第1章 概 述 在国民经济发展过程中，需要对一些散料进行装 卸。如热力发电厂需要把储料 场的燃料——煤取走，进行磨碎、喷烧；大型港口需 要把运送来的某些散料，如矿石 、煤炭等装船、卸船；斗轮挖掘机等采挖的矿物和废 弃物要运到储存场或排到排土场 等。如果采用“装载机-自卸汽车”系统作业，装载机 在铲入—举升—旋转—行走— 卸载—空转—空行程等一个作业循环中，既要完成取 料任务，又要完成输送任务，辅 助作业时间几乎占用2／3还多。自卸汽车载重量受到 限制，往返路程多，工作效率很 低，满足不了电厂发电的用煤需求。连续装卸机械的 采用，快速缩短了装卸时间，提高了工作效率，减轻 了工人劳动强度。在功率相同的情况下，斗轮堆取料 机的生产率约为单斗装载机的1．5～2．5倍。连续装 卸机械形成了搬运机械的一大类别，斗轮堆取料机是 散货料场专用堆取设备。斗轮堆取料机大多数都用在散料 的堆存、挖取和均料。它既能够最终靠旋转的斗轮在储 料场进行取料运走，又可以将来料经斗臂架带式输送 机反向运行而将物料堆存到料场 ，属于连续高效的堆取合一的装卸设备。堆取料机广 泛用于大型散货港口、火力发电厂的储煤场、大型土 方工程工地、大型钢铁公司的矿石煤炭原料场、大型 焦化厂、大型水泥厂、轻工化工等部门的储料场，进 行挖取堆放煤炭、矿石、砂石、焦炭、食盐等物料。 1．1散料连续装卸机械的特点 散料连续装卸机械与间歇式的起重机械和装载 机相比，有以下特点。 ①生产效率高。装料和卸料都采用带式输送机作 为基础构成，有专门的工作机 构，堆料(或取料)与输送是一起进行的，而且又是连 续作业，所以生产率很高。从装 载地点到卸料地点，连续而高速的物流使设备获得高 效率。如秦皇岛港口二期、三期 、四期工程就采用了多台堆料机和斗轮取料机，配合 翻车机、多台带式输送机和装船 机形成了高效连续装船系统。堆料机和斗轮取料机的 带速达 6m／h，带宽近 2m，生产 率是 3600m3／h。在元宝山露天煤矿连续开采系统中 使用的排土机生产率达 5000m3／ h。 ②散料连续装卸机械一般都沿着整条运输线路 布臵。这种布臵可以大幅度节省作 业时间。斗轮堆取料机利用行路机构、悬臂的转动和 俯仰来改变装料点和卸料点的位 臵，并且使用的过程中维护量少。 ③散料连续装卸机械一般供料均匀，工作速度稳 定，工作过程中最大载荷与平 均载荷差别不大，消耗功率变化也不大。能耗低，使 用成本低。 ④能耗低。因为物料输送是采用阻力较小的带式 输送机，所以功率消耗小。 DQ3025型斗轮堆取料机的总功率为147kW，而同样生 产率的装卸桥总功率却为310． 8kW。 ⑤简单易操作，安全可靠，易于实现自动化，劳动 条件好，劳动强度低。 ⑥投资省。使用斗轮堆取料机的堆场，其设备都 布臵在地面以上，基础简单， 工程的土石方量少，所以施工期短，总投资可大大节 省。 ⑦斗轮堆取料机有局限性。散料连续装卸机械不 适于装运单件很重的大块物料 ，通常只允许挖取300mm以下的物料。 1．2斗轮堆取料机和斗轮挖掘机的比较 斗轮堆取料机是在斗轮挖掘机的基础上发展起 来的，是斗轮挖掘机发展过程中 派生出来的一个分支，斗轮堆取料机的参数设计和结 构设计借鉴了斗轮挖掘机。国外 著名的斗轮挖掘机生产厂也都生产斗轮堆取料机，如 德国的曼-塔克拉夫公司、奥地 利的钢铁联合公司(简称“奥钢联”)等。 斗轮挖掘机和悬臂式斗轮堆取料机两者结构基 本相同，工作原理一样，只是使 用的对象不同。