长相关联,调整3个参数数值,以达到合理的设计㊂3.2㊀最大回转线速度的确定以定点回转取料方式为例,斗轮取料时回转速度随着回转角度的变化而变化,斗轮进给取料时物料截面见图2㊂图2㊀斗轮进给取料物料截面图图2中阴影部分面积为每次行走进给取料时所取物料的截面投影,随着回转角度Φ的变化,斗轮切料宽度不断变小,为保证取料能力始终恒定,斗轮回转切料速度需比例增加㊂依据理论数据,斗轮回转到不同角度的回转线速度为初始回转0ʎ时速度的1/cos Φ倍,当回转角度达到70ʎ时,斗轮回转线速度为初始速度的3倍㊂通常可将图2所示的1/4圆弧取料的回转速度设计为3个等比例速度阶段,即低速回转线速度阶段㊁2倍低速回转线速度阶段和3倍低速回转线速度阶段,那么3倍低速回转线速度可设定为最大回转线速度㊂斗轮处最大回转线速度依据设备臂长的变化可在20~45m /min 之间调整,设备臂长过小时不宜采用较大的回转速度,以免引起设备的不稳定,依据最大回转线速度也可以确定设备低速回转时的线速度为7~15m /min㊂3.3㊀回转驱动功率的计算回转驱动功率由4部分功率计算组成,分别为回转摩擦功率㊁回转风载功率㊁回转加速功率和回转切削功率[2]㊂3.3.1㊀回转摩擦功率P m回转摩擦功率P m 可由下式计算获得:P m =GμR 1n /0.974η(3)式中,G 为回转部分的重量,t;μ为回转摩擦系数,回转大轴承一般选用0.01;R 1为回转支承滚道中心半径,m;n 为臂架回转角速度,r /min;η为驱动部分传递效率㊂传递效率η由4部分组成:①联轴器的传递效率η1,对于回转机构常用的摩擦限矩联轴器,η1一般为0.98;②减速机的传递效率η2,减速机传递效率与减速机的级数有关,级数越大传递效率越低,回转减速机速比较大,通常为四级,以每级效率0.98计算,η2=0.984;③大齿圈小齿轮啮合的传递效率η3,大小齿轮为圆柱齿轮开式啮合,传递效率约为0.96;④回转大轴承的传递效率η4,η4为0.98㊂故传递效率为:η=η1ˑη2ˑη3ˑη4=0.85(4)3.3.2㊀回转风载功率P f回转风载功率P f 计算公式为:P f =M f p /9550η(5)p =0.625ν2S(6)式中,M f 为风载力矩,Nm;p 为计算风压,Pa;νS 为计算风速,m /s㊂风载力矩的详细计算可参照GBT3811标准计算㊂3.3.3㊀回转加速功率P j回转加速功率P j 计算公式为:P j =(GD 12/η+GD 22)N 2m /(3.65ˑ105ˑ6)(7)式中,GD 12为回转部分重量在电机轴上的转动惯量,kgm 2;GD 22为驱动旋转部分在电机轴上的转动惯量,kgm 2;N m 为电机转速,r /min㊂3.3.4㊀回转切削功率P q回转切削功率P q 计算公式为:P q =M q n /9550η(8)M q =F q R 2/3(9)F q =9550ˑP D /n D r(10)式中,n D 为斗轮转速,r /min;r 为斗轮半径,m;P D 为斗轮切削功率,kW;F q 为斗轮切削力,N;R 2为臂架回转半径,m;M q 为斗轮侧向切削力对回转中心的力矩,Nm㊂3.4㊀典型工况回转驱动功率核算斗轮堆取料机作业工况复杂,载荷组合分为一类载荷组合㊁二类载荷组合㊁三类载荷组合,每一类载荷组合又分多种工况㊂一般情况下,只对设备工51港口装卸㊀2020年第6期(总第255期)作和非工作时的几种典型工况进行计算,这几种工况具有代表性,可以涵盖其他工况的风险,选取以下工况对回转驱动功率进行校核㊂(1)无风回转取料工况下所需功率应小于电机总功率的一半:P1=P m+P q<0.5P(11)式中,P1为无风取料回转驱动功率,kW;P为回转电机总的驱动功率,kW㊂(2)无风回转加速工况下所需功率应小于电机总功率的一半:P2=P m+P j<0.5P(12)式中,P2为无风回转加速时的回转驱动功率,kW㊂(3)最大工作风速取料工况下回转驱动允许过载使用,过载系数为1.5:P3=P m+P f+P q<1.5P(13)式中,P3为最大工作风速取料时的回转驱动功率, kW㊂(4)非工作最大风速回转工况下回转驱动允许过载使用,过载系数为1.5:P4=P m+P j+P f<1.5P(14)式中,P4为非工作最大风速加速时的回转驱动功率,kW㊂一般工作时最大风速选取为20m/s,非工作风速海边为55m/s,回转功率中的非工作风速一般按30m/s计算,风速大于30m/s时回转驱动停止运行,回转上部结构应固定于防风架上,保证设备安全㊂设备设计风速依据设备不同的地理位置,设备的工作风速和非工作风速有所不同,具体按当地的自然条件选用㊂4㊀计算实例验证4.1㊀计算参数以华电(印尼)玻雅项目SR1300.1300.40型斗轮堆取料机回转机构驱动计算为例,该产品回转机构采用回转大轴承式支承配合行星减速器驱动装置方案,计算参数见表1㊂4.2㊀工作状态计算校核工作时回转驱动功率计算如下㊂(1)回转摩擦功率P