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1、小型斗轮挖掘机的应用及其工作装置的参数计算上海水工机械厂李行小塑斗 轮挖掘机是 一 种多铲斗还妇业开挖装卸的机械设 价。白的雏 型i州十巴、想,一 旱在1 5世纪就已开始了,但、获得实 际的厄川。直 到2 0世纪初期.山一犷火力发电迅 速发展的需要,它才被应川于露天褐伙 矿的开采和复盖层剥六勺开挖装 卸施工中。1几经 数十年的不断 发展和完善, 习前已)一泛十也应用于土方施工、矿山建i泛以及霖天褐煤 等的开挖装卸方而;与于训是 在港口码少;狡松故 物 料储料场等的少笑卸作业中,更较多地采用了小型斗 轮挖 掘机。因小型 斗 轮挖掘机的装 卸工作可连 续进 行,生产效 率较高;可直 按 卸 载几运
2、 愉 之,.或年 效流较;挤。他:i /引次带巨俞 机吐,经一、小型斗轮挖崛机构造设 计特 征通i生应l 勺小型斗轮 佗倔机的 构造 设计待征.主要 山履带式行走 笑置构底 盘(有时也门丁能 是轮胎 式:凭轨 道式的 丁走装置)和其上部结 构件 等所 组成。_巨部结钩中,包括前端的铲斗和了1轮休以及装有受抖胶 带连输机的一斗轮 臂架、).幸端有卸载的胶 带运 输机和机架以及中部的集 中受料斗和转 盘机构等,大 致如 图1所示。就部件的工作性质而 言,小 型 . . .一 , 川一仁仁亡只只1别1小型牛轮挖掘机沟造;州卜、恋“11、_仁作装捉2、问转支承装置3、而屯装置4、捉升 变幅右川少斗 轮
3、挖掘机的构造 设计,华本卜由下列四大部份组 成:1.工作 装置 一一包括 铲斗及支持护一斗的斗轮体有I斗 轮 汁架,、厂及转载和运 输装置等;2.回转 支承件笠一一叮州水 平回摆工作袋 置及卸载 胶带 运输 机,使该机开挖 装卸一仁作得以连续进于补3.行走 装置一一用以移功小型斗轮挖掘机,片支承 该机 上部的全部重量。它 的主要型式,通 常多采用 履带式 行走装置,有时也采明轮胎式 或轨立式等 的 行走装置;1 了咬.提 升变 幅机构一一用以改变 工作装置及卸载装 置的 工作位置高低,以适应各种工作 条例 的 需要,满足对施工作业的要 求。在 上述四大部份中,工作 装置 是较重要的组 成部份,
4、己直 接影 响该机的生 产 率和使用性 能。所以对呀匀成 工作 仗置 中好个主 要部件的 结构及运 功参数,都 要合理 地加以选 排和计算,才 能有效的满足理论 生 产率的要求。二、小 型斗轮 挖掘 机的 工作原理小型斗 轮 挖掘 机的工作原理是 斗 轮体在斗 轮臂 架的 首端部上转 动,一般为顺 时针方向,当斗 轮体外缘 上的 铲斗与物料 堆 接触时,铲斗 便开 始 从斗轮体的下部掘取物 料,并逐 渐装满 铲斗;装 满物料后 的铲斗随 着斗轮体旋转到斗轮体的顶 上部位 置时,物料借自身的重量,卸 载到斗轮臂 架上已设置的 受科胶带 运输机中,并 从它 的后端转卸于该机,央平台上的受料斗中。在
5、受料斗 的下部,与i亥机后 部所没置 的卸载胶 带运输机的进料 端相 连接,物料通 过卸载胶带运输机的尾 端,卸装于运输卡车中或其 他再转载的胶带 运 输机上,以便 最终卸载到 某 固有的卸料场地。为 了 掘取物料能连 续进行,除斗轮体旋转外,还要有专门传动机构,用以分 别控 制斗 轮臂 架及卸载胶 带运 输机架 的水平回摆 和俯 仰变幅,以及整机前后移动等性能,以便洲整掘料和卸载的高度和宽度等。三、小型斗 轮挖掘 机的作 业方法小型 斗轮挖掘机 的作业方 法,主 要有两种墓术不 同的型 式:一种是梯田形掘取物料法,另一种是直落式 掘取物料法。它们两者间的共同点邵是斗 轮休作旋转运动,而斗轮竹
