悬臂式斗轮堆取料机取料机构设计

目 录 摘要 2 一 、概论 1.1 斗轮堆取料机在国内外的发展概况 3 1.2 斗轮堆取料机的发展方向 4 1.3 斗轮堆取料机分类 5 1.4 斗轮堆取料机应用范围 6 二、斗轮堆取料机总体设计 2．1 总体设计概论 8 2．2 斗轮堆取料机结构功能分析 9 三、斗轮堆取料机的主要参数及其确定 3.1 斗轮堆取料机质量M概念 14 3.2 铲斗斗容的确定 14 3.3 铲斗数目的确定 15 3.4 铲斗斗距的确定 15 3.5 斗轮堆取料机的理论生产率 15 四、斗轮堆取料机的基本结构 4.1 行走机构 16 4.2 回转机构 18 4.3 臂架俯仰机构 21 4.4 斗轮机构 22 4.5 臂架皮带机 25 五、斗轮堆取料机的取料机构设计 5．1 堆取料机构的执行机构 29 5．2 堆取料机构的驱动部分 5.2.1 电动机的选择 29 5.2.2 液力耦合器的选择 31 5.2.3 减速器的选择 32 六、零部件三维造型实例 33 毕业设计总结 36 致谢 37 参考文献 38 摘要 本次毕业设计的题目是悬臂式斗轮堆取料机的取料机构的设计。通过对斗轮堆取料机整机的分析，了解其工作时候的各种状况，和各部分之间的相互配合关系。来进一步研究斗轮堆取料机的取料机构的组成和主要零部件的加工要求、形位公差、表面粗糙都等。最终利用反求的方法创造出新的斗轮堆取料机取料机构，具体内容有：斗轮堆取料机的堆取料机构的组成及工作原理；

选择堆取料机构的动力源是、变速机构和传动装置等；

通过观察斗轮堆取料机的取料机构，了解并编写操纵的装配工艺过程，确定各零部件的装配方法；

通过观察各机构形状，分析其从提高刚度和刚性要求并满足功能要求和工艺要求而设计的结构。

关键词：分析；

反求；

设计；

创新；

工作原理 Abstract The subject of this graduation design is cantilever bucket wheel stacker reclaimer mechanism.We can understand the various states between the parts and the cooperation between each other when they are working, and then to further study the processing requirements, geometrical tolerances and surface roughness through the bucket wheel stacker / reclaimer machine analysis.The ultimate goal is to create a new bucket wheel stacker reclaimer mechanism with reverse method.The new bucket wheel stacker reclaimer mechanism contains the composition of bucket wheel stacker / reclaimer stacker and the working principle, selective stacker mechanism, transmission mechanism and power transmission device, writing the assembly process of the manipulation, the analysis of the increased stiffness and rigidity to meet the functional requirements and technical requirements. Key words: analysis; reverse; design; innovation; work principle 一、概论 在国名经济的发展过程中，很多地方需要对一些散料进行装卸，如散货专业码头、钢铁厂、大型火力发电厂和矿山等的散料堆场装卸铁矿石（砂）、煤炭、砂子等。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，又要输送，这样就十分的浪费时间，工作效率很低。连续装载机的使用，就显得十分重要了。

斗轮堆取料机是连续输送机的一种。应用它可以将物料在一定的输送路线上，从装载地点到卸载地点以恒定的或变化的速度进行输送。应用堆取料机可以形成连续的物流或脉动的物流。

在现代化的港口散货装卸作业中，堆取料机是生产过程中组成有节奏的流水作业运输线所不可缺少的组成部分。使用堆取料机，可以与其他连续输送设备组成不同的工艺流程，以满足不同泊位、不同堆场、不同作业点的生产要求。堆取料机对港口内部散货装卸起重要作用，又对港口外部运输起重要作用。

· 图1-1 悬臂式斗轮堆取料机 1.1斗轮堆取料机国内外发展概况 世界上研究和开发斗轮挖掘机最早的国家是德国，研究始于19世纪30年代，第一台斗轮挖掘机于19世纪80年代问世，真正投入实际应用是在20世纪初期。

1919年生产出了第一台履带行走式斗轮挖掘机，它采用柴油发动机作为动力源。这是一个里程碑式的重大突破，从此，对斗轮堆取料机的研究正式走上蓬勃发展的道路。

到了20世纪70年代，斗轮挖掘机的各个组成部分结构形成的发展和改进已经趋近成熟。随着日生产能力超过20万立方米的巨型斗轮挖掘机的问世，标志着斗轮挖掘机进入现代斗轮挖掘机的发展时期。

我国斗轮堆取料机的应用起步比较晚，最早的斗轮堆取料机设计可以追溯到1966年。当时国内部分钢厂、码头急需使用此类设备。为满足当时的社会需求，开发了我国第一代的斗轮堆取料机。

经过几十年的发展，我国的斗轮堆取料机研制水平取得了较大的提高，但是同发达国家相比，仍旧存在明显的差距。现在国内的斗轮堆取料机已经从最初的研究转向发展，向更高的产品质量和设计水平迈进。

1.2 斗轮堆取料机发展方向 在过去的40年，发达国家斗轮堆取料机技术的发展，极大地促进了散料输送工业的发展。近年来，自动化和信息技术又推动了该产业的发展。

理论生产率向大型化发展。斗轮堆取料机的理论生产率是衡量斗轮堆 取料机规模的一个重要指标，她从开始的每小时几十立方米发展到现在每小时近20000立方米。据悉，德国目前仍在开发更大理论生产率的斗轮挖掘机。