斗轮挖掘机主要是挖掘原始状态的岩 土或煤层，要求的挖掘能力大， 属于采掘机械；斗轮堆取料机则是装卸已经被采掘下 来的煤炭、矿石等散料，挖掘能 力相对要小，属于装卸机械。由于两者作业对象不同， 因此在末端工作机构的驱动和 结构件 的刚度强度等方面相差悬殊，这些决定丁其动 态性能有着本质 的不同。 斗轮挖掘机是连续开采工艺的核心 ，斗轮堆取料 机是连续散料装卸系统的核心 。因此有必要先 了解一下斗轮挖掘机。 1．2．1斗轮挖掘机的基本结构和工作原理 斗轮挖掘机按卸料装臵的不同形式可以分成两 大类：悬臂式和输送桥式(又称连 接桥式)。悬臂式斗轮挖掘机是斗轮挖掘机的基本形 式。 悬臂式斗轮挖掘机主要由以下几大部分构成：行 走装臵(履带式)、底架、上部 回转机构和平台(上含工作间)，斗轮机构、斗臂架和 斗臂架带式输送机(受料)、卸料 臂和卸料臂带式输送机、门架(又称立柱或撑架)、变 幅装臵(通常用卷筒钢绳变幅) 、平衡梁架和配重(含电气间)、司机室等，见图1-1。 第2章 散料连续装卸机械的相关术语 2．1散料物料的粒度 2．1．1物料粒度 物料粒度通常用能将其包容在内的最小长方体 的边长d来表示。粒度主要影响斗 轮切削力的设计、皮带宽度与速度的设计，考虑各转 载点的堵塞也十分重要。 按粒度，物料可以分成七 类：特 大块 ，大于 500mm；大块 ，200～500mm；中块 ，61～199mm；小块 ，10～60mm；粒状 ，0．5～9mm； 粉状，0．05～0．49mm；细粉 状，小于0．05mm。 2．1．2粒度组成 一定体积的物料，有的粒度大小是不同的，其质 量的分布状况称为粒度组成。 常用粒度级配百分率来表示。级配百分率分为分计级 配百分率和累计级配百分率。 2．2有关“堆积”散料的一些概念 散料一般呈堆积状态。 2．2．1堆积密度、堆积重度 物料在自然堆放(松散)状态下占据单位体积的 物质质量称为该物料的堆积密度 ，用ρ表示，单位为kg／m3或t／m3。 占据单位体积的物质重量称为该物料的堆积重 度，用γ表示，单位为N／m3或 kN／m3。 堆积密度与该物料的粒度和湿度有关。对于块状 和颗粒状物料，随着粒度的减 小，堆积密度也相应减小。 2．2．2堆积角 自然堆放的料堆表面与水平面之间的最大夹角 称为堆积角。其中在静止平面上 自然形成的称静堆积角，在振动平面上测得的称动堆 积角。对连续装载机械，物料的 动堆积角大致是静堆积角的0．65～0．80倍，常取0．7 倍。 2．2．3燃煤、铁矿石的特性 物料特性是指斗轮堆取料机所输送的物料的特 性。不同的物料对设计与制造设 备有不同的影响。这些特性应由用户与设计人员确定， 并作为验收的依据。 (1)物料的品种 物料的品种指煤炭、铁矿石、石灰石等斗轮堆取 料机所输送的物料，不同的物 料，其磨损设备的程度也不同，对各转载点的卸料情 况及斗轮切削力都有影响，设计 中要考虑到这一参数。 (2)物料密度 物料密度是指堆取的松散物料的密度，单位为t ／m3。物料密度是设计斗轮与带 式输送机的重要依据，如细矿石的密度为2．4～2．9t ／m3。 一般煤炭的粒度≤350mm；燃煤堆积密度为 0．85～1t／m3；安息角0°～40° ；收到基全水分12％；干燥无灰基挥发分10％；铁矿 石的密度一般取值2．2～2．5t ／m3。 2．2．4外摩擦系数 散料与支承表面之间的摩擦力和法向正压力之 比称为该物料对支承表面的外摩 擦系数。它与支承表面的材料、表面形状和粗糙度有 关。支承表面有钢板、木材和输 送带等。 