6、 架同 时作 水平回摆运动,以进 行 连 续 性作业。j弟田形的掘取物料 法,大致如图2所示:在作业 开 始 前,首先将斗轮体提升 到所需要的 高度处,使斗轮付、外缘上的铲斗与物料堆最上层的物料层 相接触,接触高度约为 斗轮体直径的号一 含。然 后转动斗轮体,使其顺 时针 方 向旋转,并同时进 行斗轮臂架的E J IZ梯12形J无,i料小音图目3直落式掘丰一刁丈公图缓 慢回摆 运动;当斗轮 臂 架水 平回摆到达终 点 处 时,操作 人 员必须使 整机向物料掘取面的前进方 向移动一小 距离进给量5。,然后反向水 平回摆 斗轮臂架,继 续进行作 业。重复前述操作,直到 该机的履带式行走装置(或其他
7、类型 的行走装置)与物料堆地面层的 斜 坡相遇时,操作人员应将整机后退到一定的距离,同时将斗轮体下降含一含斗轮体直 径的距离,使斗 轮体外缘的铲斗与物料堆上 的第二层物料相 按触,继 续进 行斗轮臂 架的水平回摆作业。如 此循 环 土述作 业,直 到铲斗掘取物料堆底层物料完毕后,再开始 弟二轮物料堆上 层的物料掘取,连 续地 进行 掘取物料作业。直落式的掘取物料 法 在开始作业前,已的准备动作基本上与梯田形掘取物料法相同,只是 当斗轮臂 架水平回摆到一端终点处时,操作人 员必须将旋转的斗轮体就 地下 降一小距离5。,然后将斗轮臂 架作反方 向的水平 回摆,待其回摆到另一端终点处时,再将斗轮体再
8、下降一小趾离5。,同 时返 回水 平回摆 斗轮臂 架。如此 反复循 环作业,直 到斗轮体下降到 与物料堆 地面底 层物料相接触,在斗 轮 臂 架水平回摆到达终 点处后,将斗轮体玉新提 升到原开 始掘料前的高 度处,同时向物料掘取而 的方 向移动整机,前进 约斗轮体直 径的季一含距 离,再 第二轮从物料堆顶部开 始,重复上述操 作。就每个单 独铲斗在作业中所消耗 的功率i区 言:在采少11梯田形 掘料法 时,从图2中 得知,当斗轮体开 始 旋转时 的消 耗功率为零,后随物 料的掘取而 逐 渐增加,在转 到斗轮体直 径的含高 度处为功 率消 耗最大 值,随后开始下降,到铲 斗 离开物料堆时 又恢复
9、为零;在采 用直 落式 倔料 法中,从图3中得知,铲斗作业的 最大消耗功率值,是 在斗轮体下部铲斗进入掘料厚度时出现,随后逐 渐下降,到 该铲斗 旋转 离开物料堆时降为零。因此,前者可 能产生物料堆上层的剥 离,出现较大块的剥 离体,造成受料胶带运 输机及受料 斗颈口的运送困难;后者 由于 在开 始掘料时的物料厚度为最大值,铲 斗功 率的消耗增 高,叮能增 及整机短时间的周期 振 动情况。通常在港口码头及松散物料储料场所的开伦 装卸作业中,土述两种 类型的h a料法,均可 酌情分别采用,但对料质较硬 的物料堆掘抖时,采用 梯田形掘料 法 较为适 宜。在作 业过 程中,物抖J J i三每层 掘科
10、的 形状,大 致如图(4)所小。在 斗轮 竹 架的回摆 平面内,掘取物料层的断面 成月 牙形,在斗轮体的旋转 平面内,所掘取物料 的断面成半月牙形。各断 面的大小,为 斗轮体旋转角日 和 斗 轮臂 架回摆 角甲的函数,同 时 也是每次 掘取物料层高度h的函数。所以每次 掘取/厂日4小划叹轮佗掘机掘取物利厚度图物 料 的厚 度S为:1。当掘取物料高度h大 于 斗轮 体半径的垂直 掘取中,S二S。:in日e os甲二(I夕二/ 2一I)/2)5in日eos、F(1)19.2.当如取 物料高 度h小于斗 轮休半径,大于铲斗 高度 时的 垂直掘取 中,S二505in日C 0 5甲一、/又1下洋”:夏劝
11、异酉二一h)一,一了又丁草沥乍二山万苍一犷盯渔5in日c os印、2 )式,:Dw-一宁卜 轮体加铲牛后 的外 缘直径;扮。-一斗轮 体自身犷U直 径。掘取 物科高度h的确定是和倔料 方 法有密切的关 系。当掘料方 法确定 后,在斗轮体的全部结沟参数为已知 时,便 可确定 掘取一层物料的进给童5。,5。确定后则 根据斗 轮体的转 角口及斗轮 竹 架的 回摆 角甲就 可 确定任意 位置上所掘取 物 料的厚 度值。同 时,小型 斗 轮挖 掘机所 掘取 物料的宽度b也同样是 斗轮体旋 转 角日和斗 轮 臂 架 倾斜 角a(即斗轮臂 架与 水平线 之 间 的 夹 角)的函数,其关系 式如平:b一v /