各国都在使斗轮堆取料机的生产系列化。系列化的好处之一就是可以保证零部件通用化，标准化，使顾客更方便在市场上买到现货。

斗轮堆取料机的自动化越来越高。随着科技的发展，自动化技术也蓬勃发 展，这对斗轮堆取料机的方便使用和安全性提供了技术保证。

斗轮堆取料机是一个典型的多刚体系统，采用机器人的运动规划和主动控制技术，可提高斗轮堆取料机的工作稳定性和作业能力。

采用现在设计方法和设计手段，优化结构组合，保证生产能力的前提下，尽量减轻整机重量，提高设备的可靠性。

1．3 斗轮堆取料机分类 散料连续装卸机械的种类很多，输送对象不同，结构也不同，如斗轮堆取料机、排土机等。

斗轮堆取料机按按其功能、用途可分为以下几种：

堆料机：专门用于堆料作业一个功能。

取料机：专门用于取料作业一个功能。

堆取料机：用于堆料作业和取料作业两个功能。

混匀堆料机：用于均化堆料。

混匀取料机：用于均化取料。

斗轮堆取料机按结构形式可分为以下几种：

悬臂式斗轮堆取料机：具有悬臂、俯仰、回转、行走功能，主要用于条形料场。

门式斗轮堆取料机：“大跨度双梁”结构，主要用于矩形料场。

桥式斗轮堆取料机：“大跨度单梁”结构 圆形料场斗轮堆取料机：分为桥式和悬臂式两种。

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：

固定单位车：可完成对取料作业。

活动单位车：可完成对取料作业，直通或折返取料作业。提高回转角度范围。

固定双尾车：可完成对取料作业，直通作业。

活动双尾车：可完成对取料作业，直通或折返取料作业。

伸缩双降尾车：可完成对取料作业，直通或折返取料作业。提高回转角度范围。降低落差。

按理论生产力，斗轮堆取料机分为以下几种：

轻型：生产率为630 m3/h一下。

中型：生产率为630~2500 m3/h。

大型：生产率为2500~5000 m3/h。

特大型：生产率为5000~10000 m3/h。

巨型：生产率为10000 m3/h以上。

按斗轮臂架的平衡方式，斗轮堆取料机可分为以下几种：

活配重式。

死配重方式。

整体平衡方式。

1．4 斗轮堆取料机的运用范围 斗轮堆取料机主要运用于大型货场的散料装卸。大型发电厂，水泥厂，化工厂，以及大型码头、港口等。

1．4．1 悬臂式斗轮堆取料机 悬臂式斗轮堆取料机适用于物料堆积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，此时设备效率比较高。

在料场数量较多，如三个或者四个以上料场，当每个设备都具有堆料与取料流程时也可以用堆取料机。

1．4．2 单一功能的取料机与堆料机 取料机和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。

一般同一个料场相邻的两个设备是一个堆料机，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。

1．4．3 混匀取料机与混匀堆料机 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。主要用于钢铁企业、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。其重要意义在于均化后的原料化学成分相对稳定，煤炭灰分与燃烧值也相对稳定，可是这些行业在产品质量控制方面与产品质量方面有较大提高，同时提高经济效益，降低能源消耗。

1．4．4 门式斗轮堆取料机 门式斗轮堆取料机主要适用于矩形场地，轨道间距通常在35m以上。门式斗轮堆取料机适用于火力发电站、港口、焦化、冶金、矿山及大型水利工地等工矿企业的储料场，是高效连续堆取散状物料的理想设备。

二、斗轮堆取料机总体设计 2．1 总体设计概论 总体设计是机械系统内部设计的主要任务之一，也是进行系统技术设计的依据。总体设计对机械的性能、尺寸、外形、质量及成产成本具有重大影响。因此，总体设计时必须在保证现已定方案的基础上，尽可能充分考虑与人—机—环境、加工装配、运行管理等外部系统的联系，使机械系统与外部系统相协调和适应，以求设计更臻完善。

机器在正常工作条件下，整机具有足够的强度、刚度和稳定性。

机器不论在工作状况或非工作状况，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。

在输送线上，特别是在取料、卸料和各转运点，必须保证物流流畅，不发生物料溢出或堵塞现象。

斗轮堆取料机工作机制为重型工作制，主要钢结构设计寿命为30年。

斗轮直径与带式输送机参数和取煤炭与去铁矿石的同能力的斗轮堆取料机相比，一般取煤炭的要求斗轮直径大，输送带宽、带速高，斗轮驱动功率较小。去铁矿石相反。

司机室要求。司机是要安装牢靠，有防震措施以防振动。且保持在垂直位置。

联锁作业。只有当夹轨器松开时，行走机构才工作；

只有电缆卷筒制动器松闸后，行走机构才能启动等等。

各安全保护及检测装置完备。

电缆卷筒装置。电缆卷筒上缠有足够的安全圈数。

漏斗、溜槽及悬挂缓冲装置。

除尘装置。

润滑。机上各转动部位均有相应的的润滑设施。

平台扶梯。

安全保护措施除设置常规保护设施以外，斗轮堆取料机至少还应该设置其他的辅助措施，例如前臂架防碰撞保护，防雷电保护，设备行走时声、光报警保护等等。

电器及控制。

2．2 斗轮堆取料机结构功能分析 2.2.1 黑箱图 用黑箱来表示设计任务，是设计任务抽象化的一种方法。建立斗轮堆取料机黑箱图如图2-2-1。

图2-2-1 斗轮堆取料机黑箱图 2.2.2 总功能分解 机械系统的总共能可以分解为分功能（或称一级分功能、二级分功能……），分功能再分解为功能元（最小单位）。所以功能是有层次的，能逐次分解的。如图2-2-2。

