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1、上海工程技術(shù)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 斗輪取料機(jī)中的斗輪部件設(shè)計(jì) 畢業(yè)設(shè)計(jì)開(kāi)題報(bào)告 學(xué) 院 機(jī)械工程學(xué)院 專 業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化（現(xiàn)代裝備與控制工程） 班級(jí)學(xué)號(hào) 學(xué) 生 指導(dǎo)教師 題 目 斗輪取料機(jī)中的斗輪部件設(shè)計(jì) 1 綜述 1.1題目來(lái)源 本課題來(lái)源于無(wú)錫開(kāi)源機(jī)床集團(tuán)有限公司，是無(wú)心磨床設(shè)計(jì)項(xiàng)目下的子課題之一。 1.2目的意義 課題的目的是設(shè)計(jì)外圓無(wú)心磨床上導(dǎo)輪架機(jī)構(gòu)部分，并滿足相關(guān)的技術(shù)指標(biāo)要求。由于工件運(yùn)動(dòng)是由磨輪、導(dǎo)輪共同控制的，工件

2、的質(zhì)量、工件運(yùn)動(dòng)的穩(wěn)定性、均勻性，不僅取決于機(jī)床運(yùn)動(dòng)傳動(dòng)鏈，還與工件、導(dǎo)輪及托板的實(shí)際情況以及采用的導(dǎo)輪質(zhì)量、磨削用量和磨削工藝參數(shù)有關(guān)。課題對(duì)研究和開(kāi)發(fā)各種其他類型的無(wú)心磨床結(jié)構(gòu)有一定的參考價(jià)值。 1.3課題涉及領(lǐng)域的國(guó)內(nèi)外進(jìn)展現(xiàn)狀和前沿情況 1.3.1國(guó)外發(fā)展概況 世界上研究和開(kāi)發(fā)斗輪機(jī)械最早的國(guó)家是德國(guó)，研究始于19世紀(jì)30年代，第一臺(tái)斗輪機(jī)于19世紀(jì)80年代問(wèn)世。到目前世界上最大的斗輪取料機(jī)回轉(zhuǎn)半徑為59m，生產(chǎn)能力為9600t／h，由奧地利鋼鐵聯(lián)合公司制造。世界上研究和開(kāi)發(fā)斗輪機(jī)械最早的國(guó)家是德國(guó)，而且目前仍處于領(lǐng)先地位，學(xué)者們對(duì)斗輪挖掘機(jī)的研究做了大量工作，德國(guó)學(xué)者Schei

3、er D．研究了斗輪挖掘機(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，Bergen G．用振動(dòng)模擬系統(tǒng)求出了斗輪挖掘機(jī)的動(dòng)態(tài)附加應(yīng)力和共振轉(zhuǎn)速，F(xiàn)eder D．等對(duì)斗輪挖掘機(jī)進(jìn)行了振動(dòng)計(jì)算，并用實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了計(jì)算結(jié)果的正確性，May A．則對(duì)斗輪挖掘機(jī)斗齒裝置、測(cè)挖掘力的方法進(jìn)行了研究。原蘇聯(lián)的別洛口諾依等對(duì)斗輪挖掘機(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)載荷的經(jīng)驗(yàn)公式，丘特諾夫斯基則研究了斗輪挖掘機(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)斗輪挖掘機(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)試及載荷譜的編制、斗輪斗唇形狀改變、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。對(duì)斗

4、輪機(jī)整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度、可靠性的分析和動(dòng)、靜態(tài)力學(xué)性能的測(cè)試這方面的研究還不多。目前在斗輪機(jī)設(shè)計(jì)領(lǐng)域還沒(méi)有公認(rèn)的設(shè)計(jì)規(guī)范可以遵循，技術(shù)要求都是取自相似設(shè)備的設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和研究結(jié)果。 圖1斗輪堆取料機(jī) 1.3.2國(guó)內(nèi)發(fā)展概況 國(guó)內(nèi)對(duì)斗輪機(jī)的研究起步較晚，1960年，從國(guó)外引進(jìn)的第一批斗輪機(jī)是我國(guó)對(duì)斗輪機(jī)應(yīng)用、研究和開(kāi)發(fā)工作的開(kāi)始，第一臺(tái)型號(hào)為DQ5030的斗輪堆取料機(jī)由哈爾濱重型機(jī)械廠于1970年研制成功。進(jìn)入20世紀(jì)80年代隨著電力工業(yè)和鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，在電力部門的使用數(shù)量有很大提高，并目在港口上的使用量劇增。20世紀(jì)90年代國(guó)內(nèi)斗輪堆取料機(jī)的事業(yè)向著更多、應(yīng)用更廣的方向發(fā)展。隨

