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   斗轮堆取料机的输送能力  


By Liyimin

 
    随着现代科技的发展及工业水平的不断提高.堆取料机作为重要的高效散料输送设备已广泛用于港口、电厂、矿山冶金及建材企业的大型原料场。由于不断的引进国外的先进技术自动化程度也在逐渐提高。因此,堆取料机的输送能力也在逐渐采用计量装置进行计量。装卸部门对装卸车船等的时间要求更加严格这就要求设计制造者与使用者进一步明确输送能力的概念,以保证堆取料机单机与散料输送系统相适应的参数下正常运转,避免因参数不当造成设备故障及不必要的经济损失。
一、输送能力的种类
目前.我国一些制造厂及使用部门多采用下列名称标注堆取料机的输送能力
a、生产能力(生产率)
b、额定能力
c、平均能力
d、最大能力
e、理论能力
f、保证能力
g、公称能力
h、名义能力
    以上名称的输送能力均有所不同,其概念及定义也不同给设计与系统运用带来许多困难。有必要规定统一的能力定义从而减少设计与选用差错,以上八种名称可归结为三种:
1、最大能力
2、额定能大
3、平均能力
    在前面八种能力中取消“生产能力”这个不确切的能力名称,“理论能力”按最大能力理解。“公称能力”和“名义能力”按额定能力理解。“保证能力”按平均能力理解。
二、堆料机或堆取料机堆料作业时的堆料能力
      堆料机或堆取料机堆料作业的工艺过程是将地面皮带机送来的物料送至料场,这个过程
中间要求地面皮带机的来料能顺利通过机上皮带机送至料场。因此机上皮带机的输送能力应与地面皮带机的能力一致或相同。其输送能力可按最大能力与额定能力来注明。
最大能力——最大能力表示机上皮带机所具有的最大物料流通过量,也是保证额定能力所必须的通过量。
额定能力——额定能力表示机上皮带机所具有的正常工作时可以达到的物料流通过量.用下式计算:
            QBR= Ka· QBM ( t/h)     (1)
式中:QBR ------额定堆料能力,t/h;
         Ka -----皮带通过量系数, 通常Ka—0.9-0.95 ;
       QBM  —— 最大能力,t/h;
         最大能力与额定能力上述关系存在的主要原因是当地面皮带机物料流量超过额定能力时机上皮带机系统不至于出现撒料及堵料等故障。以保证堆料作业的正常进行,通常标注也只标注额定能力。机上皮带机最大能力最好大于或等于地面皮带机的最大能力。最大能力可以用下式表示:
            QBM=A· V· r· 3600 (t/h)   (2)
式中:
   A ------- 机上皮带机皮带上最大物料截面积(m2);
   V —— 皮带速度(m/s);
   r —— 物料密度(t/m3)。
三、取料机或堆取料机取料作业时的取料能力
    取料机或堆取料机取料作业的工艺过程是由斗轮将物料取到机上皮带机,再由机上皮带机送至地面皮带机.取料过程中机上皮带机的物料流的情况将是变化的,这种变化将与取料工艺、设备类型、控制方式等因素有关。因此,取料能力也与此有关。
1.最大能力
    最大能力是指斗轮在挖掘物料时所具有的最大能力,是保证额定能力所必须的能力。其意义可由下式表示:;
              QRM=60·I·n·N·r (t/h);   (3)
式中:QRM----最大取料能力;
           I——一单个料斗容积,m3
            n——斗轮转速(r/min);
            N——斗轮料斗个数;
            r——物料密度(t/m3
     最大能力是设计料斗容积、斗轮转速、料斗个数、机上皮带机和地面皮带机最大通过量的依据。在实际系统设计中地面皮带机的最大能力应大于或等于堆取料机或取料机取料作业时的最大能力。最大能力与设备类型、控制方式及操作方法无关。
2、额定能力 
       额定能力是指斗轮堆取料机或取料机取料作业时设备的名义或公称通过量。它表示设备本身斗轮的挖掘效率,是设备可以达到的正常工作时的能力,与设备类型、控制方式及操作方法无关。
额定能力与最大能力有下列关系;
        QRR=KR·QRM       (4)
     式中:QRR ---- 额定能力(t/h);
             QRM ----- 最大能力(t/h);
             KR ----- 斗轮挖掘效率,通常KR=0.9-0.95;
3、平均取料能力
       平均取料能力是指堆取料机或取料机取料作业时,在规定的标准形状料堆上连续工作一定时间(通常要大于2个小时),操作者根据规定的操作程序和方法操作,取料机或堆取料机可以达到的在这一段时间内的平均取料速度或每小时取料量。
      堆取料机或取料机取料作业的平均取料能力与料堆形状、设备类型、控制方式、操作方法等因素有关。因此,对于使用者及系统的设计部门都十分注重这一参数。这一参数将直接影响系统的装卸能力,关系到系统能否在规定的时间范围内完成所需要的装卸量。
(1) 摇臂式堆取料机或取料机取料平均能力的测定规定出标准料堆的形状,见图1。

