本 科 生 畢 業(yè) 論 文姓 名：學(xué) 院：專 業(yè)：論文題目：專 題：指導(dǎo)教師：20XX 年 6 月 摘 要懸臂式斗輪取料機(jī)堆取料機(jī)械中的一種，它廣泛應(yīng)用于港口、內(nèi)陸的散料場(chǎng)所，主要用于取煤和礦石。懸臂式斗輪取料機(jī)主要由金屬結(jié)構(gòu)、臂式輸送機(jī)、回 轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、斗輪機(jī)構(gòu)、潤(rùn)滑裝置、電氣系統(tǒng)和安全裝置組成。工作時(shí)， 取料機(jī)沿著軌道行進(jìn)，并能改變臂架的角度。懸臂式斗輪取料機(jī)是由斗輪挖掘機(jī) 發(fā)展而來，它能與堆料機(jī)和輸送機(jī)一起組成自動(dòng)運(yùn)輸系統(tǒng)，隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的快速 發(fā)展，對(duì)取料機(jī)的需求也越來越大。 本文章主要是對(duì)斗輪機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)，它們都是取料機(jī)的重要組成部 分。斗輪機(jī)構(gòu)主要是通過銷齒傳動(dòng)來驅(qū)動(dòng)斗輪的轉(zhuǎn)動(dòng)，這種傳動(dòng)方式具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn) 單、加工容易、造價(jià)低、拆修方便的優(yōu)點(diǎn)。在回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)中，關(guān)鍵是回轉(zhuǎn)支承?；剞D(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的工作原理是小齒輪與回轉(zhuǎn)支承 的大齒輪嚙合來帶動(dòng)整個(gè)回轉(zhuǎn)體的轉(zhuǎn)動(dòng)，所以本文章將對(duì)回轉(zhuǎn)支承進(jìn)行選型并對(duì) 小齒輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。本文還對(duì)相對(duì)于斗輪取料能力進(jìn)行了輸送機(jī)的選型。 因?yàn)閼冶凼蕉份喨×蠙C(jī)比較容易實(shí)現(xiàn)自動(dòng)控制，所以本文章采用 PLC 進(jìn)行對(duì) 取料過程的控制。PLC 是個(gè)無觸點(diǎn)裝置，通過改變程序就可以改變生產(chǎn)工藝，PLC 已成為工廠自動(dòng)化的強(qiáng)有力工具，得到了廣泛的普及及推廣應(yīng)用，它具有可靠性 高，抗干擾能力強(qiáng)，編程直觀、簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：懸臂式斗輪取料機(jī)；斗輪機(jī)構(gòu)；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，ABSTRACTBucketWheel Reclaimer Bucket-WheelReclaimer,and widelyused reclaimbulk cargo innerland steelstructure,jib belt conveyor,luffing mechanism, slewing mechanism,travling bridge,bucket wheel,lubrication,electrical equipment safetyaiding devices. canmove along rails slewjib,which can change amplitude. BucketWheel Reclaimer bucket-wheelexcavator,and can make up mechanizedtransport system Bucket-WheelStaker bletconveyor. economy,theneed BucketWheel Reclaimer mainabout bucketwheel slewingmechanism,which allvery important paper,thedriving between pingear bucketwheel run,this method have some advantage,for example,its structure uncomplicated,so lower.Also takedown slewingmechanism,the key rotorsupport. actionbetween rotorsupport paperchooses rotorsupport paperalso choose conveyorbelts,which reclaiming.Because BucketWheel Reclaimer paperdesigns reclaimingcourse PLC.PLC non-contactequipment,the procedures can changeproduction. hasbecame powerfultool factoryautomation, widely popular replication. highreliability,anti- interference capability programmingvisual,simple. Keywords BucketWheel Reclaimer; bucket wheel ;slewing mechanism；PLC目 錄1 概述 .11.1 斗輪堆取料機(jī)簡(jiǎn)介 .11.2 斗輪堆取料機(jī)分類 21.3 斗輪堆取料機(jī)市場(chǎng)需求 31.4 斗輪堆取料機(jī)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 41.5 斗輪堆取料機(jī)的研究方向 71.6 設(shè)計(jì)課題及選題意義 82 總體設(shè)計(jì) .102.1 總體設(shè)計(jì)概述 102.2 懸臂式斗輪取料機(jī)構(gòu)成 102.3 懸臂式斗輪取料機(jī)的主要參數(shù)及其確定 112.3.1 取料的理論生產(chǎn)率 .112.3.2 斗輪取料時(shí)每層深度 .122.3.3 料堆高度 .122.3.4 料堆長(zhǎng)度 .122.4 懸臂式斗輪取料機(jī)的工作性能參數(shù)及其確定 122.4.1 斗輪直徑的確定 .122.4.2 鏟斗數(shù)目 的確定 .13Z2.4.3 斗距 的確定 13a2.4.4 鏟斗容量 q 的確定 .132.4.5 斗輪切割速度 的確定 14Vc3 部件設(shè)計(jì) .153.1 懸臂式斗輪取料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 153.1.1 斗輪取料機(jī)構(gòu)構(gòu)成 .153.1.2 斗輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用 .173.1.3 液力偶合器選用 .183.1.4 銷齒傳動(dòng)設(shè)計(jì) .193.1.5 斗輪軸的設(shè)計(jì)及校核 .243.2 上車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 283.2.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選型 .283.2.