图2-2-2 斗轮堆取料机总功能分解图 2.2.3 功能结构图 建立斗轮堆取料机的功能结构图，如图2-2-3。

图2-3 斗轮取料机功能结构图 2.2.4 功能元解的形态学矩阵 建立斗轮堆取料机的功能元解的形态矩阵，如图2-2-4。

图2-2-4 斗轮堆取料机功能元解形态学矩阵图 从表中可得到，可能组合方案数N为：

N = 5×5×4×3×4×3×1×2 = 7 200 种 通过分析，可得到两种方案：

方案Ⅰ：A2 - B1 – C1 - D1 - E1 - F2 - G1 - H1，行走机构工作通过轮轨完成。

方案Ⅱ：A2 - B1 – C3 - D1 - E1 - F2 - G1 - H1，行走机构工作通过履带完成。

1.确定评价目标 通过对斗轮堆取料机的功能，使用情况等分析，可得到以下5种技术、经济、社会评价目标：可靠性、灵敏性、成本、维修性和寿命。

2.确定加权系数 根据它的工作要求，按FD法（强制判定法）确定加权系统。如表2-2-1所示。

表2-2-1 加权系数判别表 比较目标 评价目标 可靠性 灵敏性 成本 维修性 寿命 加权系数 可靠性 × 2 3 4 3 12 0.3 灵敏性 2 × 3 4 3 12 0.3 成本 1 1 × 3 2 7 0.175 维修性 0 0 1 × 1 2 0.05 寿命 1 1 2 3 × 7 0.175 3.评价目标树 通过对加权系数的确定，得到评价目标树如图2-2-5所示。

斗轮堆取料机 0.825 技术性能 0.175 经济性 寿命 维修性 灵敏性 可靠性 成本 0.175 0.05 0.3 0.3 0.175 图 2-2-5 斗轮堆取料机的评价目标树 4.方案评价选优 利用表2-2-2所示的评分标准，对以上两种方案进行评价选优。

表 2-2-2 性能评分标准 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 不能用 差 较差 勉强可用 可用 中 良 较好 好 优 理想 根据各方案中，功能实现的好坏，对选出的方案各项性能评分，如表2-2-3。

表 2-2-3各项性行能评分表 分项 评分 方案 可靠性P1 灵敏性P2 成本P3 维修性P4 寿命P5 Ⅰ 8 8 8 8 8 Ⅱ 8 9 8 8 8 由公式 可知 所以 NⅠ＜NⅡ，故方案Ⅱ为最优方案，即轮轨式斗轮堆取料机，行走机构工作通过轮轨来完成。

三、斗轮堆取料机的主要参数及其确定 斗轮堆取料机的参数分为主参数和工作性能参数两类。

斗轮随取料机的主参数决定了斗轮堆取料机的规模、主要技术性能参数和要结构形式。主参数一般由客户提供，作为已知量供给产品设计者。

斗轮堆取料机的工作性能参数决定了机器本身各个机构的结构形式、尺寸、功率、转速、性能等。工作性能参数是由生产厂为了满足主参数而确定的。

3.1 斗轮堆取料机质量M概念 斗轮堆取料机的质量分为服务质量Ms和工作质量Mo。

3.1.1 服务质量Ms 指的是斗轮堆取料机在作业前个部分质量总和。

Ms = M1 + M2 + M3 + M4 + M5 + M6 式中 M1 —— 所有钢结构质量 M2 —— 所有机械部分质量，包括减速器、传动轴、轴承等。

M3 —— 所有电器元件质量 M4 —— 所有输送带质量 M5 —— 所有润滑油质量 M6 —— 配重质量 3.1.2工作质量Mo 工作质量Mo是指正常作业下的斗轮堆取料机的总质量。

Mo = Ms + M7 + M8 式中 Ms —— 斗轮堆取料机的服务质量 M7 —— 正常作业下的有效载荷 M8 —— 作业时在斗轮堆取料机上积存的物料质量 3．2 铲斗斗容的确定 铲斗的斗容等于：

V = M / ρ 其中 ρ —— 散煤的密度 M —— 散煤的质量 ρ = 0.6 t / m3 ；

M = 0.208 t 由此可得：

V = 0.347 m3 3．3 铲斗数目的确定 铲斗数目的多少直接影响斗轮堆取料机的生产率。决定铲斗数目及尺寸的重要条件是铲斗的卸料过程。铲斗个数应该满足：保证铲斗完全卸空，并使卸出的物料落到卸料板上，以及保证挖掘过程平稳，载荷波动小，冲击小。

一般铲斗数目应为：一般散料，Z = 8 ~ 12个铲斗；

较硬散料，Z = 14 ~ 18个铲斗。

一般斗轮直径D尺寸大，铲斗数目相应增加，确定时应予以考虑。一般经验推荐：

Z = 4 式中 D = 5.82 m 由公式可得 Z = 9.64987 ；

取整可得Z = 10 3.4 铲斗斗距的确定 铲斗在斗轮切割圆上分布的间距a等于：

a =πD/ Z (m) 即 πD = aZ 式中 Z —— 铲斗数目 D —— 斗轮直径，m 有公式可得 a = 1.82748 m ，保留四位有效数字可得 a = 1.827 m 3.5 斗轮堆取料机的理论生产率 如果斗轮的斗数、斗容和斗轮转速确定以后，可以计算容积理论生产率Qv Qv = 60Zqn （m3 / h） 式中 Z —— 斗数 q —— 斗容，m3 n —— 斗轮转速 有公式可得 Qv = 1457.4 m3 / h 四、斗轮堆取料机的基本结构 4．1 行走机构 行走机构的主要作用是用来支承和移动堆取料机，按行走机构的结构特点来分分为有轨行走和无轨行走，我们青岛港的堆料机、堆取料机等，均属有轨行走，使机械根据生产的需要，沿着专门铺设的轨道运行。

