张 亮，金铁岩，刘云峰

（1.北方重工集团有限公司，辽宁 沈阳 110041；2.太原科技大学 研究生学院，山西 太原 030024）

0 引言

斗轮堆取料机的取料生产率是设备最重要的参数，取料生产率是指斗轮堆取料机单位时间内所能挖取物料的多少，实际使用中又分为理论生产率、额定生产率和最大生产率。理论生产率是由当量斗容及其他斗轮参数计算出的生产率值，它也是与斗轮配套的带式输送机允许通过的最大输送生产率。额定生产率是依照设计工况和工作方式进行连续作业的每小时平均生产量（测定时，按有关规定时间的平均值计算）。最大生产率是由铲斗瞬时最大铲料量计算出的单位小时的生产量。额定生产率（平均取料生产率）关系到设备在较长一段时间范围内完成总取料量的多少或取走一定的物料量所花费的时间，它影响设备总的使用效果。

1 斗轮机构基本参数的确定

1.1 取料生产率及其关系

理论生产率为：

Q理＝C·Q额。

最大生产率为：

Qmax＝C1·Q理。

设计时，斗轮机构通常是根据额定生产率Q额确定斗轮直径D，再参考同类型的斗轮堆取料机确定斗轮的切向速度vc或斗轮转速n斗，然后根据斗轮的结构选取卸料速度系数k2和无因次的形状系数w，从而确定斗距a、铲斗数Z、铲斗容积q（本文叙述的顺序与其他参考文献有所不同）。

1.2 斗轮直径的确定

从整机设备重量、经济性和稳定性等方面考虑，斗轮机构体积和重量应该尽可能小些，但从提高生产率和稳定工作载荷等方面来考虑，斗轮机构体积应该稍大些，所以确定斗轮直径时应综合考虑。

（1）根据生产率即理论生产率来确定斗轮直径（德国确定方法）为：

其中：ρ为物料密度，t／m3。

（2）前苏联根据统计和分析确定的经验公式为：

（3）根据最大生产率确定斗轮直径为：

其中：k1为直径系数，通常k1＝0.4～0.6。

斗轮直径的大小在实际绘图时要受技术协议中规定的悬臂胶带机带宽、悬臂胶带机头部改向滚筒是否为液压张紧、卸料板角度、有无提升导料槽等诸方面因素的影响，所以计算数值只作为基准值，不作为绝对值来使用。我国通常按式（3）计算，笔者验算了德国生产的多台臂式斗轮堆取料机的斗轮机构基本参数，结合多年设计经验认为式（3）与实际绘图最终确定的斗轮直径最为合适。

1.3 斗轮转速的确定

要实现重力卸料，离心力必须小于或等于重力，当极限情况时重力与离心力相等，则斗轮极限速度为：

为了保证铲斗内物料全部卸出，即引入一个小于1的卸料速度系数k2，使铲斗的实际切向速度vc小于极限速度。即：

对于有格式斗轮（卸大块的或内摩擦系数大的物料）k2＝0.2～0.3，对半格式斗轮k2＝0.35～0.45，无格式斗轮（带侧滑板）k2＝0.4～0.6，无格式斗轮（带螺旋卸料器）k2＝0.6～0.65。