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 313.2.3 齒輪軸設(shè)計(jì)及校核 .343.2.4 小齒輪校核 .373.2.5 回轉(zhuǎn)支承的日常維修 .393.3 帶式輸送機(jī)選型設(shè)計(jì) 403.3.1 帶式輸送機(jī)特點(diǎn) .403.3.2 帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置 .413.3.3 帶速的確定 .443.3.4 滾筒直徑的確定 .453.3.5 托輥的選型 .463.3.6 張緊裝置的選用 .473.3.7 制動(dòng)裝置 .473.4 變幅機(jī)構(gòu) 473.5 配重的安裝 473.6 行走機(jī)構(gòu) 484 懸臂式斗輪取料機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .524.1 取料機(jī)的工藝流程 524.2 控制流程圖 554.3 控制工作原理 .564.3.1 控制過程簡(jiǎn)介 564.3.2 傳感器選用 56總 結(jié) .58參考文獻(xiàn) .59附 錄 .60翻 譯 .63致 謝 .76 目 錄1 概述 .11.1 斗輪堆取料機(jī)簡(jiǎn)介 .11.2 斗輪堆取料機(jī)分類 21.3 斗輪堆取料機(jī)市場(chǎng)需求 31.4 斗輪堆取料機(jī)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀 41.5 斗輪堆取料機(jī)的研究方向 71.6 設(shè)計(jì)課題及選題意義 82 總體設(shè)計(jì) .102.1 總體設(shè)計(jì)概述 102.2 懸臂式斗輪取料機(jī)構(gòu)成 102.3 懸臂式斗輪取料機(jī)的主要參數(shù)及其確定 112.3.1 取料的理論生產(chǎn)率 .112.3.2 斗輪取料時(shí)每層深度 .122.3.3 料堆高度 .122.3.4 料堆長(zhǎng)度 .122.4 懸臂式斗輪取料機(jī)的工作性能參數(shù)及其確定 122.4.1 斗輪直徑的確定 .122.4.2 鏟斗數(shù)目 的確定 .13Z2.4.3 斗距 的確定 13a2.4.4 鏟斗容量 q 的確定 .132.4.5 斗輪切割速度 的確定 14Vc3 部件設(shè)計(jì) .153.1 懸臂式斗輪取料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 153.1.1 斗輪取料機(jī)構(gòu)構(gòu)成 .153.1.2 斗輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用 .173.1.3 液力偶合器選用 .183.1.4 銷齒傳動(dòng)設(shè)計(jì) .193.1.5 斗輪軸的設(shè)計(jì)及校核 .243.2 上車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 283.2.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選型 .283.2.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 313.2.3 齒輪軸設(shè)計(jì)及校核 .343.2.4 小齒輪校核 .373.2.5 回轉(zhuǎn)支承的日常維修 .393.3 帶式輸送機(jī)選型設(shè)計(jì) 403.3.1 帶式輸送機(jī)特點(diǎn) .403.3.2 帶式輸送機(jī)的驅(qū)動(dòng)裝置 .413.3.3 帶速的確定 .443.3.4 滾筒直徑的確定 .453.3.5 托輥的選型 .463.3.6 張緊裝置的選用 .473.3.7 制動(dòng)裝置 .473.4 變幅機(jī)構(gòu) 473.5 配重的安裝 473.6 行走機(jī)構(gòu) 484 懸臂式斗輪取料機(jī)的控制系統(tǒng)設(shè)計(jì) .524.1 取料機(jī)的工藝流程 524.2 控制流程圖 554.3 控制工作原理 .564.3.1 控制過程簡(jiǎn)介 564.3.2 傳感器選用 56總 結(jié) .58參考文獻(xiàn) .59附 錄 .60翻 譯 .63致 謝 .76中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 0 頁1 概述1.1 斗輪堆取料機(jī)簡(jiǎn)介斗輪堆取料機(jī)簡(jiǎn)稱斗輪機(jī)，是現(xiàn)代化工業(yè)中連續(xù)裝卸散狀物料的一種重要設(shè)備，主要用于港口、碼頭、冶金、水泥、鋼鐵廠、焦化廠、儲(chǔ)煤廠、發(fā)電廠等大宗散料如礦石、煤、焦炭、砂石等在存儲(chǔ)料場(chǎng)的堆放、提取作業(yè)。如果采用“裝載機(jī) —自卸汽車 ”系統(tǒng)作業(yè)，裝載機(jī)在鏟入 —舉升—旋轉(zhuǎn)—行走—卸載—空轉(zhuǎn)—空行程等一個(gè)作業(yè)循環(huán)中，既要完成取料任務(wù)，又要完成輸送任務(wù)，輔助作業(yè)時(shí)間幾乎占用2/3還多。自卸汽車載重量受到限制，往返路程多，工作效率很低，滿足不了電廠發(fā)電的用煤需求。連續(xù)裝卸機(jī)械的采用，大大縮短了裝卸時(shí)間，提高了工作效率，減輕了工人勞動(dòng)強(qiáng)度。在功率相同的情況下，斗輪堆取料機(jī)的生產(chǎn)效率為單斗裝載機(jī)的1.5～2.5倍。斗輪堆取料機(jī)主要有懸臂式（見圖1-1）與門式（見圖1-2）兩種構(gòu)造?？刂品绞接惺謩?dòng)、半自動(dòng)和自動(dòng)等。圖 1-1 懸臂式斗輪堆取料機(jī)中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 1 頁圖 1-2 門式斗輪堆取料機(jī)1.2 斗輪堆取料機(jī)分類 堆取料機(jī)按其功能可分為:（1）堆料機(jī) 堆料作業(yè) （2）取料機(jī) 取料作業(yè) （3）堆取料機(jī) 堆取料作業(yè) （4）混勻堆料機(jī) 均化堆料 （5）混勻取料機(jī) 均化取料 堆取料機(jī)按形式可分為:（1）門式斗輪堆取料機(jī) 大跨度雙梁 （2）橋式取料機(jī) 大跨度單梁 （3）圓形料場(chǎng)堆取料機(jī) 橋式或搖臂式 （4）刮板式取料機(jī) 橋式或人字式 （5）普通搖臂式 具有懸臂、俯仰、回轉(zhuǎn)功能 按尾車功能又分為:（1） 固定單尾車 堆料、取料（2） 活動(dòng)單尾車 堆料、取料、直通或折返取料、提高回轉(zhuǎn)角度范圍 （3）固定雙尾車 堆料、取料、直通 （4）活動(dòng)雙尾車 堆料、取料、直通或折返取料 （5）伸縮升降雙尾車 堆料、取料、直通、提高回轉(zhuǎn)角度范圍降低落差 中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 2 頁按理論生產(chǎn)能力，斗輪堆取料機(jī)可分為以下幾種:（1）輕型 生產(chǎn)率在 630m3/h 以下（2）中型 生產(chǎn)率為 630～2500m 3/h（3）大型 生產(chǎn)率為 2500～5000m 3/h（4）特大型 生產(chǎn)率為 5000～10000m 3/h（5）巨型 生產(chǎn)率在 10000 m3/h 以上1.3 斗輪堆取料機(jī)市場(chǎng)需求受整個(gè)國(guó)民經(jīng)濟(jì)增長(zhǎng)的影響，原材料工業(yè)、能源、石油、化工、汽車等各個(gè)行業(yè)都會(huì)有非常大的發(fā)展。在這些行業(yè)發(fā)展的同時(shí)直接會(huì)帶動(dòng)散料機(jī)械裝備工業(yè)的發(fā)展。就鋼鐵工業(yè)而言，受建筑、汽車工業(yè)的影響，鋼鐵工業(yè)飛速發(fā)展,我國(guó)已經(jīng)連續(xù)六年局世界第一產(chǎn)鋼大國(guó),同時(shí)又是第一鋼鐵消費(fèi)大國(guó)。到2002年鋼的產(chǎn)量已經(jīng)達(dá)到1.8億噸，并以每年300萬噸的速度增長(zhǎng)。近幾年在股市上鋼鐵板塊普遍看好,建筑業(yè)的發(fā)展和技術(shù)的提高加大了對(duì)鋼鐵的需求，中國(guó)建筑業(yè)在鋼鐵的應(yīng)用數(shù)量方面和世界發(fā)達(dá)國(guó)家相比還有很大的差距,隨著建筑業(yè)的不斷發(fā)展這一行業(yè)對(duì)鋼鐵的需求會(huì)更會(huì)加大。汽車進(jìn)入百姓耐用消費(fèi)品市場(chǎng)已經(jīng)開始，汽車產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也拉動(dòng)鋼材的需求量。機(jī)械制造業(yè)、家用電器、造船業(yè)、石油天然氣、集裝箱等各行業(yè)的發(fā)展都會(huì)拉動(dòng)中國(guó)鋼鐵企業(yè)的發(fā)展，使鋼鐵企業(yè)加大投入，并且現(xiàn)在已有部分民營(yíng)資本進(jìn)入鋼鐵行業(yè)。鋼鐵事業(yè)的發(fā)展離不開礦石和煤炭，而煤炭和礦石的運(yùn)輸和儲(chǔ)存必須使用散料機(jī)械，這些設(shè)備包括皮帶運(yùn)輸機(jī)，裝船機(jī)、卸船機(jī)，斗輪堆取料機(jī)等散料機(jī)械。在鋼鐵企業(yè)的發(fā)展過程中加大了鋼的產(chǎn)量，也加大了對(duì)煤炭和礦石的需求，國(guó)產(chǎn)礦石和目前進(jìn)口的礦石數(shù)量已經(jīng)滿足不了鋼鐵企業(yè)發(fā)展的要求，會(huì)有更多的礦石進(jìn)口到中國(guó)，其中會(huì)有來自澳大利亞、巴西的鐵礦石通過港口轉(zhuǎn)運(yùn)到各個(gè)鋼鐵企業(yè)。