行走机构主要由支承装置和驱动装置两部分组成。如图4-1所示。此外，还有多种安全防护装置组成，如行走限位、缓冲器、夹轨器、锚固器等。

图4-1 行走机构 1-驱动装置 2-驱动装置 3-行走轨道 4.1.1 支撑装置 支承装置包括钢轨、行走车轮和均衡梁车架。钢轨一般采用P50铁路钢轨或港口专用钢轨，如：煤系统和10万矿系统采用P50铁路钢轨。通常人们不是很重视轨道和基础，往往会忽视对一些问题的处理，从而会导致机械金属结构产生变形、裂纹或造成部件松动。若变形发生在机构装配部位，就可能使整个机械报废。因此，应加强对轨道的日常巡查，并每年进行一次调整维护是十分必要的。

堆取料机作用在每条支腿上的压力通过车架作用在车轮和轨道上。轨道和车轮都是由钢制成，为了提高车轮的承载能力和使用寿命，车轮踏面要进行表面淬火，淬硬。

故承载能力大，滚动运行阻力较小（钢—钢的滚动摩擦系数f=0.15）。为使每个车轮的轮压不超过轨道及基础所容许的压力，必须增加每条支腿下的车轮数目，并采用均衡梁和台车，使载荷均匀地作用于每个车轮。均衡梁实际上是一个杠杆系统。根据车轮数目不同可采用不同的形式，如图4-1-1。车轮可铸造或锻造，车轮通常不全是驱动轮，与驱动机构直接相连的叫主动轮，其余的叫从动轮。为有效地防止脱轨，车轮多制成双轮缘的。

图4-1-1 均衡车架示意图 4.1.2 驱动装置 行走机构驱动装置采用电力驱动，驱动形式有集中驱动和分别驱动两种。集中驱动是由一台电机通过传动装置驱动所有的主动轮。一般适用于各驱动车轮之间的距离较短，电机能靠近所驱动的各个车轮的情况。由于堆取料机属于大型机构设备，不宜采用此种方式，故采用分别驱动。分别驱就是由几台电机分别驱动，每台电机驱动一只主动轮或一条支腿下的两只主动轮，如图4-1所示，它结构简单，布置方便，分别驱动要求两侧同步。

行走机构的驱动部分包括制动器、电机、联轴节、减速器，最后驱动车轮转动。堆取料机行走机构采用形式如图4-1-2。

图4-1-2 行走驱动机构示意图 1-制动器 2-电机 3-联轴节 4-减速器 5-主动轮 6-开式齿轮 7-惰轮 4．2 回转机构 旋转机构的作用是使臂架围绕着旋转中心转动，旋转机构和俯仰机构与行走机构配合，在工作范围内进行堆取料或取料，满足装卸作业的要求。

用旋转机构来完成水平运动的优点是不需要庞大的轨道及其支撑结构，运动阻力较小。缺点是结构比较复杂，移动范围比较有限。

旋转机构一般由旋转支承装置和驱动装置两大部分组成。旋转支承装置是用来将堆取料机的旋转部分支持在固定的行走门架等部分之上，它承受着取料机各种载荷所引起的垂直力水平力与倾覆力矩。旋转驱动装置用来驱动堆取料机旋转部分，使其相对于固定部分旋转。

4.2.1支撑装置 旋转支承装置一般分为柱式旋转支承装置和转盘式旋转支承装置两大类。柱式旋转支承装置又分为定柱式旋转支承装置和转柱式旋转支承装置（如图4-2-1-1），主要优点是承受倾覆力矩的能力较好。

图4-2-1-1 柱式旋转支承示意图 转盘式旋转支承装置又为轮式、滚子式和滚动轴承式，滚动轴承式旋转支承装置根据滚动体的形状不同，分为滚珠式(图4-2-1-2 a、c)与滚子式(图4-2-1-2b、d)。根据滚动体的列数分为单列(图4-2-1-2a、b)、双列(图4-2-1-2c)与三列式(图4-2-1-2d)。

青岛港的堆取料机都采用的是滚动轴承式旋转支承装置。主要优点是：结构紧凑，装配与维护简单，密封及润滑条件良好；

轴向间隙小，工作平稳，消除了大的冲击，旋转阻力小，磨损也小，寿命长。轴承中央可以作为通道，便于起重机总体布置。

4-2-1-2 滚动轴承式示意图 煤系统堆取料机旋转支承装置如上图4-2-1-2c。为了驱动堆取料机旋转部分，并能满足安全地正翻转和平稳地制动、停止等各种要求，作为旋转装置，除了驱动电机以外，还需要有传动装置、旋转驱动元件、制动及过载保护、旋转行程限位装置等。

4.2.2 驱动装置 旋转驱动装置结构形式很多。但堆取料通常采用的是行星齿轮作为旋转驱动元件，也就是在旋转驱动装置的下面设有一个大针齿圈，针齿圈与堆取料固定部分相连，当电动机经减速传动装置驱动行星齿轮转动时，与针齿圈啮合的行星齿轮就绕针齿圈作行星运动，实现旋转运动。行星齿轮与大针齿圈可设计为外啮合式或内啮合式，堆取料一般采用双驱动外啮合式。回转大齿圈及开式齿轮通常采用人工定期涂润滑脂实现润滑，回转大齿圈也有采用自动润滑的。为防水防尘有的还在行星齿轮与大针齿圈外设防尘罩。