静态外摩擦系数是指在静止状态下测得的外摩 擦系数。 动态外摩擦系数是指散料和支承表面之间以一 定速度相对滑移时测得的外摩擦 系数。 试验表明，动态外摩擦系数的值是静态外摩擦系 数值的70％～90％。 2．2．5湿度(含水率) 物料颗粒表明产生的薄膜水(分子水)和充填在 颗粒间空隙的重力水合称为表面 水。含有表面水的物料称为潮湿物料。 与物料颗粒以化学方式形成化合物而存在的水 称为结构水；物料颗粒从空气中 吸收的水叫湿存水。 长期露天存放，表面水蒸发，仅留下结构水和湿 存水的物料称为风干物料或自 然潮湿状态物料。 仅含结构水的散料称为干燥物料。 物料所含湿存水和表面水的质量与烘干后的物 料质量之比称为湿度。湿度是表 示散料含水多少的度量值。 2．3堆取料机工艺流程 实际的运行过程中，堆取料机是散料输送系统的 始端或末端。最常用的工艺流 程有： ①翻车机卸车→带式输送机系统→堆取料机堆 料到料场；堆取料机取料→带式 输送机系统→电厂配煤仓； ②翻车机卸车→带式输送机系统→堆取料机堆 料到料场，堆取料机取料→带式 输送机系统→装船机装船； ③卸船机卸船→带式输送机系统→堆取料机堆 料到料场；堆取料机取料→带式 输送机系统→装火车系统装车。 第3章 斗轮堆取料机概述 斗轮堆取料机主要承担散料的堆存、挖取和均 料，即通过斗轮进行取料，又可 将物料经斗臂架带式输送机反向运行而将物料堆存到 料场。 3．1斗轮堆取料机的分类 散料连续装卸机械的种类很多，输送对象不同， 结构也不相同，如斗轮堆取料 机、排土机等。 斗轮堆取料机按其功能、用途可分为以下几种。 ①堆料机 专门用于堆料作业一个功能。 ②取料机 专门用于取料作业一个功能。 ③堆取料机 用于堆料作业和取料作业两个功 能。 ④混匀堆料机用于均化堆料。 ⑤混匀取料机用于均化取料。 斗轮堆取料机按结构及形式可分为以下几种。 ①悬臂式斗轮堆取料机具有悬臂、俯仰、回转、 行走功能，大多数都用在条形料场 ②门式斗轮堆取料机 “大跨度双梁”结构，主 要用于矩形料场。 ③桥式斗轮堆取料机 属于“大跨度单梁结构”。 ④圆形料场斗轮堆取料机 分为桥式和悬臂式两 种类型。 ⑤刮板式取料机 分为桥式和人字式两种类型。 按尾车功能又分为以下几种。 ①固定单尾车 可以完成堆料、取料作业。 ②活动单尾车 可以完成堆料、取料、直通或折 返取料作业，提高回转角度范围 ③固定双尾车 可以完成堆料、取料、自通作业。 ④活动双尾车 可以完成堆料、取料、直通或折 返取料作业。 ⑤伸缩升降双尾车 可以完成堆料、取料、直通 作业，能够提高回转角度范围， 降低落差。 按理论生产能力，斗轮堆取料机可分为以下几 种。 ①轻型 牛产率在630m3／h以下。 ②中型 生产率为630～2500m3／h。 ③大型 生产率为2500～5000m3／h。 ④特大型 牛产率为5000～10000m3／h。 ⑤巨型 生产率在10000m3／h以上。 按运行装臵的形式，斗轮堆取料机可分为履带 式、轮胎式和轨道式等。我国目 前生产的斗轮堆取料机大多为轨道式。 按斗轮臂架的平衡方式，斗轮堆取料机可分为以 下几种。 ①活配重式 如 DQ3025型斗轮堆取料机是采用 活配重形式，该机的斗轮臂架利 用钢丝绳吊挂于带配重的平衡梁上。 ②死配重式 如 KL-1型斗轮堆取料机采用的是 死配重。 ③整体平衡式 如DQ5030型和DQ8030型斗轮堆 取料机就是采用整体平衡式，如 图3-1所示。 