南部沿海的廣西、廣東各個(gè)口岸，華東地區(qū)、山東、渤海灣等各大港口會(huì)進(jìn)口更多的來自國(guó)外的鐵礦石，所以在鋼鐵企業(yè)的發(fā)展過程中最先發(fā)展的是沿海各個(gè)口岸的交通。在新建的礦石港口的泊位中也將以大噸位船只的泊位為主。在鋼鐵企業(yè)礦石需求發(fā)展港口的同時(shí)還會(huì)同時(shí)發(fā)展鋼鐵企業(yè)內(nèi)的原料長(zhǎng)場(chǎng)的建設(shè)，這里會(huì)包括在鋼鐵企業(yè)內(nèi)部的一次料場(chǎng)和二次料場(chǎng)，同時(shí)鋼鐵企業(yè)也會(huì)加大對(duì)煤炭的需求，將有大量的煤炭經(jīng)過北方港口裝船運(yùn)往南方，所以，在鋼鐵行業(yè)快速發(fā)展的推動(dòng)下，在港口和鋼鐵企業(yè)，散料機(jī)械會(huì)有一個(gè)十分巨大的市場(chǎng)發(fā)展空間。散料機(jī)械在港口行業(yè)的高速發(fā)展已經(jīng)開始并會(huì)持續(xù)一定的時(shí)間。 在電力方面，前幾年部分電力部門出現(xiàn)了供大于求的矛盾，部分電廠限制發(fā)電或只是部分機(jī)組開機(jī)，受國(guó)民經(jīng)濟(jì)持續(xù)增長(zhǎng)的影響，各行各業(yè)用電量也在不斷的增長(zhǎng)?，F(xiàn)在在南方的部分地區(qū)出現(xiàn)了電力緊缺的情況，為緩解和解決電力緊缺中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 3 頁的矛盾，在電力方面必然會(huì)加大其投入。電廠的增加使煤炭的需求量增加，各個(gè)煤礦會(huì)加大煤炭產(chǎn)量，以滿足電力市場(chǎng)對(duì)煤炭的需求，在電力方面也存在著大量的煤炭北煤南運(yùn)，同鋼鐵行業(yè)一樣，也會(huì)大幅度增加散料機(jī)械的需求量。電廠和港口都會(huì)因?yàn)殡娏ζ髽I(yè)的發(fā)展增加對(duì)散料機(jī)械的需求。 在沙石、水泥等建材行業(yè)也隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和固定資產(chǎn)投入的加大而得到迅猛的發(fā)展。散料機(jī)械雖然在建材行業(yè)的應(yīng)用設(shè)備形式較小，但其在全國(guó)的數(shù)量是巨大的，混勻堆取料機(jī)、刮板取料機(jī)、皮帶運(yùn)輸機(jī)的數(shù)量同樣會(huì)有一個(gè)大的發(fā)展。 1.4 斗輪堆取料機(jī)國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀國(guó)內(nèi)堆取料機(jī)的設(shè)計(jì)已有近四十年年的歷史，最早制造的一兩臺(tái)設(shè)備投入使用也有三十四年的歷史。最早的斗輪堆取料機(jī)設(shè)計(jì)可以追溯到 1966 年，當(dāng)時(shí)參加設(shè)計(jì)和研制的單位有：北京鋼鐵設(shè)計(jì)院、大連工礦車輛廠、北京起重機(jī)械研究所、鞍山鋼鐵設(shè)計(jì)院、哈爾濱重機(jī)廠、華北電力設(shè)計(jì)院、東北電力設(shè)計(jì)院、西北電力設(shè)計(jì)院等單位。 當(dāng)時(shí)國(guó)內(nèi)部分鋼廠、碼頭急需使用此類設(shè)備，國(guó)外當(dāng)時(shí)已使用了十余年，為滿足當(dāng)時(shí)的社會(huì)需要開發(fā)了我國(guó)早期的斗輪堆取料機(jī)。這些單位為中國(guó)斗輪堆取料機(jī)事業(yè)的早期發(fā)展做出了貢獻(xiàn)，奠定了這一行業(yè)的基礎(chǔ)。當(dāng)時(shí)的典型設(shè)備型號(hào)為 KL-1 型，KL-4 型，DQ3025 型，DQ5030 型，取/堆料能力分別為：1200/2000t/h 30m，1200/2000t/h 30m，300/600t/h 25m，500/1000t/h 30m，其中 KL-1 型為 1966 年設(shè)計(jì)，1970 年 3 月在攀鋼焦化廠投入使用。雖然當(dāng)時(shí)的產(chǎn)品和現(xiàn)代產(chǎn)品在質(zhì)量上和控制水平上存在著很大的差別，但這些早期的產(chǎn)品對(duì)當(dāng)時(shí)的電力企業(yè)和鋼鐵企業(yè)的發(fā)展起到了十分重要。八十年代，隨著電力工業(yè)和鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，斗輪堆取料機(jī)的事業(yè)也得到了十分迅猛的發(fā)展，在電力部門的使用數(shù)量有很大的提高，并且在港口上的使用量劇增。寶鋼的原料碼頭，秦皇島港、連云港、北侖港、西基港、煙臺(tái)港、天津港、大連港等相繼一大批港口增設(shè)了散料碼頭用于煤炭或礦石的轉(zhuǎn)運(yùn)。九十年代國(guó)內(nèi)斗輪堆取料機(jī)的事業(yè)發(fā)展更是向數(shù)量更多，應(yīng)用更廣的方向發(fā)展。在鋼鐵企業(yè)、電力企業(yè)、各大港口幾乎都可以看到斗輪堆取料機(jī)的應(yīng)用。在港口人們也已經(jīng)把斗輪堆取料機(jī)當(dāng)作一種港口機(jī)械。在斗輪堆取料機(jī)的出口方面國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品還比較少，大多數(shù)出口的產(chǎn)品是和某些成套項(xiàng)目共同出口到其他國(guó)家。其次是和國(guó)外的某些公司聯(lián)合制造，為其制造焊接件和機(jī)械加工件出口。在進(jìn)口方面，最早的斗輪堆取料機(jī)的進(jìn)口是：1980-1981 年上海寶鋼進(jìn)口日本的十九臺(tái)斗輪堆取料機(jī)； 1981 年北侖港進(jìn)口兩臺(tái)斗輪堆取料機(jī)； 1988 年福州華能電廠，大連華能電廠等。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 4 頁在國(guó)內(nèi)項(xiàng)目和國(guó)外合作制造的有：1982 年石臼港項(xiàng)目；1984 年 秦皇島港二期；1986 年 秦皇島港三期；1994年 秦皇島港四期；1990 年 青島前灣港；1984 年 廣州西基碼頭；1988 年寶鋼二期項(xiàng)目；1995-1996 年寶鋼三期項(xiàng)目；2000 年 寶鋼馬跡山港項(xiàng)目； 2001 年 天津港項(xiàng)目；黃驊港的一期和二期項(xiàng)目；以及上海羅徑港、石洞口電廠、揚(yáng)州電廠、北侖電廠、江由電廠、硌磺電廠等基本上采用了引進(jìn)技術(shù)合作制造的模式生產(chǎn)的斗輪堆取料機(jī)。進(jìn)口和引進(jìn)的主要國(guó)家來自日本、美國(guó)、德國(guó)、法國(guó)、奧地利、意大利等國(guó)。產(chǎn)品的進(jìn)口和技術(shù)的引進(jìn)大大縮短了國(guó)產(chǎn)設(shè)備和國(guó)外設(shè)備的差距，使國(guó)內(nèi)本行業(yè)的產(chǎn)品在質(zhì)量上有了很大的提高。目前國(guó)內(nèi)的產(chǎn)品質(zhì)量基本可以滿足國(guó)內(nèi)用戶的要求，現(xiàn)在可設(shè)計(jì)制造斗輪堆取料機(jī)的廠家達(dá)五六家。經(jīng)過幾十年的發(fā)展，我國(guó)的斗輪堆取料機(jī)研制水平取得了較大提高，但同發(fā)達(dá)國(guó)家相比，仍存在明顯差距，其控制技術(shù)僅限于基于可編程控制器（PLC）為核心的單機(jī)控制，作業(yè)水平也僅限于單機(jī)手動(dòng)方式?，F(xiàn)在國(guó)內(nèi)的斗輪堆取料機(jī)已經(jīng)從最初的研究轉(zhuǎn)向發(fā)展，向更高的產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計(jì)水平邁進(jìn)。國(guó)內(nèi)已經(jīng)開展了斗輪堆取料機(jī)自動(dòng)控制方面的引進(jìn)和開發(fā)工作，已能生產(chǎn)帶有半自動(dòng)微機(jī)程控系統(tǒng)的機(jī)型，控制水平已達(dá)到了 20 世紀(jì) 70 年代末國(guó)際水平。