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摘要：本文阐述了悬臂式斗轮堆取料机取料过程中回转按1/cosφ调速原理及其计算方法；回转变频调速已经取代了恒速模式。
关键词：芜湖港 ；斗轮堆取料机 ；回转速度 ；1/cosφ调速原理
Abstract: This paper describes the boom-type bucket wheel stacker reclaimer process rotary press 1/cos φ control principle and calculation method; rotating frequency has been replaced by a constant speed mode
Key words: Wuhu port; bucket wheel reclaimer; slewing speed; 1/cos φ speed
中圖分类号：TH213.1 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
1前言
芜湖港裕溪口煤码头作为首批建成的国家煤炭应急储备基地之一，现有煤炭堆区3个，总面积25.5万平方米，静态储煤240万吨，年度中转能力3000万吨。目前，在新建成的储配煤新生产线储煤系统中采用的是大连重工·起重集团有限公司生产制造的DQL4000/3000-50型斗轮堆取料机，共计4台。其回转半径为50m，堆料能力3000t/h，取料能力4000t/h，采用堆取作业方式，实现煤炭的储存、配煤和直接装船。
DQL4000/3000-50型斗轮堆取料机是悬臂式的，其取料作业是通过俯仰、走行进尺和回转三个动作环节完成的。通常对外销售的商品煤炭在料场中堆积成梯形或三角形，以平行于梯形或三角形底边的直线将料堆截面梯形或三角形分成等高的若干层（通常为3层、4层或5层），在料层之间的取料转换是通过俯仰来完成的。在完成一轮回转切削取料之后，进入下一轮取料之前，主机进行走行进尺，以便使斗轮前端进入物料切削范围。对于在标准料场作业的一台堆取料机，每一次取料进尺量是固定的，这个定值是通过最大回转速度计算而得来的，进尺后通过悬臂回转使斗轮料斗部进入料堆切削取料。
2回转速度按1/cosφ调速原理
回转速度可以是恒速也可以是变速。如图1所示，当以恒速回转取料时，随悬臂梁与轨道夹角φ的增大，斗轮取料量在减少，当φ=90°时，取料量为0，这样就影响了取料效率。为了提高效率，回转通常采用变速方式，随着夹角φ的增大而提高回转速度，以提高斗轮取料量。由进尺方式可知阴影部分S1和S2是等效的。设回转线速度V，进尺量CD，料堆层高H,则斗轮取料量
Q′=3600CDHVγcosφ（1）
式中：Q′-取料量（t/h）；
CD-进尺量（m）；
H-料堆层高（m）；
V-回转速度（m/s）；
γ-物料比重（t/m3）；
φ-悬臂梁与轨道夹角。
在斗轮堆取料机取料作业中，其能力是以平均能力Q来衡量的，而平均能力是由额定取料能力Q额和效率因子η1和η2决定的。
Q=Q额η1η2（2）
图1取料平面图
额定能力Q额取决于料斗的斗容、料斗个数及斗轮转速等，它与取料作业过程无关，是堆取料机本身特性。效率因子η1为时间折减系数，即切削取料时间与取料作业所耗总时间的比值；效率因子η2为切削取料作业时，料斗平均充满系数，即取料量与额定取料能力的比值。
Q′=Q额η2 （3）
当η2=1时，Q′=Q额，此时回转取料效率是最高的。当Q′>Q额时，斗轮无法取净斗轮前端转过面积上的物流，将出现斗轮推料堆现象，这在斗轮作业中是不允许的，因此，将最大取料量设为额定能力Q额。
Q额=3600CDHVγcosφ（4）
V= Q额/3600CDHγcosφ（5）
由式（5）可以看出，其它参数在回转过程中是定值，回转速度V与1/cosφ成正比，即回转速度按1/cosφ调速。
此时式（2）因η2=1变为Q=Q额η1
为了方便起见，令η=η1
则
Q=Q额η （6）
其中：η-时间效率系数。
η值是通过针对标准料场和规则料堆计算得来的，通常η=0.6～0.8。
3回转速度的计算
在堆取料机中，回转速度是以角速度来决定的，
ω=60V/[2π(R+r)]
=30V/[π(R+r)]（7）
式中：ω-回转角速度（r/min）；
V-回转线速度（m/s）；
R-回转半径（m）；
r-斗轮半径（m）。
将式（5）带入式（7）得：
ω= Q额/[120πCDHγ(R+r)cosφ] （8）
由于斗轮堆取料机回转转动惯量大，转速不应太快，通常V≤35m/min,此时对应的角度φ=70°（cos70°=0.342）。
将上述两个数据代入式（5）可得：
CD=1.4×10-3 Q额/Hγ （9）
由于1/cos90°=∞，通常将φ=70°时的回转速度作为最大速度ωmax；在作业状态受结构影响时，悬臂梁与轨道夹角最小值一般在12°左右，通常将φ=12°时的回转速度作为最小速度ωmin。由于cos12°/ cos70°≈3,所以在标定回转速度时通常取最大值为最小值3倍的一个范围。
在调速中，也可用分段直线代替转速曲线ω（φ）。
ω（φ）=
4结论