       料堆上部要平坦,高度与宽度等几何尺寸及形状要达到设计要求,取料断面每层都达到了可连续取料的阶梯形状,然后按规定控制方式取料测定其平均能力。
a、半自动控制设备的取料平均能力
    半自动控制设备其各个运动均由计算机控制,且回转机构采用直流电机或变频电机调速。回转速度与回转角度余弦函数的倒数成正比,即
                   ω=ω0/cosφ; (5)
式中: ω --—回转角速度;
             ω0 ——回转角度为0度时的回转角速度;
             φ----- 回转角度。
    调整速度的角度范围是0度到70度,而在70度到90度则为不调速的恒速区间,因为当回转角度接近于90度时1/cosφ是无穷大,其回转角度与回转速度关系如图2
               

  

 图2中,ω表示回转角速度,φ表示回转角度位置。由于回转角速度与回转角度按1/cosφ的规律变化,斗轮所挖掘的物料流较均匀,整机效率较高, 其取料能力与时间的关系见图3。

         在图3中,tc1、tc2、tc3...分别表示从料堆上部起第一层到第几层的切削时间。tl1、tl2、tl3、……分别表示改变取料层所需时间。tb表示考核平均取料能力的时间。通常tb≥2小时。平均取料能力可由下式表示:




 

 

式中:QRA1——半自动控制设备平均取料能力;
b、恒速回转时的平均取料能力
  恒速回转时,回转速度在回转角度范围内为一常量,见图4

                          图4 恒速回转速度与回转角度的关系

其取料能力与时间的关系可用图5来表示.

 

     图5中,tc1、tc2、tc3……分别表示从料堆上部起第一层到第几层的切削时间。tl1、tl2、tl3……分别表示改变取料层所需时间。tb表示考核平均取料能力的时间。与上相同,tb通常取2小时或更长时间、恒速回转时平均取料能力可由下式表示:

式中QRA2 —— 恒速回转时的平均取料能力


c、直流三级调速回转时的平均取料能力

                   图6直流三级调速回转速度与回转角度的关系
    在直流三级调速的回转速度与回转角度可由图6表示.图6中α1,α2,α3,分别表示改变回转速度的回转角度位置,其具体数值可根据料层等因素调整改变,直流三级调速回转的取料能力与时间的关系可由图7表示。

直流三级调速回转时平均取料能力可由下式表示:

 

        由以上分析可见,摇臂式取料机三种调速控制方式中.半自动控制设备的效率最高;两种手动控制方式中恒回转速度的设备效率最低,直流三级回转调速设备居中。而实际使用中半自动控制操作比较方便其次是手动恒速回转速度,直流三级调速回转设备操作比较困难。对于直流电机三级调速回转装置操作中对应于某一角度范围所要求的回转速度会发生不适应而产生斗轮切削量不足或切削量过量,因此直流三级调速回转的设备操作要求操作者操作认真熟练才能达到预期的目的,否则将影响设备的效率。
    对于半自动控制的摇臂式取料机其额定取料能力与平均取料能力有如下关系:
                    QRA1=KA· QRR         (9)
式中:QRA——平均取料能力;
      QRR——额定取料能力;
      KA —— 平均取料系数;通常KA =0.8;
对于手动控制恒回转速度及直流三级调速回转速度的设备其额定取料能力与平均取料能
力的关系跟取料工艺、控制方式、操作者的劳动态度及操作熟练程度等诸因素有关,这里不详述。
(2)桥式取料机的平均取料能力
    这里所指的桥式取料机均为物料靠料耙耙下,然后由斗轮挖掘物料。料堆横断面形状为三角形式近似于角形。
①单斗轮桥式取料机
a、 手动控制小车横移速度恒定
手动控制小车横移速度恒定时,斗轮小车在整个行程范围内速度不变,见图8