表 1.1 堆取料機(jī)的主要制造商國(guó)內(nèi)外堆取料機(jī)主要制造商 MANUFACTURES FOR STACKER （2）研制適應(yīng)性更好的機(jī)型;（3）提高自動(dòng)化程度，實(shí)現(xiàn)作業(yè)和保護(hù)的自動(dòng)控制;（4）實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化、系列化和通用化之外。采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)手段，優(yōu)化結(jié)構(gòu)組合，在保證生產(chǎn)能力的前提下，盡量減輕整機(jī)重量，提高設(shè)備的可靠程度，已成為必然。世界上研究和開發(fā)斗輪機(jī)械最早的國(guó)家是德國(guó)，其次是前蘇聯(lián)，而且，目前它們?nèi)蕴幱谑澜珙I(lǐng)先地位，它們對(duì)斗輪挖掘機(jī)的研究做了大量工作。德國(guó)學(xué)者Scheffler D.研究了斗輪堆取料機(jī)的切削阻力系數(shù)和切削力系數(shù)與巖石性質(zhì)之間的關(guān)系。用振動(dòng)模擬系統(tǒng)求出了斗輪堆取料機(jī)的動(dòng)態(tài)附加應(yīng)力和共振轉(zhuǎn)速等對(duì)斗輪挖掘機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)計(jì)算，并用試驗(yàn)驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的正確性。A.May則對(duì)斗輪堆取料機(jī)斗齒裝置測(cè)挖掘力的方法進(jìn)行了研究。前蘇聯(lián)的別列日諾依等對(duì)斗輪堆取料機(jī)斗輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的動(dòng)載荷進(jìn)行了分析，給出了動(dòng)態(tài)載荷的經(jīng)驗(yàn)公式，丘特諾夫斯基則研究了斗輪堆取料機(jī)工作裝置的振動(dòng)對(duì)切削參數(shù)的影響，國(guó)內(nèi)對(duì)斗輪堆取料機(jī)的研究還比較落后，目前，研究工作主要集中在挖掘阻力的測(cè)試及其載荷譜的編制、輪斗斗唇形狀改變、總體參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)及其結(jié)構(gòu)件的靜態(tài)剛度強(qiáng)度分析等方面。雖然國(guó)內(nèi)外已對(duì)斗輪挖掘機(jī)進(jìn)行過多方面的動(dòng)態(tài)問題研究，但對(duì)于斗輪堆取料機(jī)的工作裝置的運(yùn)動(dòng)仿真以及對(duì)其變幅裝置的多工位動(dòng)態(tài)性能進(jìn)行研究的報(bào)道并不多見。國(guó)內(nèi)在斗輪堆取料機(jī)的設(shè)計(jì)過程中，往往類比國(guó)外對(duì)斗輪挖掘機(jī)的研中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 7 頁究成果和斗輪堆取料機(jī)的各種參數(shù)，缺少科學(xué)的動(dòng)態(tài)設(shè)計(jì)依據(jù)，這是國(guó)內(nèi)產(chǎn)品質(zhì)量較差，故障率高的根本原因。雖然斗輪堆取料機(jī)在結(jié)構(gòu)上與斗輪挖掘機(jī)有許多相似之處，但由于作業(yè)對(duì)象的不同，即斗輪挖掘機(jī)的作業(yè)對(duì)象是礦巖，斗輪堆取料機(jī)的作業(yè)對(duì)象是散料，因此，在末端工作機(jī)構(gòu)的驅(qū)動(dòng)和結(jié)構(gòu)件的剛度強(qiáng)度等方面相差懸殊，這些決定了其動(dòng)態(tài)性能的本質(zhì)不同。對(duì)斗輪堆取料機(jī)工作裝置的動(dòng)態(tài)問題進(jìn)行深人研究，采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)手段，才是提高斗輪堆取料機(jī)產(chǎn)品質(zhì)量和可靠性的主要途徑。隨著自動(dòng)化和信息技術(shù)的發(fā)展，發(fā)達(dá)國(guó)家斗輪堆取料機(jī)技術(shù)進(jìn)入了一個(gè)新階段，主要有以下四個(gè)方面：（1）理論生產(chǎn)率向大型化發(fā)展。斗輪對(duì)取料機(jī)的理論生產(chǎn)率是衡量斗輪堆取料機(jī)規(guī)模的一個(gè)指標(biāo)，它從開始的每小時(shí)幾十立方米發(fā)展到現(xiàn)在的每小時(shí)近20000立方米。德國(guó)目前仍在開發(fā)有更大理論生產(chǎn)率的斗輪堆取料機(jī)。（2）各國(guó)都在使斗輪堆取料機(jī)的生產(chǎn)系列化。系列化的好處之一是可保證某些零配件，如鏟斗、履帶板、驅(qū)動(dòng)輪等通用化、標(biāo)準(zhǔn)化，使顧客更方便地在市場(chǎng)上買到現(xiàn)貨。（3）斗輪堆取料機(jī)的自動(dòng)化程度越來越高，使信號(hào)、事故預(yù)報(bào)和聯(lián)鎖的操縱裝置更加完善，實(shí)現(xiàn)作業(yè)和保護(hù)的自動(dòng)控制。斗輪堆取料機(jī)是一個(gè)典型的多剛體系統(tǒng)，采用機(jī)器人的運(yùn)動(dòng)規(guī)劃和主動(dòng)控制技術(shù)，可提高斗輪堆取料機(jī)的工作穩(wěn)定性和作業(yè)能力。機(jī)器人化斗輪堆取料機(jī)是集機(jī)器人機(jī)構(gòu)、機(jī)器人控制技術(shù)以及現(xiàn)代電子和信息技術(shù)等為一體的綜合性機(jī)電一體化產(chǎn)品。更重要的是，將電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)與傳統(tǒng)大型機(jī)械設(shè)備進(jìn)行嫁接，可大大提高設(shè)備的性能和作業(yè)能力。如采用機(jī)器人的多傳感器融合和配置技術(shù)以及現(xiàn)場(chǎng)總線技術(shù)，可提高斗輪堆取料機(jī)的智能化作業(yè)能力和工作可靠性；采用遙控遙感技術(shù)，可改善作業(yè)環(huán)境，減員增效，提高現(xiàn)代化作業(yè)水平；采用網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，可大大提高制造廠和用戶的綜合管理水平及跟蹤服務(wù)能力。（4）采用現(xiàn)代設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)手段，優(yōu)化結(jié)構(gòu)組合，在保證生產(chǎn)能力的前提下，盡量減輕整機(jī)的重量，提高設(shè)備的可靠程度。ABB公司已開發(fā)出自適應(yīng)的操作系統(tǒng)，使斗輪堆取料機(jī)始終處于較高的工作能力，并盡可能地受環(huán)境和操作人員水平的影響。1.6 設(shè)計(jì)課題及選題意義取料機(jī)與堆料機(jī)適用于大型碼頭、港口項(xiàng)目。在大型散貨料場(chǎng)的地面，利用帶式輸送機(jī)，設(shè)計(jì)成單一的流程，即堆料流程或取料流程。一般同一料場(chǎng)相鄰的兩個(gè)設(shè)備一個(gè)是堆料機(jī)，另一個(gè)是取料機(jī)。對(duì)同一料場(chǎng)或不同料場(chǎng)，這兩臺(tái)設(shè)備可同時(shí)進(jìn)行取料與堆料，如堆料機(jī)用于卸火車，同時(shí)取中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 8 頁料機(jī)用于裝船。對(duì)于碼頭用戶可在取料機(jī)的軌道上安裝帶式輸送機(jī)，使得取料機(jī)所取得物料直接卸在輸送帶上，通過輸送帶運(yùn)輸?shù)酱?。所以單一功能的取料機(jī)也有很大的市場(chǎng)需求，本次設(shè)計(jì)將研究設(shè)計(jì)懸臂式斗輪取料機(jī)（見圖 1-3）。重點(diǎn)設(shè)計(jì)其斗輪機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及取料半自動(dòng)控制過程。圖 1-3 懸臂式斗輪取料機(jī)斗輪取料機(jī)包含了斗輪機(jī)構(gòu)、輸送機(jī)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、控制系統(tǒng)等眾多小系統(tǒng)，這對(duì)我們學(xué)生運(yùn)用大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)進(jìn)行綜合運(yùn)用有很大益處。