范磊

摘 要：本文对臂式斗轮取料机的俯仰油缸速度计算方法、斗轮驱动以及部分钢结构进行了改进，经实践证明，这些改进减少了设计及制造成本，提高了设备运行的可靠性，并为后续类似设备的设计制造提供了可靠的借鉴经验。

关键词：臂式斗轮取料机；马达；配重臂；四轮架

中图分类号：TH24 文献标识码：A

QL1500·32臂式斗轮取料机是为宣化钢厂技术改造工程设计、制造的。本设备是借鉴以往设计经验，结合本项目具体要求，在满足功能的前提下，将以往类似设备出现的问题加以改进，并设计全新的臂式斗轮取料机。本文详述了该设备的改进之处，并对部分改进之处进行计算校核。

改进方案及校核：

1 斗轮驱动改为液压马达驱动

以往设计的斗轮大多采用电机+偶合器+减速器驱动。这种形式驱动的斗轮机构，当斗轮取料量过大时，驱动过载，易引起电机过电流、跳闸，部分钢结构甚至由于过载而发生破坏等。尽管偶合器在一定程度能起保护作用，但过载持续时间较长的情况下，减速器仍承受过大的载荷，容易对减速器造成损坏。鉴于以上原因，本设备的斗轮由传统的电机+偶合器+减速器驱动改为液压马达驱动。

液压马达驱动装置由液压马达、液压站和管路系统组成。由于液压马达和液压站之间通过管路连接，因此，液压马达和液压站可以布置在不同的位置。以功率为110kW的驱动装置为例，电机+偶合器+减速器形式的驱动装置重量约为4t，与其传递相同扭矩的马达重量约为1.8t，减重约2.2t。由于斗轮装置布置在设备头部，以本设备为例，回转半径为32m，俯仰角度为-14.4°～+17°，总重量能除低2%左右，采用液压马达降低了设备自重以及配重的同时，也改善了上部金属结构的受力。

除此之外，斗轮机构过载时，采用马达驱动能够通过液压系统的控制阀切断通往马达的油路，马达的输出扭矩降低，保护设备，降低维修成本。

2 油缸最大工作速度确定为

整体液压俯仰型式的臂式斗轮取料机是由油缸的伸缩来完成俯仰动作的。以往设计的臂式斗轮取料机，油缸俯仰速度大多采用解析法得出。过程较复杂，本设备采用做图法得出油缸最大工作速度。在计算油缸工作速度时，参与俯仰部分可认为是铰轴以上部分，可简化成如图1所示。

在图1中，斗轮中心处线速度规定为6m/min，上部金属结构各杆简化成杆A、B、C，组成一个整体，液压缸简化成杆D。由此可推断杆杆A、B、C角速度计算公式如下：

VD=r×ω=8.937×0.21=1.88m/min （2）

由此，可得出油缸最大工作速度计算公式如下：

油缸速度V=VD×sin21°=0.7m/min （3）

配重臂后部箱形结构改为工字形结构。配重臂作为承载配重的主要焊接钢结构，其结构的合理性对整机性能的保证起着关键的作用。以往设计中，配重臂后部采用以下结构，如图2所示。

这种箱形结构虽然在理论上保证了结构的强度，但由于受到尺寸620和360的限制，在实际施焊过程中，底部焊不到。因此在本项目的设计过程中，对此处结构进行了改进，将上述箱形结构改成如下结构，如图3所示。改进后截面的抗弯截面模量与之前的一致，大大提高了可焊性。

3 过渡托辊组改成槽角可调的托辊组。不同工况造成胶带的凸弧段和凹弧段，再加上设备结构限制，凸弧段和凹弧段胶带最小曲率半径不能太大，皮带容易造成褶皱现象，加速皮带的磨损。

在本项目设计中，对此处的结构进行了改进。将原有的过渡托辊组改成槽角可调的托辊组。改进前结构如图4所示，单侧边支柱只有一个槽，长度固定。

改进后，单侧边支柱由原来一个较小的槽改为两条调节槽，并且将边支柱改为弧形。改进后的结构如图5所示。改进后的托辊结构避免了皮带褶皱现象的产生，减少了皮带的磨损，使得皮带运行更稳定可靠，提高了生产效率。

4 四轮架的腹板由原来五块钢板对接焊改为由一整块钢板加工而成。以往设计的四轮架如图6所示。

四轮架材料为Q345-B，腹板由五块钢板组成，三块厚度为30mm的，两块厚度为12mm的。三个铰轴孔有采用轴套的，有采用外贴脐子的。这样的四轮架因为厚度为30mm的钢板和轴套需要先机加车间进行加工，然后再转到焊接车间进行焊接（即跨车间作业）。这就增加了制造成本和时间。同时，厚度为30mm的钢板和厚度为12mm的钢板对接焊缝也需要进行探伤。鉴于以上几点，现对四轮架的结构进行以下几点改进：原五块钢板组成的腹板现用一块厚度为25mm的钢板代替；两孔距离由790mm改为700mm；梁高由620mm变成530mm。改进后的四轮架如图7所示，在满足使用强度的前提下，减少了制造时间和探伤。

结语

本设备现已带料运行，取料、俯仰动作等均正常。实践证明，在设计过程中，采用做图法得出油缸速度真实准确，简化了设计计算过程。在制造过程中，对配重臂后部及四轮架结构上的改进，减少了制造工时，提高了结构的质量。而斗轮改为液压马达驱动，有效地避免了由于过载而产生的种种问题，提高了设备运行的稳定性。以上几点改进不仅仅降低了本设备的成本，对后续类似产品的设计制造也起到很好的借鉴作用。

参考文献

[1]刘鸿文.材料力学[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]张质文.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社，2001.

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