5、著產(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。近年還出現(xiàn)了斗輪卸船機(jī)，主要用于港口卸船作業(yè)。目前我國(guó)生產(chǎn)的斗輪機(jī)數(shù)量，按保守估計(jì)國(guó)內(nèi)堆取料機(jī)有2000臺(tái)以上，堆取料能力在300"--6000t／h范圍內(nèi)。經(jīng)過(guò)幾十年的發(fā)展，我國(guó)斗輪堆取料機(jī)的研究水平有了較大提高，但同發(fā)達(dá)國(guó)家相比仍有明顯差距，其控制技術(shù)僅基于可編程控制器(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)式?，F(xiàn)在我國(guó)斗輪堆取料機(jī)已經(jīng)從最初的研究階段轉(zhuǎn)向發(fā)展階段，向更高的產(chǎn)品質(zhì)量和設(shè)計(jì)水平邁進(jìn)。 斗輪堆取料機(jī)的應(yīng)用在我國(guó)起步較晚，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)國(guó)內(nèi)部分鋼廠、碼頭急需使用此類

6、設(shè)備，為滿足當(dāng)時(shí)的社會(huì)需要我國(guó)開(kāi)發(fā)了第一代斗輪堆取料機(jī)。這標(biāo)志著我國(guó)己具有制造大型散料輸送機(jī)械的能力。20世紀(jì)80年代，由于電力和鋼鐵工業(yè)的發(fā)展，斗輪堆取料機(jī)發(fā)展迅猛，在電力部門、港口使用量劇增。 20世紀(jì)90年代，國(guó)內(nèi)斗輪堆取料機(jī)已經(jīng)向更廣的方向發(fā)展。在鋼鐵企業(yè)、電廠、各大港口到處都可以看到斗輪堆取料機(jī)。但是國(guó)內(nèi)的設(shè)計(jì)和研究水平有限，為了縮短與國(guó)際先進(jìn)國(guó)家的差距，采取進(jìn)口和合作制造的方式。進(jìn)口和引進(jìn)的國(guó)家有日本、美國(guó)、德國(guó)、奧地利、意大利等國(guó)家。國(guó)內(nèi)生產(chǎn)的第一臺(tái)用于高寒地區(qū)的斗輪堆取料機(jī)是DQLl600／1600．35，目前正運(yùn)行于內(nèi)蒙古的霍林河礦區(qū)。國(guó)內(nèi)現(xiàn)在已開(kāi)始了關(guān)于斗輪堆取料機(jī)自動(dòng)控

7、制方面的研究，控制水平已經(jīng)達(dá)到20世紀(jì)70年代國(guó)際水平。另外，為了使斗輪堆取料機(jī)工作時(shí)更加穩(wěn)定安全、可靠，在設(shè)計(jì)過(guò)程中引入計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)，圖象處理技術(shù)，故障檢測(cè)技術(shù)等各種信息技術(shù)。這些技術(shù)的引用將使我國(guó)在斗輪堆取料機(jī)的設(shè)計(jì)和研發(fā)盡快趕上世界先進(jìn)水平邁進(jìn)。 圖2斗輪堆取料機(jī)模型 1.斗輪臂架2.塔架3.起升油缸4.俯仰鉸點(diǎn) 5.配重懸臂6.回轉(zhuǎn)大軸承7.門架 1.3.3發(fā)展方向 在過(guò)去的40年，發(fā)達(dá)國(guó)家斗輪堆取料機(jī)技術(shù)的發(fā)展，極大地促進(jìn)了散料輸送工業(yè)的發(fā)展。近年來(lái)，自動(dòng)化和信息技術(shù)又推動(dòng)了該產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。 (1)理論生產(chǎn)率向大型化發(fā)展。斗輪堆取料機(jī)的理論生產(chǎn)率是衡量斗輪堆取料機(jī)