堆取料旋转驱动装置如上图4-2-2-1。因为堆取料旋转部分对调速要求较高，一般采用调速性能较好的直流调速和交流变频调速。卧式电动机4通过极限力矩联轴节5直接驱动行星轮减速器6带动行星齿轮7，绕针齿圈8旋转。极限力矩联轴节是用来预防因旋转阻力矩的急剧增加（例如，过猛的起制动以及臂架碰到障碍物等）时，电机、传动装置或旋转驱动元件，甚至臂架可能因过载而损坏。当旋转机构所受到的阻力矩超过了极限 图4-2-2-1 旋转驱动装置 1-测速电机 2-联轴节 3-制动器 4-驱动电机 5-极限力矩联轴节 6-行星轮减速箱 7-行星齿轮 8-针齿圈 力矩联轴节所规定的极限力矩，两磨擦面间就发生打滑现象，因而对所传递的力矩加以限制，起到安全保护作用，极限力矩的大小可由螺母和压紧弹簧调节。这种驱动装置由于采用星形减速，其传动比大，结构紧凑。测速发电机1用于检测旋转电机转速，实现闭环控制，稳定转速。

4.3 臂架俯仰机构 图4-3 臂架俯仰机构 臂架俯仰机构的基本原理 臂架俯仰机构主要用于调节堆料、取料时臂架的高度，配合其它机构满足生产要求。它是斗轮堆取料机不可缺少的部分，是最基本最重要的机构，其工作性能的优劣将直接影响堆取料机的技术性能。对于堆取料机这种大型设备，臂架自重平衡多采用移动重心式如图（4-3-1）所示。移动重心平衡原理是利用杠杆系统或拉索使臂架与配重的合成重心沿近似水平线移动，即应用平衡配重的上升或下降来抵偿臂架重心的下降或上升。

臂架俯仰机构驱动装置的形式和概况 1—涡流制动器 2—液力推杆制动器3—电机 4—电磁制动器5—减速箱6—钢丝绳卷筒 图4-3-2俯仰示意图 臂架俯仰机构装在旋转架的上部，臂架俯仰机构由驱动装置、传动装置、制动装置、卷绕系统以及安全辅助装置等组成。臂架俯仰机构大多采用钢丝绳通过滑轮组绕到俯仰卷筒上，依靠俯仰卷筒收放钢丝绳而改变臂架的幅度，堆取料机驱动俯仰机构驱动形式如图（4-3-2）可以看出，俯仰机构主要包括：电动机、制动器、减速器、卷筒、滑轮和钢丝绳等组成。电动机经减速器驱动卷筒旋转，使钢丝绳绕上卷筒或从卷筒中放出，从而改变臂架的幅度。卷筒的正反转是通过改变电动机的转向来实现的，臂架俯仰的角度是依靠制动器制动来实现的。制动器通常采用常闭式制动器，在电气线路上和电动机联锁。煤系统堆取料机俯仰机构制动器采用涡流制动器、电磁制动器、电动推杆制动器三种。制动器一般装设在高速轴上，所需制动力矩小，可使制动器的重量轻，尺寸小。在集中驱动的俯仰机构中，制动器通常装于中速或低速轴上，并采用制动力矩大，尺寸较小的制动器。当制动力矩较大时，有时在高速轴上需装设两个制动器。第二个制动器可装设在减速器高速轴另一端，也可把制动器装设在电动机尾部轴伸端上，但需选用双轴伸的电动机。钢丝绳不仅用在起重机构中起吊货物、操纵抓斗，还可用来牵引小车运行和驱动起重机的旋转部分旋转。因此，它的应用遍及各个工作机构，是起重机上应用最广泛的挠性构件。

有些起升机构（如手拉葫芦）采用另一种挠性构件—链条来提升货物。钢丝绳与链条相比，其优点是：承载能力大，能承受较大的冲击；

自重较轻；

工作可靠；

在破断以前，外面的钢丝先断裂和松散，因此，容易发现和及时更换；

成本较低；

高速转动时工作平稳、无躁声等。其缺点是挠性不如链条，需用较大直径的滑轮和卷筒，因此增大了传动机构的尺寸和重量。但这一缺点通常不影响钢丝绳在起重机上的应用。

4．4 斗轮机构 4.4.1 斗轮机构驱动装置的形式和概况 斗轮机构包括斗轮和斗轮驱动装置，作为挖取物料之用。斗轮驱动机构主要有：电机、减速器、制动器、液力联轴节、铲斗等组成。斗轮机构装于臂架的头部，斗轮是由电动机通过液力联轴节的减速机来驱动的。斗轮机构通过斗轮的旋转，配合堆取料机的行走、俯仰，逐层或按阶梯形方式分层取料。

斗轮的驱动装置一般布置在斗轮的两侧。煤系堆取料机的斗轮安装在臂架前端部的右侧，铲斗底部敞开，与轮体内部相通，圆弧形导料板通过调整丝杠固定在臂架的端部。当取料机构工作时，通过电机、液力联轴节、减速箱，使斗轮转动，铲斗切入物料堆挖取物料，物料沿弧形导料板转动到卸料区，由于卸料区没有弧形导料板挡住物料，物料依靠自重卸到溜煤板上，最后落到皮带上，通过皮带的运转输送物料。

铲斗、斗轮、斗轮的卸料装置的组成 a) 铲斗 铲斗用来直接挖取物料，并将挖取下来的物料运送到卸料处。通常情况下，斗轮体上装置的铲斗数目有6-12个，铲斗的容积为20-630d m3。

