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【摘要】堆取料机是现代散料装卸的主要设备，应用在港口、电厂、冶金、水泥、矿山等行业的原料场。堆取料机有多种形式，随着技术的进步，各机构逐渐采用先进的调速方式。堆取料机的调速目的主要是: 提高效率，减少冲击，调整取料能力，改善设备的性能与可靠性。
【关键字】堆取料机，调速
中图分类号：A715文献标识码：A文章编号：
一．前言
堆取料机的调速是现代堆取料设备调试和使用的重要环节，调速的目的是满足使用工艺参数，提高设备效率与减少冲击载荷，延长设备钢结构的疲劳寿命，改善性能与可靠性。通过产品设计与现场实践经验，并结合理论分析，详细描述了堆取料机各机构的调速机理及实现方法，对设备设计者和使用者有一定的借鉴意义。
二．摇臂式斗轮堆取料机回转机构的调速
斗轮堆取料机的回转机构在回转角度范围内通常为变速运行，一般采用与轨道长度方向的夹角余弦函数的倒数成正比的速度变化规律调速。由于控制技术水平的限制，过去采用的是 3 级直流电机可控硅调速的方法。随着先进的交流变频电机技术及直流电机控制技术的应用，开始普遍采用连续调速的方法调整回转机构的转速。根据回转机构的转速、每层取料深度、进尺量可以计算出某一瞬时的取料能力。在图 1 中，h表示每层深度，m0表示回转角度为 0 时的进尺量，即大车步进的距离，一般为 0. 3 ～ 1. 5 m;Δr 表示在某一回转角度时的进尺量，v 表示在某一角度时的斗轮水平回转线速度，α 表示回转的角度位置。对应于某一角度的取料能力可由下式计算
式中: Q 为取料能力，t/h; y为物料密度，t / m3。将取料时斗轮水平挖掘的轨迹用平面图表示如图2，图中 y1与 x 的交点为前次回转时的回转中心; y 与 x 的交点为进尺 m0后的回转中心; Δr 为回转角度为 α 时的进尺量; r 为回转半径与斗轮半径之和，m。使用余弦定理可计算出 rα和 Δr 有如下关系:
图1 1 层 1 个进尺单程取料形状
图2 斗轮取料轨迹平面几何形状
调速后的取料量为一不随角度变化的恒定值，实现了相对的稳定取料能力。在实际的应用中由于 ( 1/cosα) 在 90°时为无穷大，所以调速的角度范围为 0° ～70°。一般正常使用时起始角 α1为 10°左右，并根据设备的回转半径、轨道基础的宽度、料堆的高度、取料的层数位置发生变化。当角度大于 70°以后，其速度与 70°时的速度相同，以避免速度过高时的冲击与振动。
由于不同料层回转机构的转动角度是变化的，对于速度的控制还应包括位于起始与终止角度位置时的加速度的调整，一般在高速角度位置时启、制动的时间不小于 5 s，低速的角度位置启、制动时间不小于 3 s。这样可以使设备的回转机构启、制动平稳，减小了冲击。
三．堆取料机大车行走机构的调速
1．斗轮堆取料机的大车调速
斗轮堆取料机的大车行走速度一般采用高、低 2 个速度。高速的目的是为了提高设备的效率，低速的目的是便于准确控制每次步进的距离或堆料点的位置。由于技术落后，过去调速大多采用冶金起重类异步鼠笼式双绕组电机的方式。即在 1个电机里设有 2 个绕组，1 个绕组为四极电机，另1 个绕组为十六极电机。这样折算到电机轴的输出转速分别为 375 r/min 与 1 500 r/min。选用适当的减速器速比使得堆取料机大车的速度分别为低速7. 5 m / min，高速 30 m / min。