活配重式比死配重式和整体平衡式优越之处在于，当 斗乾臂架变幅时，整机的 倾翻力矩变化很小，稳定可靠，但整机的高度较其他 两种要高。 3．2斗轮堆取料机的应用范围 斗轮堆取料机主要应用于大型货场的散料装卸。 如：日燃煤量在300t以上的各 个电厂、水泥厂、化工厂；年吞吐量在200万吨的散 货码头、港口，散料货物范围不 仅是煤，还包括砂子、矿石碎块等；大型钢铁企业的 烧结厂。 3．2．1悬臂式斗轮堆取料机应用范围 适用于物料堆积料场只有一个或两个数量较少 的料场，如发电厂、水泥厂、化 工厂等。堆取料机可分别向两个料场堆料或从两个料 场取料。一台或两台斗轮堆取料 机可对所有相邻料场进行堆料与取料作业，此时设备 作业率较高。 在料场数量较多，如三个或四个以上料场，当每 个设备都具有堆料与取料流程 时也可选用堆取料机。相对于取料机与堆料机，堆取 料机的设备成本要高一些。 3．2．2单一功能的取料机与堆料机应用范围 取料机与堆料机适用于大型码头、港口项目。在 大型散货料场的地面，利用带 式输送机，设计成单一的流程，即堆料流程或取料流 程。 一般同一料场相邻的两个设备一个是堆料机，另 一个是取料机。对同一料场或 不同料场，这两台设备可同时进行取料与堆料，如堆 料机用于卸火车，同时取料机用 于装船，参见图1-6。 对大多数电厂用户，堆料机卸火车，同时取料机 可取料上煤。对大型码头项目 ，可以设计成取料机比堆料机多一台的布臵形式。对 一些电厂的用户，也可采用一台 堆料机和两台取料机的布臵形式，此时三台设备可在 两个料场同时工作。 3．2．3混匀取料机与混匀堆料机应用范围 顾名思义，混匀取料机与混匀堆料机既有正常的 堆料与取料功能，又有均化功 能。大多数都用在钢铁企业、水泥行业，对电厂的原料进 行均化处理，如烧结厂铁矿石原 料的均化、水泥厂的石灰石均化、发电厂的煤炭均化 等。其重要意义在于经过均化后 的原料的化学成分相对来说比较稳定，煤炭灰分与燃烧值也相 对稳定，可使这一些行业在产品质 量控制方面与产品质量方面有较大提高，同时提高了 经济效益，降低了能源消耗。 混匀取料机通常为桥式或门式结构。混匀堆料机 通常是摇臂 式结构。 在具体工作时，与普通堆取料机的不同之处在于混匀 堆料机是连续行走堆料，堆料 方式又可 第4章 斗轮堆取料机总体设计 4．1总体设计概论 ①机器在正常工作条件下，整机应有充足的强 度、刚度和稳定能力。 ②机器不论在工作状态或非工作状态，在规定的 俯仰范围内的各种工况下，整机都应当处于稳定状态。 ③在输送线路上，特别是在取料、卸料和各转运 点，一定要保证物流顺畅，不发生物料溢出或堵塞现象。 ④斗轮堆取料机工作制为重型工作制，主要钢结 构设计寿命为30年。 ⑤斗轮直径与带式输送机参数和取煤炭与取铁 矿石的同能力的斗轮取料机相比，一般取煤炭时要求 斗轮直径大，输送带带宽较宽、带速高，斗轮驱动功 率较小；取铁矿石时则要求斗轮直径小，输送带带宽 较窄、带速低，斗轮驱动功率较大。 ⑥司机室的要求。司机室要安装牢固，有防振措 施以防振动，且保持在垂直位臵。司机室采用隔热密 封结构，三面安装玻璃窗，并设雨刷器，全部门窗均 为铝合金结构，其玻璃要便于清洁。司机室内噪声应 小于70dB，粉尘含量小于10mg／m3。 司机室的位臵 应保证司机视野良好，联系方便。司机室内设有操作、 监视和信号系统，并备有高度可调的旋转坐椅，内设 空调，电热取暖器、灭火器、电话等。司机室
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