由于所學(xué)知識(shí)有限，再加上煤堆形狀的不確定性，對(duì)斗輪堆取料機(jī)的運(yùn)行將采用半自動(dòng)控制，一般的操作過程可以自動(dòng)進(jìn)行，當(dāng)遇到一些問題需要調(diào)整時(shí)再由人進(jìn)行操控，這樣可以節(jié)省勞動(dòng)力。本次設(shè)計(jì)將對(duì)斗輪機(jī)構(gòu)進(jìn)行創(chuàng)新，傳統(tǒng)上的各類斗輪堆取料機(jī)的斗輪傳動(dòng)都是由電動(dòng)機(jī)通過液力偶合器把力傳給減速器，減速器的輸出軸通過聯(lián)軸器直接與斗輪軸相連，這使得斗輪軸受到很大的扭矩，要求軸有較好的材料性能，成本較高，而本次設(shè)計(jì)將采用銷齒傳動(dòng)來驅(qū)動(dòng)斗輪體的轉(zhuǎn)動(dòng)，大體過程是在斗輪上安裝一較大的銷齒圈，再用與減速機(jī)輸出軸相連接的銷齒輪驅(qū)動(dòng)銷齒圈，從而帶動(dòng)斗輪轉(zhuǎn)動(dòng)進(jìn)行取料，下面的文章將就此方案進(jìn)行詳細(xì)的設(shè)計(jì)計(jì)算。銷齒傳動(dòng)使得軸所受到的扭矩很小而且銷齒圈的輪齒是圓銷，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、造價(jià)低、拆修方便，銷齒傳動(dòng)適用于低速、重載機(jī)械傳動(dòng)和粉塵多、潤(rùn)滑環(huán)境較惡劣的場(chǎng)合，能使斗輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造成本減少一倍多，同時(shí)還運(yùn)行平穩(wěn)，易于檢修。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 9 頁2 總體設(shè)計(jì)2.1 總體設(shè)計(jì)概述（1） 機(jī)器在正常工作條件下，整機(jī)應(yīng)具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性。（2） 機(jī)器不論在工作狀態(tài)或非工作狀態(tài)，在規(guī)定的俯仰范圍內(nèi)的各種工況下，整機(jī)都應(yīng)當(dāng)處于穩(wěn)定狀態(tài)。（3） 在輸送線路上，特別是在取料、卸料、和各轉(zhuǎn)運(yùn)點(diǎn)，必須保證物流順暢，不發(fā)生物料溢出或堵塞現(xiàn)象。（4） 斗輪直徑與帶式輸送機(jī)參數(shù)和取煤炭與取鐵礦石的同能力的斗輪取料機(jī)相比，一般取煤炭時(shí)要求斗輪直徑達(dá)，輸送帶帶寬較寬、帶速高，斗輪驅(qū)動(dòng)功率較小。（5） 聯(lián)鎖作業(yè)。只有當(dāng)夾軌器或錨定裝置松開時(shí)，行走機(jī)構(gòu)才能動(dòng)作；只有在電纜卷筒制動(dòng)器松閘后，行走機(jī)構(gòu)才能啟動(dòng)。（6） 各安全保護(hù)及檢測(cè)裝置完備。例如：俯仰機(jī)構(gòu)應(yīng)當(dāng)設(shè)置防止懸臂超速下降及超載的保護(hù)裝置；轉(zhuǎn)載料斗應(yīng)當(dāng)設(shè)置堵塞警報(bào)裝置；回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、俯仰機(jī)構(gòu)和行走機(jī)構(gòu)運(yùn)行的極限位置均應(yīng)設(shè)置兩級(jí)終端限位開關(guān)；為安全可高，鋼絲繩卷揚(yáng)的俯仰機(jī)構(gòu)應(yīng)采用兩套制動(dòng)器；行走機(jī)構(gòu)和回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)制動(dòng)器應(yīng)滿足在250Pa工作風(fēng)壓下順風(fēng)行走和順風(fēng)回轉(zhuǎn)時(shí)的制動(dòng)要求等。（7） 電纜卷筒裝置。動(dòng)力和控制電纜卷筒分別設(shè)置在斗輪堆取料機(jī)的兩側(cè)，電纜卷筒采用磁滯式電纜卷筒，具有足夠纏繞力矩，以防止收放電纜時(shí)纏繞紊亂，能連續(xù)運(yùn)行而不堵轉(zhuǎn)，設(shè)有電纜張力極限保護(hù)裝置。動(dòng)力電纜控制電纜采用進(jìn)口扁電纜，卷筒的直徑能滿足電纜曲繞能力的要求，電纜在卷筒上纏有足夠的安全圈數(shù)。（8） 漏斗、溜槽及懸掛緩沖裝置。所有漏斗、溜槽的沖刷面均襯有厚度不小于8mm的不銹鋼襯板，漏斗、溜槽不能堵煤，其傾斜面與水平面的夾角不小于60度。取料用中心落煤管下設(shè)置懸掛緩沖裝置，其上的緩沖托輥間距不大于400mm，并能防止輸送帶跑偏。在落煤斗、中心落煤管的適當(dāng)部位設(shè)置大小合適、密封良好的檢查門，以便于檢查料流及人工疏導(dǎo)堵塞。2.2 懸臂式斗輪取料機(jī)構(gòu)成懸臂式斗輪取料機(jī)主要由行走機(jī)構(gòu)、底座、上部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和平臺(tái)、斗輪堆取料機(jī)構(gòu)、斗臂架和斗臂架帶式輸送機(jī)、門架、俯仰機(jī)構(gòu)（變幅裝置）、平衡梁架和配重、司機(jī)室、電器設(shè)備等組成。（見圖2-1）中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 10 頁圖2-1 懸臂式斗輪取料機(jī)結(jié)構(gòu)2.3 懸臂式斗輪取料機(jī)的主要參數(shù)及其確定懸臂式斗輪取料機(jī)的參數(shù)分為主參數(shù)和工作性能參數(shù)兩類。懸臂式斗輪取料機(jī)的主參數(shù)決定了它的規(guī)模、主要技術(shù)性能參數(shù)和主要結(jié)構(gòu)形式。懸臂式斗輪取料機(jī)的主參數(shù)包括取料的理論生產(chǎn)率和料堆高度、長(zhǎng)度、寬度。主要參數(shù)一般由用戶提供，作為已知量供給產(chǎn)品設(shè)計(jì)者。懸臂式斗輪取料機(jī)的工作性能參數(shù)決定了機(jī)器本身各個(gè)機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)形式、尺寸、功率、轉(zhuǎn)速性能等。工作性能參數(shù)包括：斗輪直徑、斗輪轉(zhuǎn)速、斗數(shù)、料堆切割阻力；斗臂架回?cái)[半徑、回?cái)[角度和俯仰角度等。2.3.1 取料的理論生產(chǎn)率懸臂式斗輪取料機(jī)的取料理論生產(chǎn)率，決定了與之配套的帶式輸送機(jī)允許通過的最大輸送能力。斗輪取料機(jī)的取料能力的確定與系統(tǒng)設(shè)計(jì)、設(shè)備運(yùn)轉(zhuǎn)率要求等多反面因素有關(guān)，涉及領(lǐng)域較廣。取料能力是指斗輪取料機(jī)單位時(shí)間內(nèi)所能挖取物料的多少，單位用t/h表示。在實(shí)際應(yīng)用中又分為最大取料能力與額定取料能力。最大取料能力是指斗輪在挖掘物料時(shí)所具有的瞬時(shí)最大能力，表示設(shè)備取料能力的峰值，如斗輪取料時(shí)滿斗的瞬間能力。在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中，應(yīng)考慮各個(gè)環(huán)節(jié)允許最大取料能力的物流通過。額定取料能力是指在取料作業(yè)時(shí)，在規(guī)定的標(biāo)準(zhǔn)形狀料堆上連續(xù)工作一定的時(shí)間，操作者根據(jù)規(guī)定的操作程序和方法進(jìn)行操作，設(shè)備在這段時(shí)間可以達(dá)到的平均取料速度或平均每小時(shí)取料量。已知所要設(shè)計(jì)的懸臂式斗輪取料機(jī)的最大取料能力為500t/h,主要挖取密度的煤，斗輪轉(zhuǎn)速 30.85/tm??8/minr?中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 11 頁理論容積生產(chǎn)率 ：Qv= ?3(/)mh式中： 最大取料能力， ；?/t物料密度， 3代入公式得: =Qv508/.mh?2.3.2 斗輪取料時(shí)每層深度取料煤層深度應(yīng)當(dāng)控制在0.5～0.7倍的斗輪直徑范圍內(nèi),斗輪取料時(shí)的進(jìn)尺量應(yīng)當(dāng)按照0.9倍的斗深確定。在滿足取料能力要求的前提下，進(jìn)尺量過小會(huì)使斗輪取料機(jī)的回轉(zhuǎn)速度加快。