由于技术的进步，现在大车机构几乎全部采用变频电机驱动，行走机构实现双速变得非常容易，调整变频器的频率就可实现大车速度的改变。堆取料机大车行走机构的调速属于有级调速，实际变频调速应用中仍然分高速与低速 2 挡。而在大车起、制动时仍需要调速，只不过这种调速不需要人的干预而自动实现。起、制动的时间通常高速为 4 ～6 s，低速为 3 ～4 s。
2. 混匀堆料机的大车行走调速
混匀堆料机是用于料场堆料并对物料进行均化的设备。在堆料时设备的大车会不停地从一端到另一端运行。为了得到比较好的均化效果，通常大车行走的速度是变化的，即前进的速度要比后退的速度慢。其原理是在设备前进与后退时，沿着轨道长度方向堆到料堆上的物料线密度相等。混匀堆料机运行速度示意图见图 3。
大车前进的方向与地面带式输送机运行方向一致，大车后退的方向与地面带式输送机运行方向相反。所以，混匀堆料机的大车行走速度通常按照上式设计计算。混匀堆料机的大车行走速度调整现在一般采用变频电机，前进或后退的 2 个速度在整个运行期间不变。所以，1 次调整后不再需要调整。但在堆料作业到达料堆终点时，设备的启动与制动过程仍需要进行调速，即启、制动动时间从到达到需要的速度为4 ～5 s。启、制动时间在变频器中设定后自动完成，不需要实际作业中进行操作。
3．桥式刮板取料机或滚筒式取料机的大车调速
桥式刮板取料机与滚筒式取料机的大车速度通常分为高速与低速。其共同的特点是采用料耙将物料耙下，由刮板或滚筒上的料斗取料。取料时大车连续低速运行，为料堆全断面取料。
大车取料时的速度
v = Q / ( Aγ)
式中: v 为大车取料状态的速度，m/min; Q为取料能力，t/h; γ 为物料密度，t/m3; A 为料堆的横截面积，m2。调车速度通常取 15 ～ 30 m/min。由上式可以看出，取料能力与取料工作时大车运行的速度成正比，调整取料时的速度 v 可以改变取料机的取料能力。但是，取料状态的速度不能大于挖取装置所能够承受的能力，否则会出现取料过载，最终导致滚筒取料过载或取料刮板过载。为取得良好的调速性能，桥式刮板取料机或滚筒式取料机的大车调速装置通常采用大电机和小电机驱动方式，原因是速度变化范围过大，采用变频调速时 1 个变频器无法实现，要求严格时应选用，2 个变频器分别驱动高速与低速。
通常取料时大车速度为0 ～200 mm/min，具体数值由设计计算确定。而调车速度设计为 20 m/min，所以必须增设小电机与小减速器驱动。在高速调车运行时，离合器分开，大电机驱动大减速器带动车轮旋转实现大车运行; 低速取料行走时，离合器闭合，大电机断电，由小电动机驱动小减速器，再由小减速器驱动大减速器运行。小减速器的速比一般为 50 ～100，具体的速比值根据具体设备设计计算确定。
四．堆取料机俯仰装置的调速
1．钢绳卷扬驱动俯仰装置的调速
堆取料机钢绳卷扬驱动俯仰装置的调速通常是电机带动减速器，再由减速器带动卷筒，驱动钢丝绳拉动系统运动。所选电机主要是绕线转子式电机和变频电机。绕线转子式电机采用在转子回路中调整电阻的方式来改变启、制动性能，达到调速的目的。调速是有级调速，通过开关切换电阻的方式达到调速的目的。变频电机驱动是通过调整电源频率的方式调整启、制动性能，启、制动的时间与速度变化控制和回转机构与大车行走机构类似。
2．液压缸驱动俯仰装置的调速
堆取料机驱动俯仰装置的液压缸线速度通常为 0. 5 ～0. 7 m/min。斗轮中心线速度5 ～6 m/min。早期没有先进的控制阀，通常采用简单的三位四通阀直接控制液压油路，切换过程中冲击比较大。随着技术的进步，目前，斗轮堆取料机液压缸驱动俯仰装置的液压系统大多采用比例阀来控制液压缸的速度与换向。比例阀调速的原理在于通过先导阀控制主阀流量。通常比例阀的先导阀阀芯为锥形，并带有位置反馈线圈，一般用电流毫安信号 ( 4 ～20 mA) ，转换为相应的先导阀阀芯驱动距离，当锥形阀芯处于不同位置时，其与油管之间的间隙不同，流量发生变化，比例阀也就产生了不同的流量而产生不同的速度。
