半圓形輪斗優化設計

劉壯壯

華電重工股份有限公司上海分公司

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半圓形輪斗優化設計

劉壯壯

華電重工股份有限公司上海分公司

對半圓形輪斗的外形結構進行了詳細的介紹和分析，指出了各個參數的作用，以及如何選擇確定，并結合工程經驗，提出了優化方案。輪斗外形優化后，提高了設備的性能，具有很好的推廣應用價值。

斗輪堆取料機； 半圓形輪斗； 外形； 優化設計

1　前言

斗輪取料機是現代化工業大宗散狀物料連續裝卸的高效設備，廣泛應用于港口、碼頭、發電廠等散料(礦石、煤、焦碳、砂石)存儲料場的取料作業。斗輪取料機的核心機構是斗輪機構，而斗輪機輪斗的合理設計是影響斗輪取料機工作性能的重要因素之一，它對減小斗輪切削力，使物料順利卸出，延長斗齒和輪斗體的使用壽命起到至關重要的作用。輪斗形狀多種多樣，半圓形輪斗能夠均勻傳遞所受負荷，因此性能最佳，使用壽命較長，所以被廣泛使用。本文結合實際工程經驗，主要對半圓形輪斗的外形設計進行介紹和總結[1]。

2　輪斗結構設計

半圓形輪斗外形如下圖1所示。斗體主要包括斗唇、斗壁、斗弧、斗耳和斗座，其主要特點是輪斗背部曲線是圓弧。這種輪斗的外形主要由以下一些參數控制：上斗唇傾角α、料斗后角θ、側斗唇傾角β、切向收縮角γ、徑向收縮角δ、斗長L、斗高H、斗寬B以及斗弧形狀[2]。

圖1　輪斗外形

(1)上斗唇傾角α。上斗唇是主要切削物料的部位。上斗唇傾角α的作用是增大斗高H，增加切削面積，是影響切削力的主要參數之一。對于堆積密度小和較易挖去的物料，α值可設計稍大；對于堆積密度大和較難挖取的物料，α值可設計稍小。上斗唇傾角α一般取10°～25°。

(2)料斗后角θ。料斗后角θ的作用是防止斗弧在斗輪旋轉過程中與物料產生摩擦。因為斗弧一旦被磨損，將嚴重影響輪斗的使用壽命。料斗后角θ一般取10°～15°。

(3)側斗唇傾角β。斗輪臂架回轉側的側斗唇是主要切削物料的部位，側斗唇傾角β與上斗唇傾角α作用類似，它增大了斗寬B，增加了切削面積。β一般取為25°。

(4)切向收縮角γ。取料過程中，輪斗的實際速度V為斗輪回轉速度V1和斗臂頭部回轉速度V2的合成速度。切向收縮角γ的作用是防止取料側斗壁與物料的切削面發生摩擦。所以γ取實際速度V與斗輪回轉速度V1的夾角值，但一般不大于20°。

(5)徑向收縮角δ。徑向收縮機δ是為了使物料順利卸出。δ一般取為5°～10°。如果δ過大，將會影響斗容大小。

(6)斗長L、斗高H、斗寬B。這3個尺寸為斗子的外輪廓尺寸，決定了輪斗的斗容大小，對設備的取料能力起著關鍵的作用。

(7)斗弧形狀。斗弧形狀不但影響輪斗的斗容，而且還會影響輪斗所受載荷的傳遞。由于輪斗是薄壁結構，如果斗弧形狀設計不合理，將會導致應力集中，影響使用壽命。

以上各個參數聯合確定了半圓形輪斗的形狀，從而決定了輪斗的性能。實際設計時，可以特別將切向收縮角γ和徑向收縮角δ適當調整，使得斗子的形狀開口截面大，尾部截面小。這種形狀的半圓形輪斗能夠使大部分物料都集中在斗子的頭部和中部，從而能夠在最短的時間內將物料卸出。

3　工程實例

華北地區臨海某工程，要求斗輪取料能力為6 500 t/h，所取煤炭的容重為0.85 t/m3，煤炭粘度較大。根據設備參數、所取物料特點以及工程所處地理條件，在輪斗設計時，結合理論計算確定了輪斗各個形狀參數，如圖2所示。另外，結合相關的實際工程經驗，也做了如下所述的一系列的改進。

圖2　設計輪斗

在一般的設計中，為了滿足斗容或者便于安裝的要求，往往會將斗長L設計過長，這時斗耳鉸軸非常靠近斗輪體輪轂之間的橫梁。當斗輪轉速較快，物料粘度較大時，部分物料由于離心力的作用依附在斗壁上，經過最高點時才開始卸出。這時物料就被橫梁阻擋，導致堆積和灑料，如圖3所示。

圖3　常規布置料斗

圖4　優化布置料斗

本項目設計時特意控制了斗長L，使斗耳鉸軸適當遠離橫梁，如圖4所示。經過改進，效果明顯，不再出現物料堆積和撒料的情況。

在很多設計中，斗弧形狀往往是一條圓弧(見圖1)，這種設計往往使得輪斗較為扁平，限制了斗容。另外，輪斗尾部過渡也會出現不平滑，容易發生卸料不完全、受力不均的情況。將斗弧設計成平滑過渡的兩段圓弧，如圖5所示。這種結構能夠根據需要適當增大斗容，有利于輪斗尾部物料的卸出，而且載荷的傳遞更均勻。

圖5　優化設計輪斗

4　結語

結合工程實際情況，合理選擇半圓形輪斗各個參數，可以設計出結構合理的輪斗。優化后的輪斗不但強度和剛度均滿足設計要求，而且在合理范圍內增大了斗容，還能夠使物料便利卸出，防止灑料。輪斗外形優化后提高了設備的性能，具有很好的推廣應用價值。

[1]邵明亮，于國飛 耿華等. 斗輪堆取料機[M]. 北京：化學工業出版社, 2007.

[2]交通部水運司. 港口起重運輸機械設計手冊[M]. 北京：人民交通出版社，2001.

劉壯壯：200122， 上海市浦東新區福山路458號同盛大廈21F

征稿啟事

1　2017年主要欄目

港口機械：港口機械設計與制造；港口裝備集成制造。

自動化與信息化：港口機械自動化與信息化；港口物流工程自動化與信息化；港口管理信息化。

裝卸工藝：港口裝卸工藝與技術。

港口管理：港口設備管理；港口生產運作管理；港口安全管理；港口服務管理；港口人力資源管理。

物流管理：港口物流與供應鏈管理； 內陸港建設與管理；港口物流金融；多式聯運；臨港自貿區、保稅物流園區和工業區的建設與管理。

2　投稿須知

(1)文稿應結合技術前沿和現實需要，要求主題明確、資料準確，具有一定的學術交流價值。

(2)文稿文責自負，勿一稿多投，確保署名無爭議。編輯部有權對文稿作必要的刪改。

(3)專用投稿郵箱：gkzxzzs @126.com

(4)稿件初審期為15天。

Optimization Design of Cambered Wheel-Bucket

Liu Zhuangzhuang

Huadian Heavy Industries Co., Ltd., Shanghai Branch

Through a detailed analysis of the shape and structure for the cambered wheel-bucket, the definitions of the parameters are illustrated and their selection methods are also introduced. Combining with the actual engineering practice, the optimization design scheme is devised. The performance of the equipment is improved after the optimization of the structure of wheel-bucket, which shows significance for practical production.

bucket-wheel stacker and reclaimer; cambered wheel-bucket; shape; optimization design

2016-06-22

10.3963/j.issn.1000-8969.2016.05.007