12、Zd。二一孕-一匹. ( M。-2d01IJeosa一卜l之sin!3)(3)式中V一一 斗 轮端 部回摆 线 速度;Zd一一斗 轮体上铲1数口,n一一斗轮 体的转 数;。一一斗 轮 臂 架的 回摆角j匆分。L-一一斗轮体的回转 角速 度:IJ一一斗轮 臂 架的一长度;R一一斗轮 总体的半径;M一一斗 轮竹 架与 平台铰 接点至回转中J心的距离。由于小型斗 轮挖 掘机 在斗 轮 臂架回摆到左 右各9 0“处 时,所能掘取的物 料理 论上为零。因此,在料区较大 的储料 场所中,应采图5小 ) J 斗轮J留州们L在拍 沐牛场作业示怠图取乡j一行秀:平:,:、1 1,。在分行 掘料 作业 时,月于
13、别是对物 料耳几底层物料的掘取,必须考虑 原有阴护坡的维护和新 护坡的形 成。因此,斗轮竹 架的水平回摆 角,不应左右回摆 到 极 端。 o“处,必定要- J一定 的清除角极限值。又少于i亥物 料堆 底哄卜部的逐层物料 掘取 时,斗轮 竹 架的下右扮!摆 角,则可逐步分层地 向上超 过礴除 角极限值,_直到左右 极端90“处 为火。这 样才 能维护 原旧有的和 新形成时护坡女自、角。便少进行女全阵业。一般的清除角极限俏,推 荐为左 右水平u 1 摆约 3 0。 4 0“为宜,如 图5所示。四、工作 装置 的参 数计算小型斗 轮 掘挖机的工 作装 置,主要 包活有铲斗、斗 轮体、斗轮臂架及胶带运
14、输机。它们的主要 参 数选择和计算都与该机的生 产性能有密切关系。小 型斗 轮挖 掘机的工作装置的参数计算,大 约可分为下列几种:1.工 作装置的 结均参数计算小型斗轮于创州机川:比置的结构 参数 计算主要内容有:斗 轮体 的主要 尺寸 计算,铲牛的数目和容积尺 寸 的确定等。a)斗轮体主 要尺 寸的计算在计算斗轮体尺寸时,首先要满足生 户幸 的需要,符合 掘挖工 艺 要求。其 次斗轮体木身应结构简单、紧凑、币最轻、工作 性 能好。首 先,可 根据生产率的要求,初步确 定斗轮体直 径(m),可按下式进行计算:工)。二0.17训一Q,(4)式中Q。小型斗 轮挖 掘机的理一沦 生 产率(,n“/1
15、)其 次,也可按 开采工艺 的要求,计算斗轮体 直径:D。二(1.75一1.55)h(5)再其次,还可!根据乞勺卜 容积来估算斗轮体的直 径:D。二4.5+3.5 ld(6)或者丘之卜D。“一。 6,刀 1石/5nZ几。径,后,(7)!。一一 铲斗 客积(m“)根 据土述的经 验公 式,可 初选斗轮体直再 进行其它 参数的选择,其它参数 确定再对初选斗 轮体 直径进行核对。斗 轮体外园的宽度主要取 定干所选用 的铲斗宽 度,根据铲斗 宽度 来确定。斗 轮体 宽度的大 小还 与每斗 轮 体的结构型 式、支承 方式、安装角 度及与胶带 运输 机相 对 位盟等因索有关。b )护斗 数目的确 定合 理
16、选 抒铲.之【数口,可以提 高挖掘机的工作性能,使结 构简 单、紧 凑,减轻工 作装置的币母。目前,多是根据生产率 的要 求,采 甲经验 公 式 来确定补斗数目,通 常用下式来计算:2:二6、0.08了 Q,( 8)对于一 户今卜 小型 斗轮论旧机,护 斗数卜以6一9个为亘。过多增加铲斗数目,会增加斗轮体直径,结 构布置困难,增加零件数目。c)铲 斗容积和尺寸的确定铲斗容积 的大 小是影响斗 轮挖 掘机生产最的重要因素。根据目前所用 的经验 公式,有多种方法用来确定铲斗的容积。按 斗轮体直径 来初选铲 斗 容积(m“),一 般为:L。二0.o55D n之,/Zd(9)对于挖掘取矿石或煤炭时,可分别采用下式计算斗容:Ld。=0。0 0 3D。“7界(10)Ld。=0.00 25D。2“(1 1)式巾Ld。一一掘取矿石时的 铲斗 容积;IJd。掘 取煤 炭 时 的铲斗容积。还 可以根据 生产率 的要求来确定