2.3.3 料堆高度為了設(shè)計(jì)方便，常以行走鋼軌踏面為基準(zhǔn)，料堆高于鋼軌路面的部分稱為軌上高度。料堆低于鋼軌踏面的部分稱為軌下高度，兩者的和為總料堆高度。料堆高度由物料堆積的安息角和料堆寬度決定，物料的安息角與物料的種類有關(guān)。在堆料寬度一定的條件下，料堆的物料安息角越大，料堆總高度越高。在物料安息角一定的條件下，料堆越寬，料堆的總高度就可以越高。 目前我國(guó)生產(chǎn)的斗輪取料機(jī)的軌上堆取料高度范圍為7～16m ，常用10～12m；軌下高度為0.4～6m，常用為1.5～2m。2.3.4 料堆長(zhǎng)度堆料長(zhǎng)度一般是由現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)儲(chǔ)料量及地理環(huán)境確定，料堆的長(zhǎng)度對(duì)設(shè)備影響比較小，它直接與行走距離密切相關(guān)，料堆越長(zhǎng)，行走距離越遠(yuǎn)。而行走距離又決定了設(shè)備的動(dòng)力電纜卷筒的電纜長(zhǎng)度和控制電纜卷筒上電纜長(zhǎng)度和控制電纜卷筒上電纜的長(zhǎng)度以及設(shè)備給水系統(tǒng)的灑水除塵系統(tǒng)供水槽的長(zhǎng)度。通常大車行走距離小于1000m，料場(chǎng)的長(zhǎng)度小于1200m。2.4 懸臂式斗輪取料機(jī)的工作性能參數(shù)及其確定2.4.1 斗輪直徑的確定斗輪直徑是指斗輪體安裝好鏟斗后切割圓的直徑。從減少斗輪體積和重量，進(jìn)而降低整個(gè)機(jī)器的重量出發(fā)，斗輪直徑應(yīng)該小一些；但從提高生產(chǎn)率和穩(wěn)定工作過程中的載荷出發(fā)，又希望斗輪直徑有所增加。在決定斗輪之直徑時(shí)，要考慮相互關(guān)聯(lián)性。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 12 頁前蘇聯(lián)根據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析，確定的經(jīng)驗(yàn)公式為： =0.17()DQm?0.17584.12()m??2.4.2 鏟斗數(shù)目 的確定Z鏟斗數(shù)目的多少直接影響斗輪取料機(jī)的生產(chǎn)率。決定鏟斗數(shù)目及尺寸的重要條件是鏟斗的卸料過程。鏟斗的個(gè)數(shù)應(yīng)滿足下列需求：（1） 保證鏟斗完全卸空，并使卸出的物料落到卸料板內(nèi)。不能使鏟斗提前散料和過了卸料區(qū)斗內(nèi)仍殘留物料。（2） 保證挖掘過程平穩(wěn)，載荷波動(dòng)小，沖擊小，尤其是在挖掘凍煤和較硬散料時(shí)。鏟斗的個(gè)數(shù)根據(jù)載荷確定。從保證斗輪工作得到較穩(wěn)定載荷的目的出發(fā)，當(dāng)鏟斗依次出、入散料時(shí)，其最大和最小力的差值應(yīng)當(dāng)在15%以內(nèi)。確定鏟斗數(shù)目的方法有多種，如前蘇聯(lián)學(xué)者推薦，鏟斗數(shù)目應(yīng)為：一般散料，Z=8～12個(gè)鏟斗；較硬散料，Z=14～18個(gè)鏟斗。根據(jù)理論生產(chǎn)率 ，鏟斗數(shù)目為：Q60.860.85Z????2.4.3 斗距 的確定a斗距 3.142.8Dm?式中 Z—斗數(shù)；D—斗輪直徑，m。2.4.4 鏟斗容量 q 的確定鏟斗容量q取決于機(jī)器的理論生產(chǎn)率 和物料的松散系數(shù)。LQ設(shè) ，當(dāng)K為已知量時(shí)，根據(jù)已經(jīng)確定的斗輪的理論生產(chǎn)率就可以計(jì)Qv=算出斗容，根據(jù)對(duì)世界上250臺(tái)斗輪挖掘機(jī)的統(tǒng)計(jì)，K 值見表2-1。計(jì)算斗容時(shí)，可以選用表中的平均值，斗容的單位常用升（L）和立方米（ m3）來表示。vaq360V=中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 13 頁表 2-1 確定鏟斗容量的 K 值鏟斗容量q/L 3/()LKQqmh?K值的變化范圍 K的均值200?220~550600~16001800~40003.33～4.852.80～4.502.41～3.802.30～3.481.461.601.571.534.13.73.12.9則鏟斗容量 58143.LQqK?2.4.5 斗輪切割速度 的確定Vc21.730.84/cVwradsD???式中： —斗輪的切割速度， m/s；D—斗輪直徑，m；k—速度系數(shù)，取0.35。.21.73/60nms?中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 14 頁3 部件設(shè)計(jì) 3.1 懸臂式斗輪取料機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.1.1 斗輪取料機(jī)構(gòu)構(gòu)成懸臂式斗輪取料機(jī)構(gòu)主要由電動(dòng)機(jī)、液力偶合器、減速器、齒輪、斗輪軸轉(zhuǎn)配、斗輪體、鏟斗及溜料倒料裝置等構(gòu)成，（見圖3-1）通過銷輪銷具傳動(dòng)實(shí)現(xiàn)斗輪回轉(zhuǎn)。圖3-1 懸臂式斗輪取料機(jī)構(gòu)懸臂式斗輪取料機(jī)的斗輪有三種形式：無格式（見圖3-2）、有格式（見圖3-3）和半格式。無格式斗輪結(jié)構(gòu)與有格式斗輪結(jié)構(gòu)相比較：無格式斗輪結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，自重輕，制造容易，采用圓弧檔料板卸料；有格式斗輪結(jié)構(gòu)復(fù)雜，自重重，制造困難，采用斗輪體上斜溜槽卸料。半格式斗輪則一般用于直徑較大的斗輪，所以目前應(yīng)用最為廣泛的是無格式。無格式斗輪體是用鋼板焊成的環(huán)狀結(jié)構(gòu)，為了保證鏟斗卸到帶式輸送機(jī)上，在靠近帶式輸送機(jī)一側(cè)，斗輪體必須是敞開式，傳遞力的結(jié)構(gòu)只能在另一側(cè)。常見結(jié)構(gòu)有雙腹板式和單腹板式。鏟斗是沖壓或焊接而成的金屬結(jié)構(gòu)件，它由斗唇、斗體、防護(hù)層和前、后端緊固聯(lián)接件組成。鏟斗應(yīng)滿足斗刃耐磨，斗齒便于更換，具有防斗齒脫落的措施。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 15 頁圖3-2 無格式斗輪 圖3-3 有格式斗輪溜料板與水平面的夾角宜為 ，最小不小于 ，溜料板設(shè)置不銹鋼襯板，60?5?其厚度不小于8 ，且便于更換。m無格式斗輪都采用“ 重力側(cè)卸式 ”工作方式，即斗內(nèi)的物料靠自重自行卸出斗外，為保證物料落在斗臂架中心處的帶式輸送機(jī)上，斗輪的安裝位置與斗臂架軸線不是平行，而是有一個(gè)傾斜角，即水平面傾角 ，一般取為 ；同時(shí)，?2~13?斗輪在垂直面也傾斜一個(gè)角度，即垂直傾角， 一般取為 。?0無格式斗輪主要應(yīng)用在取磨損性較小的物料的斗輪裝置上，如應(yīng)用在取煤炭等物料。與有格式斗輪比較，無格式斗輪相對(duì)斗輪直徑一般會(huì)略小一點(diǎn)，斗輪轉(zhuǎn)速也略高一點(diǎn)。無格式斗輪的卸料角可達(dá) ，遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于有格式斗輪，所以無格130o式斗輪相對(duì)于有格式斗輪卸料要容易一些。當(dāng)圓弧擋料板磨損嚴(yán)重時(shí)，往往需要拆卸斗輪維修，相對(duì)維修較困難。為使物料在給定區(qū)域卸料，在斗內(nèi)設(shè)置圓弧擋板，擋板變面襯有耐磨板，由斗輪挖取上來的物料，通過溜料導(dǎo)料裝置流向懸臂帶式輸送機(jī)。無格式斗輪結(jié)構(gòu)見圖3-4 。斗輪機(jī)構(gòu)及其懸臂帶式輸送機(jī)、俯仰機(jī)構(gòu)、門座架安裝在上車，可以隨上部回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相對(duì)于下車回轉(zhuǎn)。整車靠四套運(yùn)行臺(tái)車沿軌道行走。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 16 頁圖 3-4 無格式斗輪結(jié)構(gòu)1—環(huán)形擋料板；2—鏟斗卸料區(qū)間；3—溜料板；4—環(huán)形空間；5—斗臂架帶式輸送機(jī)；6—鏟斗；7—斗輪體；8—斗輪軸；9—斗輪驅(qū)動(dòng)裝置3.1.2 斗輪驅(qū)動(dòng)電機(jī)選用斗輪驅(qū)動(dòng)功率主要消耗于切割功率、鏟斗裝填功率、物料與擋板的摩擦功率、物料動(dòng)能功率、物料提升功率以及克服機(jī)械傳動(dòng)的阻力。