图4-4-1铲斗及斗口形状图 铲斗的种类很多，根据用途和挖取物料的不同，较常使用的有平口斗、斜口斗、带齿斗等。斗口形状有拱形，梯形、花瓣形等（图4-4-1）。

b) 斗轮 斗轮由斗轮体和铲斗组成（如图4-4-2），通常采用的斗轮直径为2-18m。根据生产能力的不同，直径大小也不同。斗轮按其结构型式可分为：有格式斗轮、无格式斗轮和半格式斗轮。

图4-4-2 斗轮 （1）有格式斗轮 铲斗用螺栓固定在轮毂上，每个铲斗有一个对应的卸料溜槽，它是由前后格板和溜板组成。溜板倾斜安装，由铲斗卸下来的物料经溜板卸到斗轮一侧的胶带输送机上。

为了防止铲斗内的物料在还没有到卸料位置时从卸料槽流出，在斗轮靠卸料一侧装有扇形档板，斗轮旋转时档板不动而挡住已装进铲斗及卸料溜槽的物料。

有格式斗轮由于每个斗（如斗轮直径较小时，有时相邻两个斗）都有自己相应的卸料槽，物料滑移行程较短，因而适宜于挖掘中小块度坚硬的物料。由于物料与卸料槽滑动表面之间的摩擦力阻碍卸料，有格式斗轮卸料区间较小，故而斗轮转速必须取得较低，否则物料来不及卸出。有格式斗轮的另一个缺点是斗轮工作表面很大，较容易粘结物料，清扫格子内表面比较困难，故有格式斗轮不适合于挖掘粘性物料。

（2）无格式斗轮 无格式斗轮结构是由铲斗和轮毂等组成的。在斗轮体中央固定有前导板、侧导板及后导板构成的卸料槽。斗轮在工作时旋转，而中间卸料部分不动。中间部分除卸料槽外，在周围上还焊有与斗轮宽度相同的圆通形挡板，使装满在铲斗中的物料不从开口部分流出，只有转到位置才能流出来卸装。

工作时铲斗由下而上逐渐装满，由于固定不动的圆筒形挡板9挡住物料而不能外流，当铲斗转到卸料槽处，物料从斗口流出，落在卸料槽上，经溜槽到胶带输送机的漏斗里，被输送机运走。

在无格式斗轮中，物料在重力的作用下脱离斗壁和斗底。当物料不粘附时，就能自由的从铲斗中卸出，不需要经过斗轮的内表面直接落入卸料装置，故而卸料区间大，卸料角达130°。

无格式斗轮的优点是斗速高，为有格式斗轮的1.5～1.2倍。同样尺寸和重量的斗轮，生产能力几乎可以提高相同的倍数，最适用于挖掘粘性物料，因此近10年来优先发展无格式斗轮。

无格式斗轮的缺点是，卸料高度大，需要在斗轮内装设结构复杂的专用卸料装置。此外，无格式斗轮的铲斗装的过满时，会使物料在铲斗内压实，妨碍自由卸料。因此近期出现了半格式斗轮。

（3）半格式斗轮 半格式斗轮也是由铲斗、轮毂构成。中间有一个同无格式斗轮相似的中间转卸装置。

这种结构是将轮毂的高度增加，铲斗用螺栓固定在轮毂上。当铲斗挖取物料时，不但物料可以装在铲斗中，而且还可以装进环形框架构成的空间里，使铲斗装载物料的有效容积增大。

在斗轮直径比较大的斗轮堆取料机中，采取半格式斗轮，可兼有有格式斗轮的优点。半格式斗轮铲斗的卸料同无格式斗轮一样，都在同一卸料槽中卸料，因此，这种结构在某种程度上结合了有格式斗轮的优点——斗下空间和结构刚度较大，物料下落高度小，和无格式斗轮的优点——卸料区间和可以提高斗轮的速度。所以这种斗轮是结构较为先进的一种。

4．5 臂架皮带机 臂架皮带机是装船机、堆取料机、装车机、堆料机的重要工作机构，是典型的带式输送机系统。带式输送机可分为：普通带式输送机、钢丝绳芯输送机和钢绳牵引带式输送机等。带式输送机主要组成部件如图4-5-1所示。

图4-5-1 带式输送机简图 1—金属架 2 —驱动滚筒 3—张紧装置 4—输送带 5—上托辊 6—下托辊 7—驱动装置 8—装载装置 9—卸载装置 10—清扫器 输送带是带式输送机的牵引构件，同时又是承载构件。整个输送带都支承在托辊上，并且绕过驱动滚筒和张紧滚筒。驱动滚筒和输送带之间是依靠摩擦进行传动的。

带式输送机具有优良的性能，在连续装载的条件下它能连续运输，所以生产率比较高，最近，世界上出现的大型带式输送机系统中，生产效率最大已达30000m3/h、输送带的强度已达8000kgf/cm、最高带速可达10m/s，带速的提高，同等生产效率下，带宽可大大下降，牵引力可大大下降，大量节省了电能。它可以运输矿石、煤、粉末状的物料和包装好的成件物品，工作过程中噪音较小，结构简单。所以，带式输送机在厂矿企业中获得了广泛的应用。