斗轮堆取料机作为一种大型的港口作业机械设备，有着很重要的地位。随着科技的发展，斗轮堆取料机的回转变频调速已经取代了恒速回转。随着变频技术的广泛应用，现在使用的回转电机，在选型上都已经普遍采用变频电机。回转变频调速，节约了回转时间，提高了生产效率，使取料作业始终处于高效率状态。
关键词：芜湖港 ；斗轮堆取料机 ；回转速度 ；1/cosφ调速原理
Abstract: This paper describes the boom-type bucket wheel stacker reclaimer process rotary press 1/cos φ control principle and calculation method; rotating frequency has been replaced by a constant speed mode
Key words: Wuhu port; bucket wheel reclaimer; slewing speed; 1/cos φ speed
中圖分类号：TH213.1 文献标识码：A文章编号：2095-2104（2013）
1前言
芜湖港裕溪口煤码头作为首批建成的国家煤炭应急储备基地之一，现有煤炭堆区3个，总面积25.5万平方米，静态储煤240万吨，年度中转能力3000万吨。目前，在新建成的储配煤新生产线储煤系统中采用的是大连重工·起重集团有限公司生产制造的DQL4000/3000-50型斗轮堆取料机，共计4台。其回转半径为50m，堆料能力3000t/h，取料能力4000t/h，采用堆取作业方式，实现煤炭的储存、配煤和直接装船。
DQL4000/3000-50型斗轮堆取料机是悬臂式的，其取料作业是通过俯仰、走行进尺和回转三个动作环节完成的。通常对外销售的商品煤炭在料场中堆积成梯形或三角形，以平行于梯形或三角形底边的直线将料堆截面梯形或三角形分成等高的若干层（通常为3层、4层或5层），在料层之间的取料转换是通过俯仰来完成的。在完成一轮回转切削取料之后，进入下一轮取料之前，主机进行走行进尺，以便使斗轮前端进入物料切削范围。对于在标准料场作业的一台堆取料机，每一次取料进尺量是固定的，这个定值是通过最大回转速度计算而得来的，进尺后通过悬臂回转使斗轮料斗部进入料堆切削取料。
2回转速度按1/cosφ调速原理
回转速度可以是恒速也可以是变速。如图1所示，当以恒速回转取料时，随悬臂梁与轨道夹角φ的增大，斗轮取料量在减少，当φ=90°时，取料量为0，这样就影响了取料效率。为了提高效率，回转通常采用变速方式，随着夹角φ的增大而提高回转速度，以提高斗轮取料量。由进尺方式可知阴影部分S1和S2是等效的。设回转线速度V，进尺量CD，料堆层高H,则斗轮取料量
Q′=3600CDHVγcosφ（1）
式中：Q′-取料量（t/h）；
CD-进尺量（m）；
H-料堆层高（m）；
V-回转速度（m/s）；
γ-物料比重（t/m3）；
φ-悬臂梁与轨道夹角。
在斗轮堆取料机取料作业中，其能力是以平均能力Q来衡量的，而平均能力是由额定取料能力Q额和效率因子η1和η2决定的。
Q=Q额η1η2（2）
图1取料平面图
额定能力Q额取决于料斗的斗容、料斗个数及斗轮转速等，它与取料作业过程无关，是堆取料机本身特性。效率因子η1为时间折减系数，即切削取料时间与取料作业所耗总时间的比值；效率因子η2为切削取料作业时，料斗平均充满系数，即取料量与额定取料能力的比值。
Q′=Q额η2 （3）
当η2=1时，Q′=Q额，此时回转取料效率是最高的。当Q′>Q额时，斗轮无法取净斗轮前端转过面积上的物流，将出现斗轮推料堆现象，这在斗轮作业中是不允许的，因此，将最大取料量设为额定能力Q额。
Q额=3600CDHVγcosφ（4）
V= Q额/3600CDHγcosφ（5）
由式（5）可以看出，其它参数在回转过程中是定值，回转速度V与1/cosφ成正比，即回转速度按1/cosφ调速。
此时式（2）因η2=1变为Q=Q额η1
为了方便起见，令η=η1
则
Q=Q额η （6）
其中：η-时间效率系数。
η值是通过针对标准料场和规则料堆计算得来的，通常η=0.6～0.8。
3回转速度的计算
在堆取料机中，回转速度是以角速度来决定的，
ω=60V/[2π(R+r)]
=30V/[π(R+r)]（7）
式中：ω-回转角速度（r/min）；
V-回转线速度（m/s）；
R-回转半径（m）；
r-斗轮半径（m）。
将式（5）带入式（7）得：
ω= Q额/[120πCDHγ(R+r)cosφ] （8）
由于斗轮堆取料机回转转动惯量大，转速不应太快，通常V≤35m/min,此时对应的角度φ=70°（cos70°=0.342）。
将上述两个数据代入式（5）可得：
CD=1.4×10-3 Q额/Hγ （9）
由于1/cos90°=∞，通常将φ=70°时的回转速度作为最大速度ωmax；在作业状态受结构影响时，悬臂梁与轨道夹角最小值一般在12°左右，通常将φ=12°时的回转速度作为最小速度ωmin。由于cos12°/ cos70°≈3,所以在标定回转速度时通常取最大值为最小值3倍的一个范围。
在调速中，也可用分段直线代替转速曲线ω（φ）。
ω（φ）=
4结论
斗轮堆取料机作为一种大型的港口作业机械设备，有着很重要的地位。随着科技的发展，斗轮堆取料机的回转变频调速已经取代了恒速回转。随着变频技术的广泛应用，现在使用的回转电机，在选型上都已经普遍采用变频电机。回转变频调速，节约了回转时间，提高了生产效率，使取料作业始终处于高效率状态。