一般把這四項(xiàng)消耗功率合并稱為切割功率 。對(duì)于切割功率和提升功率有以下簡(jiǎn)化計(jì)算公式:P1切割功率： = FvKW0g提升功率： mQR367b2其中: fVnt/hrgF1=15.82+1480CF1—物料切割力，KN/mC—物料黏性，Mpa物料黏性C隨地表以下深度的增加而增加，地表C=0.01式中: F———切割阻力,N;———系數(shù) ,一般取1~1.2;b中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 17 頁———斗輪堆取料機(jī)平均生產(chǎn)率,t/h;mQR———斗輪半徑,m;———物料堆積密度,t/m 3;rf———松散系數(shù),一般取1.3-1.65;———利用系數(shù),取值范圍為0.64-0.92;fnV———斗輪堆取料機(jī)理論生產(chǎn)率,m 3/h。mf58Q0946t/h13=r′=g代入計(jì)算得 F 1=30.6KN/m則切割阻力 F=30.6×0.45=13.7KN故切割功率： = P13v.71.25KW00′提升功率： mR46.3b=g2驅(qū)動(dòng)功率： 12.5N38+考慮到由于冬季雪水的滲透、凍結(jié)，挖掘物料的阻力要比其他季節(jié)大。一般認(rèn)為北方冬季挖掘凍結(jié)物料時(shí)所需功率是其它季節(jié)所需功率的1.3倍，故斗輪取料機(jī)所需最大驅(qū)動(dòng)功率為： 21.3.32.4.1KW=′=g選取傳動(dòng)效率為0.8，則所需電機(jī)的功率至少是：N4./085參考其它斗輪取料機(jī)的參數(shù)，本次設(shè)計(jì)將采用功率為55KW的電動(dòng)機(jī)。由于取料機(jī)在煤場(chǎng)工作，灰塵多，環(huán)境較惡劣，故電動(dòng)機(jī)必須有防塵功能。Y系列（IP44）封閉式三相異步電機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)：效率高、耗電少，性能好，噪音低，振動(dòng)小，體積小，重量輕，運(yùn)行可靠，維修方便。為B級(jí)絕緣。結(jié)構(gòu)為全封閉、自扇冷式，能防止灰塵、鐵屑、雜物侵入電動(dòng)機(jī)內(nèi)部，適用于灰塵多、土揚(yáng)水濺的場(chǎng)合，如農(nóng)業(yè)機(jī)械、礦山機(jī)械、攪拌機(jī)、碾米等，應(yīng)用較廣泛。綜上所述，選擇Y250M-4三相異步電動(dòng)機(jī)，功率為55KW，同步轉(zhuǎn)速1500r/min,中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 18 頁3.1.3 液力偶合器選用液力偶合器是斗輪驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)中重要的一部分，置于斗輪驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)與減速箱之間傳遞動(dòng)力，其作用有時(shí)似乎與聯(lián)軸器相同，但實(shí)質(zhì)全然不同。具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）無極調(diào)速。在電機(jī)轉(zhuǎn)速恒定下可以無極調(diào)節(jié)工作機(jī)的轉(zhuǎn)速，與傳統(tǒng)的節(jié)流調(diào)節(jié)相比可以大量節(jié)省電能。（2）防護(hù)動(dòng)力過載，偶合器泵輪和渦輪之間沒有機(jī)械聯(lián)系，轉(zhuǎn)矩是通過油來傳遞的，是一種柔性和有滑差的傳動(dòng)。當(dāng)負(fù)載的阻力突然增大時(shí)，其滑差可以增大，甚至制動(dòng)，電機(jī)可繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)而不致停車。（3）可隔離振動(dòng)，緩和沖擊。（4）可方便實(shí)現(xiàn)離合。偶合器流道沖油即接合，將油排空即行脫離。（5）除軸承外無磨損件，工作可靠，壽命長(zhǎng)。由于斗輪取料機(jī)構(gòu)既要防護(hù)動(dòng)力過載，又希望大慣量工作在較長(zhǎng)的啟動(dòng)過程中，電動(dòng)機(jī)不會(huì)出現(xiàn)過大負(fù)荷，故選用延充式限矩型。延充式限矩型液力偶合器主要用于啟動(dòng)困難的和大慣量的工作機(jī)時(shí)，在啟動(dòng)過程中電動(dòng)機(jī)可具有較低的載荷，防護(hù)動(dòng)力系統(tǒng)動(dòng)力過載，協(xié)調(diào)多臺(tái)原動(dòng)機(jī)間載荷分配，不能調(diào)速和脫離。已知電動(dòng)機(jī)的額定功率為55KW，額定轉(zhuǎn)速為1500r/min，故選用YOX420 型延充式液力偶合器。3.1.4 銷齒傳動(dòng)設(shè)計(jì)1)、銷齒傳動(dòng)的特點(diǎn)及應(yīng)用銷齒傳動(dòng)屬于齒輪傳動(dòng)的一種特殊形式。其中，具有圓銷齒的大齒輪為銷輪，另一個(gè)具有一般齒輪輪齒齒形的小齒輪稱為齒輪。如圖 3-5 所示。銷齒傳動(dòng)有外粘合、內(nèi)粘合和齒條粘合等三種型式，使用時(shí)，一般常以齒輪作為主動(dòng)輪，因?yàn)?，?dāng)以銷輪作為主動(dòng)時(shí)，齒輪的輪齒齒頂先進(jìn)入嚙合，將會(huì)降低其傳動(dòng)效率，故不用銷輪作為主動(dòng)。由于銷輪的輪齒是圓銷形，故與一般齒輪相比，它具有結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工容易、造價(jià)低、拆修方便等優(yōu)點(diǎn)，故以銷輪代替尺寸較大的一般漸開線齒輪時(shí)，將具有很大的經(jīng)濟(jì)性。特別是個(gè)別銷齒破壞時(shí)，只需個(gè)別更換，不致整個(gè)銷輪報(bào)廢。銷輪傳動(dòng)適用于低速、重載的機(jī)械傳動(dòng)和粉塵多、潤(rùn)滑條件差等工作環(huán)境比較惡劣的場(chǎng)所。廣泛應(yīng)用于起重機(jī)械、化工、冶金、礦山等部門的一些低速而大型的機(jī)械設(shè)備中。銷齒傳動(dòng)結(jié)構(gòu)見圖 3-5。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 19 頁圖 3-5 銷齒傳動(dòng)2)、銷齒傳動(dòng)應(yīng)用本次設(shè)計(jì)的一個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)就是改變傳統(tǒng)的電機(jī)驅(qū)動(dòng)斗輪軸的傳動(dòng)方式，而是將一銷齒圈焊接與斗輪體的一側(cè)，減速器的輸出軸上直接裝齒輪，通過兩者的嚙合使斗輪轉(zhuǎn)動(dòng)。銷齒圈的輪齒是圓銷，它結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、加工方便、造價(jià)低、拆修方便，銷齒傳動(dòng)適用于低速、重載機(jī)械傳動(dòng)和粉塵多、潤(rùn)滑環(huán)境較惡劣的場(chǎng)合，能使斗輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)的制造成本減少一倍多，同時(shí)還運(yùn)行平穩(wěn)，易于檢修。圖 3-6 銷齒傳動(dòng)驅(qū)動(dòng)斗輪原理已知驅(qū)動(dòng)電機(jī)額定功率 P=55kw，額定轉(zhuǎn)速 =1500r/min，效率為 0.921n液力偶合器傳動(dòng)效率 =0.961?中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 20 頁減速器傳動(dòng)比和傳動(dòng)效率分別為 =30, =0.92i2?銷齒傳動(dòng)系統(tǒng)中銷輪的轉(zhuǎn)速和傳動(dòng)效率分別為 =8 r/min， =0.93np?（1） 計(jì)算銷齒軸的轉(zhuǎn)矩 2T設(shè)備總傳動(dòng)比 = = =185zi12n508銷齒傳動(dòng)比 26.730zi?銷輪功率 15.9206.9340.6()pP kw????