m=GμR1n1/0.974η=0.89 kW㊂(2)回转风载功率P f=M f1n1/9550η=7.13kW㊂(3)回转加速功率P j=(GD12/η+GD22)ˑN2m1/(3.65ˑ105ˑ6)=1.44kW㊂(4)回转切削功率P q=M q n1/9550η=3.71 kW㊂其中:F q=9550P D/n D r=17382N;M q=F q R2/3=231760Nm㊂表1㊀斗轮堆取料机回转计算参数参数名称符号数值回转以上部分结构的重量/t G321回转摩擦系数μ0.01回转支承滚道中心半径/m R1 1.775驱动部分传递效率η0.85工作时最大回转角速度/(r㊃min-1)n10.13最大风载力矩/Nm M f1445000最大计算风压/MPa p1㊀250最大计算风速/(m㊃s-1)νS120最大电机转速/(r㊃min-1)N m11450非工作时最大回转角速度/(r㊃min-1)n20.1最大风载力矩/Nm M f21001250最大计算风压/MPa p2562.5最大计算风速/(m㊃s-1)νS230最大电机转速/(r㊃min-1)N m21115回转部分重量在电机轴上的转动惯量/kgm2GD12 1.12驱动旋转部分在电机轴上的转动惯量/kgm2GD220.26斗轮切削功率/kW P D42斗轮转速/(r㊃min-1)n D 6.5斗轮半径/m r 3.55臂架回转半径/m R240回转驱动电机选型功率/kW P22㊀㊀工作时回转驱动功率校核如下㊂(1)无风回转取料工况:P1=P m+P q=0.89+ 3.71=4.6kW<0.5P=11kW,满足验证要求㊂(2)无风回转加速工况:P2=P m+P j=0.89+1.44 =2.33kW<0.5P=11kW,满足验证要求㊂(3)最大工作风速取料工况:P3=P m+P f+P q= 0.89+7.13+3.71=11.73kW<1.5P=33kW,满足验证要求㊂4.3㊀非工作状态计算校核非工作时回转驱动功率计算如下㊂(1)回转摩擦功率P m=GμR1n2/0.974η=0.68 kW㊂(2)回转风载功率P f=M f2n2/9550η=12.33 kW㊂(3)回转加速功率P j=(GD12/η+GD22)ˑN2m2/ (3.65ˑ105ˑ6)=0.85kW㊂非工作时回转驱动功率校核如下㊂在非工作时最大风速回转工况下P4=P m+P j+ P f=13.86kW<1.5P=33kW,满足验证要求㊂5㊀结语回转机构是斗轮堆取料机的重要组成部分,总61Port Operation㊀2020.No.6(Serial No.255)结了回转驱动计算的主要参数㊁回转驱动功率的组成㊁回转机构典型工况的校核方法,并验证了该计算方法的合理性和可行性,可供设计者参考选用㊂参考文献[1]㊀王同辉,郝映非,王双印.悬臂式斗轮堆取料机回转速度的确定[J].大重科技,2001(2):7-8.[2]㊀张质文,虞和谦,王金诺,等.起重机设计手册[M].北京:中国铁道出版社,1998,156-159.庄乾霞:200126,上海市浦东新区国展路839号上海华电大厦15层收稿日期:2020-10-13DOI:10.3963/j.issn.1000-8969.2020.06.004(上接第9页)动跟随效果示意图㊂6㊀减摇系统集装箱单臂架门机吊具的摇摆与其本身的构造形式密切相关㊂当门机变幅时,所吊物体始终变速运行,同时悬吊货物的悬垂钢丝绳的长度在变幅过程中也在不断变化,造成货物在运移过程中始终存在摇摆㊂单臂架门机工作过程中吊具受多个惯性力的作用,变摆长的摇摆运动规律复杂,由于受起重机构造的限制,采用机械方法难以实现减摇目的㊂本机采用电子式减摇方案,即通过对回转㊁变幅机构工作过程的追钩分析,建立吊具的减摇控制模型,吊具钢丝绳长度采用位置编码器检测,吊具回转和变幅的速度㊁加速度分别通过对机构运动状态检测输入计算模型中而获得,在此基础上制定了减摇控制的优化方案㊂经试验验证,可达到有效控制吊具摇摆的目的㊂7㊀应用效果与经济效益7.1㊀实际作业应用效果集装箱双吊具单臂架门机已于2015年成功应用于珠海港控股集团高栏港区,经过近2年的实际作业应用,各项技术指标完全达到了预期的要求㊂采用双箱吊具的门机,实现了1次对2个20ft 集装箱同时装卸作业,与传统集装箱单吊具门机相比,双吊具门机的单机平均作业效率可达30TEU/h 以上,较单机效率同比提升40%~50%㊂该门机同时可兼顾件杂货㊁散货抓斗等多用途作业,优化了码头资源配置,提高了设备利用率,为码头开拓多种货源提供了保障㊂7.2㊀经济效益将双箱吊具门机㊁单箱吊具门机和岸桥作业及采购情况进行对比,其经济效益数据见表2㊂表2㊀单箱吊具门机、双箱吊具门机和岸桥的经济效益数据单机效率/(TEU㊃h-1)采购价格/万元平均效率比/%价格比/%平均效费比1单箱门机20~229801001001 2双箱门机30-321283147.6130.9 1.12 