比例阀的开度与比例放大器的输入电流或者输入电压成比例关系。为实现启、制动的平稳性，可以在比例放大板上设定启、制动过程的开度与时间的梯度关系。也可以通过 PLC 等电气控制元件控制比例阀的开度与时间的关系，实现延时变化的流量。
五．结束语
在实际的工作和研究中，我们应该不断的加强对于堆取料机的调速研究，這样才能为实际的应用服务。
参考文献：
[1]吴颖昕 斗轮堆取料机堆取料工艺与控制方法的研究东北大学2009-07-01硕士
[2]于先邦 YG500堆取料机理论计算及有限元分析武汉理工大学2011-05-01硕士
【关键字】堆取料机，调速
中图分类号：A715文献标识码：A文章编号：
一．前言
堆取料机的调速是现代堆取料设备调试和使用的重要环节，调速的目的是满足使用工艺参数，提高设备效率与减少冲击载荷，延长设备钢结构的疲劳寿命，改善性能与可靠性。通过产品设计与现场实践经验，并结合理论分析，详细描述了堆取料机各机构的调速机理及实现方法，对设备设计者和使用者有一定的借鉴意义。
二．摇臂式斗轮堆取料机回转机构的调速
斗轮堆取料机的回转机构在回转角度范围内通常为变速运行，一般采用与轨道长度方向的夹角余弦函数的倒数成正比的速度变化规律调速。由于控制技术水平的限制，过去采用的是 3 级直流电机可控硅调速的方法。随着先进的交流变频电机技术及直流电机控制技术的应用，开始普遍采用连续调速的方法调整回转机构的转速。根据回转机构的转速、每层取料深度、进尺量可以计算出某一瞬时的取料能力。在图 1 中，h表示每层深度，m0表示回转角度为 0 时的进尺量，即大车步进的距离，一般为 0. 3 ～ 1. 5 m;Δr 表示在某一回转角度时的进尺量，v 表示在某一角度时的斗轮水平回转线速度，α 表示回转的角度位置。对应于某一角度的取料能力可由下式计算
式中: Q 为取料能力，t/h; y为物料密度，t / m3。将取料时斗轮水平挖掘的轨迹用平面图表示如图2，图中 y1与 x 的交点为前次回转时的回转中心; y 与 x 的交点为进尺 m0后的回转中心; Δr 为回转角度为 α 时的进尺量; r 为回转半径与斗轮半径之和，m。使用余弦定理可计算出 rα和 Δr 有如下关系:
图1 1 层 1 个进尺单程取料形状
图2 斗轮取料轨迹平面几何形状
调速后的取料量为一不随角度变化的恒定值，实现了相对的稳定取料能力。在实际的应用中由于 ( 1/cosα) 在 90°时为无穷大，所以调速的角度范围为 0° ～70°。一般正常使用时起始角 α1为 10°左右，并根据设备的回转半径、轨道基础的宽度、料堆的高度、取料的层数位置发生变化。当角度大于 70°以后，其速度与 70°时的速度相同，以避免速度过高时的冲击与振动。
由于不同料层回转机构的转动角度是变化的，对于速度的控制还应包括位于起始与终止角度位置时的加速度的调整，一般在高速角度位置时启、制动的时间不小于 5 s，低速的角度位置启、制动时间不小于 3 s。这样可以使设备的回转机构启、制动平稳，减小了冲击。
三．堆取料机大车行走机构的调速
1．斗轮堆取料机的大车调速