銷輪軸的轉(zhuǎn)矩 224.97()8Tkgmn??A（2） 選定材料及確定許用應(yīng)力銷齒材料采用 45 鋼，正火處理，167～217HB。按 10r/min 查表得=108 kg/㎡，查表，按對(duì)稱循環(huán)載荷計(jì)算??H???2F?=??2F??1KS??式中 —疲勞極限， =0.43 54=23.22kg/㎡；1?1?—銷齒變面狀況系數(shù)， =1.25；K—許用安全系數(shù)， 的取值范圍為 1.4～1.6，取 =1.5。??S??S??S= （kg/ ）?2F?3.12.45??2m齒輪材料采用 45 鋼，調(diào)質(zhì)處理，207～255HB。按 10r/min 查表得=120kg/㎡、 =14.5kg/㎡??H??1F（3） 選定 、 、 和確定 、 、 等參數(shù)?z/pd1z/ahp2z查表?。?=1.5、 =13、 =0.4751中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 21 頁銷輪齒數(shù) 216.7380.2zi???取 80 齒銷齒傳動(dòng)實(shí)際傳動(dòng)比 = =6.1521'zi3銷輪實(shí)際轉(zhuǎn)速 26.7'8.0(/min)5nrad??實(shí)際總傳動(dòng)比 ''3.14.5zii?按 =13、 =0.475 查圖得（ ）max=0.478。1z/pd/ahp為了保證齒頂不變尖且有一定厚度，還要保證重合度 的值不小于 1.1～1.3，則?試取 =0.43。/ah按 =13、 =0.475 查圖得 =1.28 在需用范圍內(nèi)，故合格。1zpd?（4）銷齒直徑確定及強(qiáng)度校核按接觸強(qiáng)度公式計(jì)算 p394pd???2332 21(/)490.7546.8()6.1'HTd miz??????取 =48㎜p按彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算公式校核 pd32220.4753.1407591084()/ 8t pTTF kgrzPz????????1.58()pbdm?取 ，則6L?.67215.??2233. 840()(236).8(/)tFpbkgmd????，故銷齒彎曲強(qiáng)度足夠??226.81.F????中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 22 頁按彎曲強(qiáng)度驗(yàn)算公式校核齒輪輪齒彎曲強(qiáng)度 ??221 163840.758.4/4.5/2tF Fkgmkgmbp???????故齒輪輪齒彎曲強(qiáng)度足夠。（5）幾何尺寸計(jì)算齒輪齒數(shù) 13z?銷輪齒數(shù) 280銷齒直徑 4pdm齒距 100.75.??齒輪節(jié)圓直徑 =1/dpz?3/.418.2m?銷輪節(jié)圓直徑 =201.573齒輪齒根圓角半徑(0.51~.)(.5~.2)48.2~4.96f pd?????取 2.8fm齒輪齒根圓角半徑中心至節(jié)圓距離 (0.4~.5)(0.4~.5)81.92~.4pcdm????取 2齒輪齒頂高 .3.3.ah齒輪齒根高 2.85ffpc???齒輪全齒高 43.6.43ham齒輪齒廓過渡圓弧半徑 (0.3~4)(0.~)81.~92pRd????取 16m齒輪齒頂圓直徑 124.3.450aahm???中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 23 頁齒輪齒根圓直徑 12418.25368.fadhm????中心距 2.5739.a?齒輪齒寬 .5.482pbdm?銷齒計(jì)算長(zhǎng)度 16715.L??銷齒中心至夾板邊緣距離 (.~)(2)487~96pldm??取 80lm銷輪夾板厚度 (0.25.)(0.5.)1p???取 2??（6）夾板擠壓強(qiáng)度校核取 210/prkgm?????22384/10/2tpr prFkgkgmd???????????故夾板擠壓強(qiáng)度足夠。3.1.5 斗輪軸的設(shè)計(jì)及校核（1）計(jì)算作用在軸上的力根據(jù)前面計(jì)算可知扭矩 T 74.9310=′N圓周力 48Ft徑向力 4rGcos6°′軸向力 4310in.10=′a N（2）初步估算軸的直徑選取 40Cr 鋼作為軸的材料，調(diào)質(zhì)處理由公式 計(jì)算軸的最小直徑并加大 3%以考慮鍵槽的影響3PdAn3查表 取 A=100中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 24 頁則 3min40.6d1.17m83′=圖 3-7 斗輪軸的結(jié)構(gòu)圖（3） 繪制軸的彎矩圖和扭矩圖水平方向上的力 RH1=RH2=1.92×104N垂直方向上的力 RV1=RV2=3×104N 水平方向上的彎矩 MH=363×19.2×103=7×106N·mm垂直方向上的彎矩 MV=3×104×363=1.1×107N·mm 最大彎矩 M=1.3×107N·mm（4）按彎扭合成強(qiáng)度校核軸的強(qiáng)度當(dāng)量彎矩 其中折合系數(shù)()22caT+0.6a=(2771.34.90613.0=′=′gca Nm軸的材料為 40Cr 鋼，調(diào)質(zhì)處理。 =685 N/ ，得材料許用應(yīng)力bs22170/bNms-éùêú??軸的計(jì)算應(yīng)力為 =cacMWs由于軸截面有鍵槽故 ()23btdt2-p-代入計(jì)算得 58.10m=′7253.263/cac Ns故該軸滿足強(qiáng)度要求（5）計(jì)算危險(xiǎn)截面的工作應(yīng)力中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 25 頁取第一個(gè)軸肩面作為危險(xiǎn)面截面彎矩 7612515.30.206=′=′gMNm截面扭矩 74.9′gTNm抗彎截面系數(shù) 33630.1.201.′′Wd抗扭截面系數(shù) 0==T m截面上彎曲應(yīng)力 621.7/0′bMNs截面上扭剪應(yīng)力 26.943./2′TWt彎曲應(yīng)力幅 /=abNms彎曲平均應(yīng)力 0m扭切應(yīng)力 24.6/2att（6） 確定材料的機(jī)械性能查表可知 40Cr 鋼彎曲疲勞極限 剪切疲勞極限2135/Nms-=2185/Nmt-=合金鋼材料的特性系數(shù) ，0.3,.50.1stsyy（7） 確定綜合影響系數(shù) 、Kt軸肩圓角處有效應(yīng)力集中系數(shù) 、 ,根據(jù) kst 30.12=rd， ，查表計(jì)算得 ，3401.52=Dd2.75=1.8kt配合處綜合影響系數(shù) 、 ，根據(jù) d， ，配合 H7/r6 計(jì)算得Kst bs=3.8， =2.68Kskt中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 26 頁尺寸系數(shù) 、 ，根據(jù)圖查得 ，axt 0.52=ax.60t表面狀況系數(shù) =sb.8t2.7560′gakKssx1.83.4==′ttb（8）計(jì)算安全系數(shù)取需要安全系數(shù) []1.5S139.60-==+′+amSKssy11851.33.4.46- =′′arttt2291.=+caSst故疲勞強(qiáng)度安全。中國(guó)礦業(yè)大學(xué) 2008 屆本科生畢業(yè)設(shè)計(jì) 第 27 頁TMVMHRH2RH1FtVVG圖 3-8 軸的計(jì)算簡(jiǎn)圖3.2 上車回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)3.2.1 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)選型回轉(zhuǎn)支承裝置主要有兩大類：柱式和轉(zhuǎn)盤式。采用轉(zhuǎn)柱式回轉(zhuǎn)支撐裝置的起重機(jī)具有一個(gè)與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)裝成一體的轉(zhuǎn)柱,轉(zhuǎn)柱插入門座中,依靠上、下支座支撐,并通過驅(qū)動(dòng)裝置來實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。采用滾動(dòng)軸承式回轉(zhuǎn)支撐裝置的起重機(jī),其回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)安裝在一個(gè)大轉(zhuǎn)盤上,轉(zhuǎn)盤支撐在滾輪、滾子或滾柱等滾動(dòng)體上,滾動(dòng)體則可