                        图8  斗轮小车横移速度与位置的关系
图8中纵坐标V表示斗轮小车横移的速度,横坐标表示斗轮小车的位置,BS表示斗轮小车的行程。

   由于小车速度恒定及料堆断面形状决定其取料能力与时间的关系,见图9

 

 

 


取料能力随时间产生周期性变化,因此其平均取料能力可用下式表示:

 


式中;QRA4——斗轮小车恒速移动时的平均取料能力;
tb ——斗轮横移时的一个周期;
b、手动直流三级调速小车横移
手动直流三级调速小车横移时斗轮小车在料堆中部速度低而在堆边缘时速度最高.见
图10。

 

                                       图10直流三级调速小车速度与位置的关系
    由于以上原因使此类设备取料效率有所提高其取料能力与时间的关系见图11。

                  图11直流三级调速小车速度取料能力与时间的关系
取料能力与时间的函数关系是周期函数。因此平均取料能力可有下式表示:

 



式中:QRA5----- 直流三级调速小车横移时的平均取料能力;
    tb——斗轮小车横移时的一个周期;
  c、自动调速小车横移

    自动调速小车横移时斗轮小车在其行程范围内速度的变化比较平滑。同样在中部速度最低在边缘速度最高。其横移速度的变化情况见图12

                            图12自动控制小车横移速度与位置的关系
     由于自动控制小车横移速度,斗轮小车对应于某一位置时的速度更为理想.在其行程范围内取料能力更加均匀,其取料能力与时间的关系见图13表示

  自动控制小车横移速及单斗轮桥式取料机平均取料能力可由下式表示:

 

式中:QRA6 —— 自动控制小车横移运行时的平均取料能力;
      tb —— 斗轮小车横移时的一个周期
       以上表明单斗轮桥式取料机斗轮小车横移速度控制方式的不同使取料机效率不同。
在相同斗容及斗轮转速的情况下,自动控制小车横移速度时平均取料能力最大,效率最高。

②双斗轮桥式混匀取料机的平均取料能力
     双斗轮桥式混匀取料机的两个斗轮中心线的距离一般接近于料堆宽度的一半,斗轮小车
横移的速度为一恒定值,无论采用何种控制方式都如此。其斗轮小车横移速度与其行程位置
的关系如图14所示。

 

 

 

    斗轮小车整个行程范围内速度不变。因为两个斗轮相对位置不变,所以在切削时间取料能力是一个定值。

    双斗轮桥式混匀取料机就某一斗轮而言与单斗轮桥式取料机的取料特性在小车横移速度恒定时是一致的。双斗轮桥式混匀取料机的平均取料能力可由下式表示:

 



式中QRA7 —— 自动控制小车横移运行时的平均取料能力;
      tb —— 斗轮小车横移时的一个周期
   
   图中td为小车起制动大车进尺所需时间。对于手动与自动控制的双斗轮桥式取料机在此处的主要区别为手动时出较长,而自动控制时td较短,提高了设备之效率。
四、堆取料机输送能力在技术文件上的标注
1、堆料功能

    堆料能力通常标注两个,即最大堆料能力与额定堆料能力,在标注一个时应标注额定能力,在设备型号或名称上应标注额定能力。
2、取料功能
    取料能力通常应标注三个能力,即最大取料能力、额定取料能力和平均取料能力,在只标注两个能力时标注额定取料能力与平均取料能力,在供需双方达成协议时允许只标平均能力。
小结
    堆取料机的堆取料能力多年来一直末得到基本概念理解上的统一,给使用单位、设计部门及制造厂家带来不便。尤其对过去未使用或对此类设备了解较少的用户更容易造成误解。希望本文在堆取料机能力的概念问题上对设计与选用此类设备有所帮助。 

摘自《中国科协第二届青年学术年会卫星会议辽宁省第二届青年学术年会论文集》1995年9月

ISBN 7-5611-1050-2

Z。13

          By Liyimin   2001-7-1