8、規(guī)模的一個(gè)指標(biāo)，它從開(kāi)始時(shí)的每小時(shí)幾十立方米發(fā)展到現(xiàn)在的每小時(shí)近20000。據(jù)悉，德國(guó)目前仍在開(kāi)發(fā)有更大理論生產(chǎn)率的斗輪挖掘機(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(lái)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

9、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；采用遙控遙現(xiàn)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)重量，提高設(shè)備的可靠程度。 ABB公司已開(kāi)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，并且盡可能少地受環(huán)境和操作人員水平的影

10、響。 1.4斗輪機(jī)構(gòu) 1.4.1斗輪機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)裝置的形式和概況 斗輪機(jī)構(gòu)包括斗輪和斗輪驅(qū)動(dòng)裝置，作為挖取物料之用。斗輪驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)主要有：電機(jī)、減速器、制動(dòng)器、液力聯(lián)軸節(jié)、鏟斗等組成。斗輪機(jī)構(gòu)裝于臂架的頭部，斗輪是由電動(dòng)機(jī)通過(guò)液力聯(lián)軸節(jié)的減速機(jī)來(lái)驅(qū)動(dòng)的。斗輪機(jī)構(gòu)通過(guò)斗輪的旋轉(zhuǎn)，配合堆取料機(jī)的行走、俯仰，逐層或按階梯形方式分層取料。 斗輪由脹圈與減速機(jī)輸出軸聯(lián)接。大扭矩的軸套聯(lián)接的脹圈能夠取代鍵槽聯(lián)接。脹圈是不帶鍵的而靠摩擦聯(lián)接軸轂的一種裝置，容易調(diào)整和拆卸，具有脹縮配合的所有優(yōu)點(diǎn)。脹圈是通過(guò)徑向壓力在軸轂表面產(chǎn)生的摩擦力來(lái)傳遞扭矩和軸向負(fù)荷的。減速機(jī)齒輪為密封的油浴式潤(rùn)滑。 斗輪的驅(qū)動(dòng)裝

11、置一般布置在斗輪的兩側(cè)。煤系堆取料機(jī)的斗輪安裝在臂架前端部的右側(cè)，鏟斗底部敞開(kāi)，與輪體內(nèi)部相通，圓弧形導(dǎo)料板通過(guò)調(diào)整絲杠固定在臂架的端部。當(dāng)取料機(jī)構(gòu)工作時(shí)，通過(guò)電機(jī)、液力聯(lián)軸節(jié)、減速箱，使斗輪轉(zhuǎn)動(dòng)，鏟斗切入物料堆挖取物料，物料沿弧形導(dǎo)料板轉(zhuǎn)動(dòng)到卸料區(qū)，由于卸料區(qū)沒(méi)有弧形導(dǎo)料板擋住物料，物料依靠自重卸到溜煤板上，最后落到皮帶上，通過(guò)皮帶的運(yùn)轉(zhuǎn)輸送物料。 1.4.2鏟斗的組成 鏟斗用來(lái)直接挖取物料，并將挖取下來(lái)的物料運(yùn)送到卸料處。通常情況下，斗輪體上裝置的鏟斗數(shù)目有6-12個(gè)，鏟斗的容積為20-630d m3。煤系統(tǒng)堆取料機(jī)的鏟斗數(shù)量為8只，鏟斗的容積為2.5立方米。鏟斗要有合理的形狀，使挖取