带式输送机可用于水平或倾斜运输。倾斜运输时其爬坡能力为160~180，通常铁路的爬坡能力为1043/~2017/，汽车的爬坡能力为5043/~6050/，因为输送机比汽车、火车爬坡能力大，从而可缩短运距，减少基建工程量和投资，并可缩短施工时间。在倾斜向上运输时，不同物料所允许的最大倾角 β值见表4-5-1。若β角超过此值，则由于物料与输送带间的摩擦力不够，物料在输送带上将产生滑动，因而影响运输生产率。在倾斜向下运输时，允许最大倾角取为表-5-1所列值的80%。

表4-5-1带式输送机的最大倾角值 物料名称 β[度] 物料名称 β[度] 快煤 18 湿精矿 20 原煤 20 干精矿 18 谷物 18 筛分后的石灰石 12 0-25mm焦碳 18 干沙 15 0-3mm焦碳 20 湿沙 23 0-350mm矿石 16 盐 20 0-120mm矿石 18 未筛分的煤快 18 0-60mm矿石 20 水泥 20 40-80mm油母页岩 18 块状干粘土 15-18 20-40mm油母页岩 20 粉状干粘土 22 干松泥土 20 驱动装置 驱动装置(或称驱动站)一般包括电机、减速机、液力耦合器、机械联轴节、制动器和逆止器等组成，对于长距离带式输送机（直线槽型带式输送机、弯曲槽型带式输送机、直线管状带式输送机、弯曲管状带式输送机），一般采用分级驱动，即在同一条带式输送机上分布几个驱动装置，驱动装置可采用电机驱动或液压马达驱动，液压马达驱动应用越来越广泛（因为其故障率低，过载能力强，安装空间小）。

1.电动机：

由于鼠笼式电机的起动时间比较短，因而在电机与传动机构之间应装起动辅助设备，也就是使用液力联轴节或其他滑差联轴节，以便形成滑差。当驱动滚筒达到圆周速度的全值时，滑差值可降低至3-4%。在大型带式输送机系统中，电动机与减速器间的联轴节则作为制动轮，在它上面安装制动时间可调的液力推干制动器，以有效的调整系统制动时间。

2.减速机：

需注意的是：减速机当系统出现非正常冲击时，易出现齿面点蚀、断齿、轴承损坏等问题，驱动系统长时间震动超标，易引起减速机整机损坏，产生谐振。所以，对于驱动装置的安装时必须引起高度重视，与减速机匹配的电机和机械联轴节的精度要求必须满足。减速机的骨架油封易损坏漏油，需适时更换。

3.液力耦合器：

液力耦合器是一种联接装置，如图4-5-2，部分功能相当于联轴器。其特点如下：

图4-5-2 液力耦合器简图 a）装设在电机和减速机之间，由电机轴和减速机轴支承。

b）有过热易熔塞限制保护。

c）按电机铭牌设计液力联轴节的功率和转速。

d）平滑起动以及自动控制起动时间和张力。

e）当额定负荷运转时，最低的传递效率在95%以上。

f）液力耦合器克服起动引起的冲击和功率平衡问题。

其工作原理如图4-5-10。它的基本元件有主动轴、从动轴、泵轮、蜗轮、外壳等。

4.制动装置：

5.机械联轴节：

6.滚筒 驱动滚筒是传递动力的主要部件、改向滚筒改变输送带的运行方向。

7.轴 输送机滚筒轴一般是通轴，按最大荷载条件下允许轴在轴承座之间的挠度不大于1/2500来设计。

8.滚筒的轴承和轴承座 a）轴承 输送机系统使用自动调心的耐磨轴承，轴承和轴的安装采用内胀式锁紧套胀紧安装，以便于安装和拆卸。轴承用锂基脂润滑，必须具有防水和防尘密封。

b）轴承座 轴承座由球墨铸铁或铸钢制造。轴承座外壳是对开型基座。用油枪对轴承座加油，进行油脂润滑。

9.托辊托辊用于支撑输送带和输送带上 所承载的物料，使输送带稳定地运行。

五、斗轮堆取料机的取料机构设计 斗轮堆取料机的取料机构也称为斗轮机构，包括斗轮和斗轮驱动装置，作为挖取物料之用。

5.1 堆取料机构的执行机构 斗轮执行机构由轮体、斗子、斗轮轴、轴承座组件、圆弧挡板、溜板导料槽组成。斗轮机构装于臂架的头部，斗轮是由电动机通过液力联轴节的减速机来驱动的。斗轮机构通过斗轮的旋转，配合堆取料机的行走、俯仰，逐层或按阶梯形方式分层取料。

5.2 堆取料机构的驱动部分 斗轮驱动机构主要有：电机、减速器、制动器、液力联轴节、限矩装置等组成。

5.2.1 电动机的选择 电动机的选择包括类型、结构形式、额定电压、额定转速、额定功率的选择选择过程重要考虑其使用要求及其经济型。

（1）选择要求：

1、分析工作载荷特性。

2、分析本身的机械特性。

3、动力机容量计算。

4、进行经济性计算。

5、作业环境的要求。

（2）具体计算：

1、斗轮体质量做功计算：

斗轮：V1 = S·h =π·r2·h = 0.532 m3 m1 = ρ·V1 = 7.85 × 103 kg/cm3 × 0.532 m3 = 4.18 × 103 kg 铲斗：m2 = 355.20 × 10 = 3.55 ×103 kg 铲斗机座：V3 = S·h1 - S·h2 = 0.54 m3 m3 = ρ·V3 = 4.27 × 103 kg 总质量M = m1 + m2 + m3 = 12 × 103 kg W = mgh ,P1 = W/t 由此可知，P1 = 8.15 KW 2、转动惯量与GD2的关系（G = mg ，R转动为半径） J = mR2 / 2 = G(D12 + D22)/8g GD2与转矩M、转速n，时间t的关系 n = (375Mt) / GD2 + n0 其中 n0 = 0 ，t = 10 S 又因为P2 = F·V = F·r·w = 74.595 KW 3、切割做功消耗功率 P3 = FV = 74.595 KW 联立以上式子，可得出P = P1 + P2 + P3 = 157.54 KW 图5-2-1 斗轮驱动传动简图 则P实 = P ·n1·n2·n3·n4·n5·n6 可得 P实 = 208.2 kw 查电动机型号表可选出电机型号，Y355M1-4，功率为220kw，同步转速为1500 r/min 5.2.2 液力耦合器的选择 经验证，选用限矩型液力耦合器。

