斗轮堆取料机毕业设计说明书.docx
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斗轮堆取料机毕业设计说明书
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
Thesubjectofthisgraduationdesigniscantileverbucketwheelstackerreclaimermechanism.Wecanunderstandthevariousstatesbetweenthepartsandthecooperationbetweeneachotherwhentheyareworking,andthentofurtherstudytheprocessingrequirements,geometricaltolerancesandsurfaceroughnessthroughthebucketwheelstacker/reclaimermachineanalysis.Theultimategoalistocreateanewbucketwheelstackerreclaimermechanismwithreversemethod.Thenewbucketwheelstackerreclaimermechanismcontainsthecompositionofbucketwheelstacker/reclaimerstackerandtheworkingprinciple,selectivestackermechanism,transmissionmechanismandpowertransmissiondevice,writingtheassemblyprocessofthemanipulation,theanalysisoftheincreasedstiffnessandrigiditytomeetthefunctionalrequirementsandtechnicalrequirements.
Keywords:
analysis;reverse;design;innovation;workprinciple
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630m3/h一下。
中型：
生产率为630~2500m3/h。
大型：
生产率为2500~5000m3/h。
特大型：
生产率为5000~10000m3/h。
巨型：
生产率为10000m3/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=7200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。
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=0.6t/m3；M=0.208t
由此可得：
V=0.347m3
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=5.82m
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=1.82748m，保留四位有效数字可得a=1.827m
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=1457.4m3/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4-2-1-2a、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
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