12、過(guò)程中的阻力最小。鏟斗還要有足夠的強(qiáng)度和耐磨性，保證工作過(guò)程安全可靠，使用壽命長(zhǎng)，并能快速更換鏟斗的磨損部分。 圖3鏟斗的形狀 鏟斗的種類很多，根據(jù)用途和挖取物料的不同，較常使用的有平口斗、斜口斗、帶齒斗等。斗口形狀有拱形，梯形、花瓣形等（圖2-4-1）。 鏟斗由切割刃、斗唇、斗底和底座等組成。在鏟斗的斗唇部分堆焊有斗箍 ，用以增加鏟斗的鋼性和強(qiáng)度。斗齒的作用是為了減少斗口的磨損，過(guò)去多用高錳鋼斗齒以鉚釘或高強(qiáng)度螺栓固定，現(xiàn)在改用鑄鋼（ZG55）或高強(qiáng)度合金調(diào)質(zhì)鋼，表面堆焊耐磨層，可大為提高斗齒的壽命。 1.4.3斗輪的組成 斗輪由斗輪體和鏟斗組成，通常采用的斗輪直徑為2-18m

13、。根據(jù)生產(chǎn)能力的不同，直徑大小也不同。斗輪按其結(jié)構(gòu)型式可分為：有格式斗輪、無(wú)格式斗輪和半格式斗輪。 1.4.3.1有格式斗輪 有格式斗輪結(jié)構(gòu)（如圖2-4-2a）所示。鏟斗1用螺栓固定在輪轂2上，每個(gè)鏟斗有一個(gè)對(duì)應(yīng)的卸料溜槽，它是由前后格板4和溜板3組成。溜板傾斜安裝，由鏟斗卸下來(lái)的物料經(jīng)溜板3卸到斗輪一側(cè)的膠帶輸送機(jī)上。 為了防止鏟斗內(nèi)的物料在還沒(méi)有到卸料位置時(shí)從卸料槽流出，在斗輪靠卸料一側(cè)裝有扇形檔板5，斗輪旋轉(zhuǎn)時(shí)檔板5不動(dòng)而擋住已裝進(jìn)鏟斗及卸料溜槽的物料。 有格式斗輪由于每個(gè)斗（如斗輪直徑較小時(shí)，有時(shí)相鄰兩個(gè)斗）都有自己相應(yīng)的卸料槽，物料滑移行程較短，因而適宜于挖掘中小塊度堅(jiān)硬的物

14、料。由于物料與卸料槽滑動(dòng)表面之間的摩擦力阻礙卸料，有格式斗輪卸料區(qū)間較小，其卸料角不超過(guò)7093°，故而斗輪轉(zhuǎn)速必須取得較低，否則物料來(lái)不及卸出。有格式斗輪的另一個(gè)缺點(diǎn)是斗輪工作表面很大，較容易粘結(jié)物料，清掃格子內(nèi)表面比較困難，故有格式斗輪不適合于挖掘粘性物料。 1.4.3.2無(wú)格式斗輪 無(wú)格式斗輪結(jié)構(gòu)（如圖2-4-2b）所示，它是由鏟斗1和輪轂2等組成的。在斗輪體中央固定有前導(dǎo)板6、側(cè)導(dǎo)板7及后導(dǎo)板8構(gòu)成的卸料槽。斗輪在工作時(shí)旋轉(zhuǎn)，而中間卸料部分不動(dòng)。中間部分除卸料槽外，在周圍上還焊有與斗輪寬度相同的圓通形擋板9，使裝滿在鏟斗中的物料不從開(kāi)口部分流出，只有轉(zhuǎn)到位置才能流出來(lái)卸裝。 工作

15、時(shí)鏟斗由下而上逐漸裝滿，由于固定不動(dòng)的圓筒形擋板9擋住物料而不能外流，當(dāng)鏟斗轉(zhuǎn)到卸料槽處，物料從斗口流出，落在卸料槽上，經(jīng)溜槽到膠帶輸送機(jī)的漏斗里，被輸送機(jī)運(yùn)走。 在無(wú)格式斗輪中，物料在重力的作用下脫離斗壁和斗底。當(dāng)物料不粘附時(shí)，就能自由的從鏟斗中卸出，不需要經(jīng)過(guò)斗輪的內(nèi)表面直接落入卸料裝置，故而卸料區(qū)間大，卸料角達(dá)130°。 無(wú)格式斗輪的優(yōu)點(diǎn)是斗速高，為有格式斗輪的1.5～1.2倍。同樣尺寸和重量的斗輪，生產(chǎn)能力幾乎可以提高相同的倍數(shù)，最適用于挖掘粘性物料，因此近10年來(lái)優(yōu)先發(fā)展無(wú)格式斗輪。 無(wú)格式斗輪的缺點(diǎn)是，卸料高度大，需要在斗輪內(nèi)裝設(shè)結(jié)構(gòu)復(fù)雜的專用卸料裝置。此外，無(wú)格式斗輪的鏟斗