斗轮的切向速度不仅受卸料过程的限制，而且还要受磨损的限制。因为速度愈高，磨损就愈大，一般推荐vc≤5m／s。

另外斗轮转速还与臂式斗轮堆取料机回转机构的回转速度n回有关，即（这里只给出关系式，不是本文重点，不做详细说明）：

其中：l为臂式斗轮堆取料机回转半径；bmax为斗轮机构中铲斗宽度。

1.4 斗轮斗距的确定

在最初设计时，已知量只有理论生产率Q理（是通过额定生产率计算出来的），其余皆是未知量。为了建立斗距a（m）与理论生产率Q理的关系式，我们预先给出3个关系式：

（1）斗距与斗数、斗轮直径的关系：

（2）斗轮转速与斗轮直径的关系：

（3）理论生产率和斗容q、物料密度、斗数、斗轮转速之间的关系：

将式（7）～式（9）进行整理得：

为了便于评价斗轮结构的合理性，根据对已使用的各种斗轮堆取料机的分析，引入一无因次的形状系数w ：

将式（11）代入式（10）得出斗距a 与理论生产率Q理的关系为：

一般0.014＜w＜0.05，有格式斗轮选较小的w值；无格式斗轮取较大的w 值，宜在0.032～0.05之间选取；粒度小、黏性大、不易卸除的物料选较小的w值，也就是说，粒度小、黏性大、不易卸除的物料宜选用较少的铲斗数，反之亦然。

1.5 铲斗数的确定

（1）前苏联学者推荐铲斗数目为：一般物料Z＝8～12；较硬物料Z＝14～18。数量过少会增大驱动装置的振动。由理论生产率确定斗数为：

（2）根据经验公式确定斗数为：

（3）根据斗距确定斗数为：

笔者经验认为式（15）计算的数值较为理想。

1.6 铲斗容积的确定

由式（9）可得出铲斗容积计算公式为：

我们通常讲的铲斗容积（当量斗容）q由两部分组成，即q＝q1＋q2。其中，q1为铲斗的几何容积，m3，q2为铲斗几何容积延伸部分的容积，对于无格式斗轮即为斗轮体环形腔的容积，m3。根据笔者经验，初步计算时，无格式斗轮q＝1.25q1，有格式斗轮q＝q1。铲斗容积是决定理论生产率的重要参数，而铲斗的几何容积q1却是实际绘制铲斗外形的依据，这里要将两个概念区分开。

2 应用实例

某工程项目用臂式斗轮堆取料机型号为DQL2000／2000·40，即额定生产率Q额＝2 000t／h，物料种类 为铝土矿石，密度为1.3t／m3，粒度≤50 mm，物料较黏。

（1）理论生产率Q理和最大生产率Qmax（t／h）为：

Q理＝C·Q额＝1.5×2 000＝3 000t／h，

Qmax＝C1·Q理＝1.1×3 000＝3 300t／h。

计算出理论生产率后，应该去验算与斗轮配套的带式输送机允许通过的最大输送生产率是否一致。

（2）斗轮直径D（m）为：

取中间值D＝6.85m。根据式（1）、式（2）计算出的斗轮直径分别为Φ9.8 m 和Φ8.1 m。依据本项目斗轮堆取料机的技术协议中规定的悬臂胶带机带宽、悬臂胶带机头部改向滚筒是否为液压张紧、卸料板角度、有无提升导料槽等诸方面综合因素考虑，最终确定D＝6.8m。

（3）斗轮转速n斗（r／min）为：

根据本项目物料特性宜选用较小的系数，即取n斗＝6.5，并验算：

（5）铲斗数为：

根据本项目物料特性宜选用较少铲斗数（即w 取下限），Z＝8。根据式（11）、式（12）计算出的铲斗数分别为Z＝9.8和Z＝10.4。

（6）铲斗容积q（m3）为：

铲斗几何容积q1（m3）为：

依据本项目物料的特性及技术系数的使用情况，最终铲斗几何容积定为0.6m3。

3 结论

斗轮机构是斗轮堆取料机的重要工作部件，其设计合理与否将直接影响设备的技术性能和使用寿命。随着现代技术的发展，斗轮堆取料机的产品还会不断的发展和完善，经验积累和新技术的应用会不断验证设备参数选取的是否合理。

［1］ 机械工程手册编辑委员会.机械工程手册［M］.北京：机械工业出版社，1997.

［2］ 中国冶金建设协会.钢铁企业原料准备设计手册［M］.北京：冶金工业出版社，1997.

［3］ 陈健元.挖掘机［M］.北京：中国工业出版社，1965.

［4］ 邵明亮，于国飞，耿华.斗轮堆取料机［M］.北京：化学工业出版社，2007.