QL1500·32臂式斗輪取料機的改進分析

范磊

摘 要：本文對臂式斗輪取料機的俯仰油缸速度計算方法、斗輪驅動以及部分鋼結構進行了改進，經實踐證明，這些改進減少了設計及制造成本，提高了設備運行的可靠性，并為后續類似設備的設計制造提供了可靠的借鑒經驗。

關鍵詞：臂式斗輪取料機；馬達；配重臂；四輪架

中圖分類號：TH24 文獻標識碼：A

QL1500·32臂式斗輪取料機是為宣化鋼廠技術改造工程設計、制造的。本設備是借鑒以往設計經驗，結合本項目具體要求，在滿足功能的前提下，將以往類似設備出現的問題加以改進，并設計全新的臂式斗輪取料機。本文詳述了該設備的改進之處，并對部分改進之處進行計算校核。

改進方案及校核：

1 斗輪驅動改為液壓馬達驅動

以往設計的斗輪大多采用電機+偶合器+減速器驅動。這種形式驅動的斗輪機構，當斗輪取料量過大時，驅動過載，易引起電機過電流、跳閘，部分鋼結構甚至由于過載而發生破壞等。盡管偶合器在一定程度能起保護作用，但過載持續時間較長的情況下，減速器仍承受過大的載荷，容易對減速器造成損壞。鑒于以上原因，本設備的斗輪由傳統的電機+偶合器+減速器驅動改為液壓馬達驅動。

液壓馬達驅動裝置由液壓馬達、液壓站和管路系統組成。由于液壓馬達和液壓站之間通過管路連接，因此，液壓馬達和液壓站可以布置在不同的位置。以功率為110kW的驅動裝置為例，電機+偶合器+減速器形式的驅動裝置重量約為4t，與其傳遞相同扭矩的馬達重量約為1.8t，減重約2.2t。由于斗輪裝置布置在設備頭部，以本設備為例，回轉半徑為32m，俯仰角度為-14.4°～+17°，總重量能除低2%左右，采用液壓馬達降低了設備自重以及配重的同時，也改善了上部金屬結構的受力。

除此之外，斗輪機構過載時，采用馬達驅動能夠通過液壓系統的控制閥切斷通往馬達的油路，馬達的輸出扭矩降低，保護設備，降低維修成本。

2 油缸最大工作速度確定為

整體液壓俯仰型式的臂式斗輪取料機是由油缸的伸縮來完成俯仰動作的。以往設計的臂式斗輪取料機，油缸俯仰速度大多采用解析法得出。過程較復雜，本設備采用做圖法得出油缸最大工作速度。在計算油缸工作速度時，參與俯仰部分可認為是鉸軸以上部分，可簡化成如圖1所示。

在圖1中，斗輪中心處線速度規定為6m/min，上部金屬結構各桿簡化成桿A、B、C，組成一個整體，液壓缸簡化成桿D。由此可推斷桿桿A、B、C角速度計算公式如下：

VD=r×ω=8.937×0.21=1.88m/min （2）

由此，可得出油缸最大工作速度計算公式如下：

油缸速度V=VD×sin21°=0.7m/min （3）

配重臂后部箱形結構改為工字形結構。配重臂作為承載配重的主要焊接鋼結構，其結構的合理性對整機性能的保證起著關鍵的作用。以往設計中，配重臂后部采用以下結構，如圖2所示。

這種箱形結構雖然在理論上保證了結構的強度，但由于受到尺寸620和360的限制，在實際施焊過程中，底部焊不到。因此在本項目的設計過程中，對此處結構進行了改進，將上述箱形結構改成如下結構，如圖3所示。改進后截面的抗彎截面模量與之前的一致，大大提高了可焊性。

3 過渡托輥組改成槽角可調的托輥組。不同工況造成膠帶的凸弧段和凹弧段，再加上設備結構限制，凸弧段和凹弧段膠帶最小曲率半徑不能太大，皮帶容易造成褶皺現象，加速皮帶的磨損。

在本項目設計中，對此處的結構進行了改進。將原有的過渡托輥組改成槽角可調的托輥組。改進前結構如圖4所示，單側邊支柱只有一個槽，長度固定。

改進后，單側邊支柱由原來一個較小的槽改為兩條調節槽，并且將邊支柱改為弧形。改進后的結構如圖5所示。改進后的托輥結構避免了皮帶褶皺現象的產生，減少了皮帶的磨損，使得皮帶運行更穩定可靠，提高了生產效率。

4 四輪架的腹板由原來五塊鋼板對接焊改為由一整塊鋼板加工而成。以往設計的四輪架如圖6所示。

四輪架材料為Q345-B，腹板由五塊鋼板組成，三塊厚度為30mm的，兩塊厚度為12mm的。三個鉸軸孔有采用軸套的，有采用外貼臍子的。這樣的四輪架因為厚度為30mm的鋼板和軸套需要先機加車間進行加工，然后再轉到焊接車間進行焊接（即跨車間作業）。這就增加了制造成本和時間。同時，厚度為30mm的鋼板和厚度為12mm的鋼板對接焊縫也需要進行探傷。鑒于以上幾點，現對四輪架的結構進行以下幾點改進：原五塊鋼板組成的腹板現用一塊厚度為25mm的鋼板代替；兩孔距離由790mm改為700mm；梁高由620mm變成530mm。改進后的四輪架如圖7所示，在滿足使用強度的前提下，減少了制造時間和探傷。

結語

本設備現已帶料運行，取料、俯仰動作等均正常。實踐證明，在設計過程中，采用做圖法得出油缸速度真實準確，簡化了設計計算過程。在制造過程中，對配重臂后部及四輪架結構上的改進，減少了制造工時，提高了結構的質量。而斗輪改為液壓馬達驅動，有效地避免了由于過載而產生的種種問題，提高了設備運行的穩定性。以上幾點改進不僅僅降低了本設備的成本，對后續類似產品的設計制造也起到很好的借鑒作用。

參考文獻

[1]劉鴻文.材料力學[M].北京：高等教育出版社，2009.

[2]張質文.起重機設計手冊[M].北京：中國鐵道出版社，2001.

[3]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2001.