限矩型液力偶合器的特点：

（1）限矩型液力偶合器能够提高电机的起动性能，降低起动电流、缩短起动时间；

（2）限矩型液力偶合器具有过载保护功能，当负荷过载时能保护电机不会因闷车而烧毁；

（3）限矩型液力偶合器可以显著降低原动机的装机容量，能充分利用原动机的最大扭矩来起动大惯量工作机；

（4）限矩型液力偶合器可隔离扭振，减少冲击和振动，有效防止机械磨损，延长设备使用寿命；

（5）限矩型液力偶合器的结构简单、可靠，无机械磨损，无需特殊维护。

功率系数法选择：

当负载容量不确定，可以直接用电机的额定容量计算选择。

表5-2-1 限矩型液力耦合器传动功率与规格对照表 电机额定功率为220 kw，由表5-2-1可选出液力耦合器工作腔直径为D = 560 mm。

则，初选液力耦合器型号，可选出YOXⅡZ 560S型号的限矩型液力耦合器 带入下面公式验证 验证可知符合。

YOXⅡZ 560S型号的限矩型液力耦合器符合标准。

5.2.3减速器的选择 行星齿轮减速器原理：

1、动力从其中一个太阳轮输入，从另外一个太阳轮输出，行星架通过刹车机构刹死；

　2、动力从其中一个太阳轮输入，从行星架输出，另外一个太阳轮刹死；

　3、动力从行星架输入，从其中一个太阳轮输出，另外一个太阳轮刹死；

　4、两股动力分别从两个太阳轮输入，合成后从行星架输出。

特点和类型 ●行星齿轮传动的主要特点是体积小﹐承载能力大﹐工作平稳﹔但大功率高速行星齿轮传动结构较复杂﹐要求制造精度高 ●行星齿轮传动中有些类型效率高﹐但传动比不大。

●另一些类型则传动比可以很大﹐但效率较低﹐用它们作减速器时﹐其效率随传动比的增大而减小 ●作增速器时则有可能产生自锁。

已知电机的转速为1500 r/min，斗轮转速为7 r/min。

由此可知，传动比I = 1500/7 = 214.286 查表可知，选用NGW-S73型的行星齿轮减速器。

六、零部件三维造型实例 利用solidworks 2008软件对料斗进行三维造型，然后在斗轮体上进行安装，最终完成斗轮体的三维结构。

大体步骤如下：

首先进入solidworks 2008软件的零件板块，画出斗轮 ，如图6-1所示。

图6-1 斗轮 建立新的零件，画出草图，拉伸草图。做出铲斗的相应的毛坯。并挖去多余的部分，做出料斗的形状。如图6-2所示。

图6-2 铲斗毛坯 倒角 添加安装联接板。如图6-3所示。

图6-3 联接板建模 打孔并挖去铲斗下边多余毛坯，倒角。如图6-4所示。

图6-4 铲斗 将铲斗安装到斗轮体上。如图6-5所示。

图6-5 斗轮体三维模型 毕业设计结论 本次毕业设计针对斗轮堆取料机的取料机构的铲斗规格和斗轮体驱动方案进行了计算和验证。其中，主要涉及铲斗容量的计算、电动机型号的选取计算、液力耦合器型号的选取计算、减速器的种类及型号选取计算等。通过计算结果，提出了电动机-液力耦合器-联轴器-行星齿轮减速器-限矩装置的斗轮堆取料机的传动方案。由于斗轮堆取料机已经经过了长时间的发展和改进，在现如今的科学水平上来说，斗轮堆取料机各方面已经趋近于完美阶段，所以，没有做出什么比较特别的创新设计或者改进。只能说是，通过对斗轮堆取料机取料机构的反求设计，来检验大学四年所学的专业知识的综合运用能力，以及面对问题和难题的处变能力。

遗憾的是，不能亲自的见识、操作真实的斗轮堆取料机，所以，不能真切的知道斗轮堆取料机工作时候的各种详细状况，也不能真实的感受到斗轮堆取料机的各种优缺点。

致谢 在这次毕业设计的过程中，我得到了许多人的帮助。

首先我要对我的指导老师—美丽可爱的喻俊馨老师说：谢谢您。感谢喻老师在本次毕业设计上给予我的悉心指导以及提供给我的巨大的支持帮助，这是我能顺利完成这次报告的重要原因。更重要的是，感谢老师无私的帮我解决了许多技术上的难题以及许多细节上的失误，让我能把此次的毕业设计做得更加完善。在此期间，我不仅学到了许多新的知识，而且也开阔了视野，提高了自己的设计能力。

其次，我要感谢帮助过我的同学，他们也为我解决了不少我不太明白的设计上的难题。同时也感谢学院为我提供良好的做毕业设计的环境。

最后，再一次感谢所有在此次毕业设计中曾经帮助过我、鞭策过我的良师益友，以及在设计中被我引用或参考的论著的有名字的或者无名字的作者。衷心的谢谢你们。

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体会到了作者的用心。

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