16、裝的過(guò)滿時(shí)，會(huì)使物料在鏟斗內(nèi)壓實(shí)，妨礙自由卸料。因此近期出現(xiàn)了半格式斗輪。 1.4.3.3半格式斗輪 半格式斗輪，如圖（2-4-2c）所示。這種斗輪也是由鏟斗1、輪轂2構(gòu)成。中間有一個(gè)同無(wú)格式斗輪相似的中間轉(zhuǎn)卸裝置。 這種結(jié)構(gòu)是將輪轂2的高度增加，鏟斗用螺栓固定在輪轂上。當(dāng)鏟斗挖取物料時(shí)，不但物料可以裝在鏟斗中，而且還可以裝進(jìn)環(huán)形框架構(gòu)成的空間里，使鏟斗裝載物料的有效容積增大。 在斗輪直徑比較大的斗輪堆取料機(jī)中，采取半格式斗輪，可兼有有格式斗輪的優(yōu)點(diǎn)。半格式斗輪鏟斗的卸料同無(wú)格式斗輪一樣，都在同一卸料槽中卸料，因此，這種結(jié)構(gòu)在某種程度上結(jié)合了有格式斗輪的優(yōu)點(diǎn)——斗下空間和結(jié)構(gòu)剛度較大，

17、物料下落高度小，和無(wú)格式斗輪的優(yōu)點(diǎn)——卸料區(qū)間和可以提高斗輪的速度。所以這種斗輪是結(jié)構(gòu)較為先進(jìn)的一種。 2.方案論證 2.1方案1 采用一級(jí)傘齒輪和二級(jí)行星齒輪傳動(dòng)進(jìn)行減速，因此，局部結(jié)構(gòu)比較緊湊。但由于采用了電動(dòng)機(jī)作用力，液力偶合器作聯(lián)結(jié)部件，且傘齒輪傳動(dòng)副在嚙合過(guò)程中因易發(fā)熱升溫而需要一臺(tái)齒輪汞單獨(dú)進(jìn)行局部潤(rùn)滑，所以總體結(jié)構(gòu)外形尺寸較大，總體質(zhì)量也較大，達(dá)3.2t以上。 2.2方案2 采用內(nèi)曲線徑向柱塞式低速大轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)斗輪，結(jié)構(gòu)緊湊，總質(zhì)量不到1.6t，約為方案1質(zhì)量的一半。但由于輸出軸與斗輪直接相連，故轉(zhuǎn)速較低（）。而液壓馬達(dá)長(zhǎng)期運(yùn)轉(zhuǎn)于低速區(qū)，其效率并非處于

18、最佳值段，因而故障增多，維修困難，并且這類液壓馬達(dá)的成本昂貴。 2.3方案3 綜合方案1和方案2，采用高速小轉(zhuǎn)矩液壓馬達(dá)加優(yōu)化設(shè)計(jì)的二級(jí)行星齒輪減速器的結(jié)構(gòu)形式。這種形式既能克服方案1外形尺寸較大、質(zhì)量較大的缺點(diǎn)，又可克服方案2使用低速液壓馬達(dá)而存在的不足。通過(guò)提高液壓馬達(dá)的輸出轉(zhuǎn)速（），改善馬達(dá)輸出效率，從而選用普通型的重量輕、低成本液壓馬達(dá)。通過(guò)對(duì)行星齒輪減速器進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)，使總體結(jié)構(gòu)最緊湊，體積和質(zhì)量最小。 參考文獻(xiàn) [1] 包起帆、張質(zhì)文等.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1997. [2

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