邊坡清篩機斗輪挖掘過程研究

杜曉勇

（北京二七軌道交通裝備有限責任公司，北京 101010）

0 引 言

隨著鐵路運輸的迅速發展，尤其是重載鐵路線路的長期繁忙運行，會出現道床污染的現象。因此，鐵路道床維護越來越重要，需要對道床進行周期性的大修清篩作業。如圖1 所示，BS1200 型邊坡清篩機主要用于線路兩側道床邊坡的清篩作業，挖掘斗輪用于挖掘邊坡上的道碴，是一種大型、高效率和可連續作業的裝卸機械設備。挖掘過程中，通過傳送系統不斷地將物料輸送到其它配合物料處理設備，使挖掘工作連續不斷地進行。

圖1 BS1200 型邊坡清篩機

本文針對有碴鐵路邊坡斗輪挖掘裝置的水平切削方式進行分析，分析切削過程的切削高度、切削厚度和切削寬度對挖掘功率和挖掘阻力的變化規律，并推導出相應的計算公式，為整機的受力分析、功率變化以及容積生產率計算提供必要的理論依據［1］。

1 斗輪裝置的基本參數

如圖2 所示，斗輪挖掘裝置的主要結構參數有：斗輪直徑D、鏟容J、斗數Z、轉速n、卸斗個數S。這些參數的確定，應該保證挖掘裝置設計的容積生產率V，同時還要滿足強度、剛度、結構布置合理、機構運動可靠和耗能最小等要求。

在挖掘過程中，依據斗輪設計結構參數，匹配一定的作業參數（挖掘高度、寬度、挖掘厚度），才能使挖掘裝置實現其設計的最大容積生產率。由這6個結構參數和3 個作業參數確定出一組最佳作業工況。

圖2 斗輪裝置

2 挖掘過程分析

2.1 切屑形狀參數

挖掘斗輪在道碴挖掘作業時，鏟斗的運動由斗輪的轉動和斗輪的前進組成。如圖3 所示，當斗輪前進一定距離t0后，一個鏟斗可切削下一個月牙形狀的切屑［2］。

為了使月牙形切屑全部裝入鏟斗，應使斗容為月牙形切屑體積I 乘以一個松散度系數f［3］。

其中：

則：

圖3

式中：f 為松散系數，1.3＜f ＜1.65；α 為切割深度比；μ 為切削高度系數；b 為切屑寬度。

從圖3 中可以看出，挖掘斗輪在旋轉切割過程中，切割厚度t 隨著切屑對應的角度φ 變化，旋轉角度φ，切割厚度t 也從0 變化到t0，切割厚度逐漸增大［4］。

二者關系為：t＝t0sinφ。

2.2 切屑參數關系

式中：tm為平均切割厚度；φ0為月牙形切屑所對應的旋轉角度；Km為圓角修正系數，與t0有關。

切割邊總長度

總挖掘阻力：PL＝100fL×L。

3 挖掘功率與驅動轉矩分析

3.1 挖掘功率

挖掘輪驅動總功率的計算方法：

挖掘斗輪驅動功率包括挖掘功率Nd、提升功率N?、加速功率Na和摩擦損耗功率Nf部分［5］，即

式中：γ 為挖掘斗輪驅動裝置的傳動效率；ν 為正常作業時挖掘斗輪切割速度，m·s－1；β 為卸載高度系數，一般取1＜β＜1.2；

平均生產率為Qm=Vρbf/f，即，挖掘總功率為

3.2 邊坡道碴挖掘工藝參數的優化

基于標準道床和邊坡清篩機挖掘最大作業能力：作業速度0～4 km/h，雙邊同時挖掘達到1 200 m3/h（單邊滿足600 m3/h），正常工作轉速9～12 r/min，保證實際鏟斗容量不高于設計斗容的情況下，進行挖掘作業參數的優化，如圖4、圖5 所示。

圖4 挖掘作業參數優化表

圖5 挖掘阻力

通過分析確定了匹配不同挖掘量的相應轉速，且挖掘過程中最大挖掘阻力和最大挖掘功率出現在不同的峰值。利用挖掘工藝參數分析，為邊坡清篩機作業參數的選率。

4 結 論

現階段國內外對挖掘斗輪的挖掘過程的參數化分析與計算，目前尚不完善，并且切割物料是一個復雜的過程。本文通過理論分析，驗證邊坡清篩機挖掘斗輪的實際作業的部分工況，對挖掘過程做了初步分析，并推導相應的計算公式，為鐵路邊坡道碴清篩作業提供依據。

［1］ 史清錄，張順巖.斗輪挖掘機水平切削參數分析［J］.太原重型機械學院學報，1998（3）：216-223.

［2］ 蔣瓊珠.連續運輸機械［M］.北京：人民交通出版社，1986.

［3］ 阮九章.斗輪挖掘機的工作裝置［M］.北京：煤炭工業出版社，1981.

［4］ 周奇才，何群，邵新建.兩類斗輪堆取料機切割邊長計算方法［J］.同濟大學學報，2003（3）：339-342.

［5］ Hoffmann D.斗輪挖掘機挖掘機構和運輸方式參數的確定［J］.露天采礦，1991（4）：42-47.