3双箱岸桥30~403100166.6316.30.53㊀㊀目前我国内贸集装箱80%以上都为20ft箱,门机设备若配置双箱吊具,综合作业效率比单箱快40%~50%,而双箱门机相对于单箱门机的成本增加仅为30%,效费比为1.12㊂使用双箱岸桥,虽单船作业效率高,但单次投入和对港池要求较高㊂而双箱门机可以同时兼顾作业集装箱㊁件杂货㊁散杂货以及100t以下的大型构件,采购投入性价比高,且门机通用性强,对中小型码头适应性更好㊂综合来看,对于中小型码头,双箱门机的实用性㊁性价比㊁效费比㊁经济性均优于双箱岸桥㊂8㊀结语从总体构造㊁起升机构㊁吊具系统㊁跟随系统㊁吊具减摇系统等方面,介绍了集装箱双吊具单臂架门机的关键技术㊂实际作业应用效果表明,集装箱双吊具单臂架门机方案可行㊁综合性能良好,可大幅提高生产效率,增加经济效益㊂参考文献[1]㊀GB/T3811-2008起重机设计规范[S].[2]㊀Ing.J.Verschoof.起重机设计㊁使用和保养[M].刘宝静译.上海:上海科学技术出版社,2002.雷昌明:519000,珠海市金湾区珠海港控股集团有限公司收稿日期:2020-07-18DOI:10.3963/j.issn.1000-8969.2020.06.00271港口装卸㊀2020年第6期(总第255期)。

目录摘要 (2)一、前言 (3)二、铲斗的形状确定 (4)2.1、铲斗的尺寸计算 (4)2.2、铲斗的设计形状分析 (6)3.3、铲斗的材料选择 (9)三、回转机构的组成 (11)3.1、方案设计与比较 (11)3.2、回转支撑装置的受力计算及选型 (15)3.3、行星齿减速器设计 (19)3.3.1、选取行星齿轮传动的传动类型和传动简图 (19)3.3.2、配齿计算 (21)3.3.3、传动效率的计算 (28)3.3.4、结构设计 (29)3.3.5、齿轮强度校核 (30)四、设计总结 (36)心得与体会 (38)致谢词 (39)参考文献 (40)摘要本课题主要设计的是悬臂式斗轮堆取料机的回转机构和铲斗的三维造型。

铲斗形状选用的是四分之一椭圆形，形状简单，受力均衡，符合斗轮堆取料机的工况标准要求；其回转机构的主要由支撑部分和回转驱动装置组成，起到回转、连接、对中、支撑和防倾的作用，在传动过程中，选用了YJP型电动机、弹性联轴器、行星齿轮减速器和双排异球式回转支承，具有回转平稳，起动制动惯性力小；使用可靠,寿命长；最重要的是回转传动装置本身尺寸小，重量轻,便于上支座结构布置及减轻机身结构和机身的自重,减少了机身的重量。

【关键词】：斗轮堆取料机；回转机构；铲斗AbstractThe main subject of the main design is cantilevered bucket wheel stacker reclaimer slewing mechanism and bucket three-dimensional modeling. Bucket shape the choices are the fourth oval, shape, force balance, the standard requirements of the bucket wheel stacker reclaimer working conditions; slewing mechanism, played the supporting part and the rotary drive rotary , connection, support and anti-roll of the role in the transmission process, the choice of the YJP motor, flexible coupling, planetary gear reducer and double different ball slewing ring, with smooth rotation, start braking inertia is small; the use of reliable, long life; most important thing is the rotation transmission device itself is small size, light weight, easy on-bearing structural arrangement and reduce the body structure and body weight, reducing the weight of the body. Key words: bucket wheel stacker reclaimer machine; rotary mechanism;bucket.一前言斗轮堆取料机是在小型挖掘机的基础上发展起来的堆、取合一的轨道式装卸设备，主要应用于火电厂、矿山、港口、钢铁、水泥等行业以及大型水利工地的散料的堆取、输送和均料。