斗轮堆取料机的大车行走速度一般采用高、低 2 个速度。高速的目的是为了提高设备的效率，低速的目的是便于准确控制每次步进的距离或堆料点的位置。由于技术落后，过去调速大多采用冶金起重类异步鼠笼式双绕组电机的方式。即在 1个电机里设有 2 个绕组，1 个绕组为四极电机，另1 个绕组为十六极电机。这样折算到电机轴的输出转速分别为 375 r/min 与 1 500 r/min。选用适当的减速器速比使得堆取料机大车的速度分别为低速7. 5 m / min，高速 30 m / min。
由于技术的进步，现在大车机构几乎全部采用变频电机驱动，行走机构实现双速变得非常容易，调整变频器的频率就可实现大车速度的改变。堆取料机大车行走机构的调速属于有级调速，实际变频调速应用中仍然分高速与低速 2 挡。而在大车起、制动时仍需要调速，只不过这种调速不需要人的干预而自动实现。起、制动的时间通常高速为 4 ～6 s，低速为 3 ～4 s。
2. 混匀堆料机的大车行走调速
混匀堆料机是用于料场堆料并对物料进行均化的设备。在堆料时设备的大车会不停地从一端到另一端运行。为了得到比较好的均化效果，通常大车行走的速度是变化的，即前进的速度要比后退的速度慢。其原理是在设备前进与后退时，沿着轨道长度方向堆到料堆上的物料线密度相等。混匀堆料机运行速度示意图见图 3。
大车前进的方向与地面带式输送机运行方向一致，大车后退的方向与地面带式输送机运行方向相反。所以，混匀堆料机的大车行走速度通常按照上式设计计算。混匀堆料机的大车行走速度调整现在一般采用变频电机，前进或后退的 2 个速度在整个运行期间不变。所以，1 次调整后不再需要调整。但在堆料作业到达料堆终点时，设备的启动与制动过程仍需要进行调速，即启、制动动时间从到达到需要的速度为4 ～5 s。启、制动时间在变频器中设定后自动完成，不需要实际作业中进行操作。
3．桥式刮板取料机或滚筒式取料机的大车调速
桥式刮板取料机与滚筒式取料机的大车速度通常分为高速与低速。其共同的特点是采用料耙将物料耙下，由刮板或滚筒上的料斗取料。取料时大车连续低速运行，为料堆全断面取料。
大车取料时的速度
v = Q / ( Aγ)
式中: v 为大车取料状态的速度，m/min; Q为取料能力，t/h; γ 为物料密度，t/m3; A 为料堆的横截面积，m2。调车速度通常取 15 ～ 30 m/min。由上式可以看出，取料能力与取料工作时大车运行的速度成正比，调整取料时的速度 v 可以改变取料机的取料能力。但是，取料状态的速度不能大于挖取装置所能够承受的能力，否则会出现取料过载，最终导致滚筒取料过载或取料刮板过载。为取得良好的调速性能，桥式刮板取料机或滚筒式取料机的大车调速装置通常采用大电机和小电机驱动方式，原因是速度变化范围过大，采用变频调速时 1 个变频器无法实现，要求严格时应选用，2 个变频器分别驱动高速与低速。
通常取料时大车速度为0 ～200 mm/min，具体数值由设计计算确定。而调车速度设计为 20 m/min，所以必须增设小电机与小减速器驱动。在高速调车运行时，离合器分开，大电机驱动大减速器带动车轮旋转实现大车运行; 低速取料行走时，离合器闭合，大电机断电，由小电动机驱动小减速器，再由小减速器驱动大减速器运行。小减速器的速比一般为 50 ～100，具体的速比值根据具体设备设计计算确定。
四．堆取料机俯仰装置的调速
1．钢绳卷扬驱动俯仰装置的调速
堆取料机钢绳卷扬驱动俯仰装置的调速通常是电机带动减速器，再由减速器带动卷筒，驱动钢丝绳拉动系统运动。所选电机主要是绕线转子式电机和变频电机。绕线转子式电机采用在转子回路中调整电阻的方式来改变启、制动性能，达到调速的目的。调速是有级调速，通过开关切换电阻的方式达到调速的目的。变频电机驱动是通过调整电源频率的方式调整启、制动性能，启、制动的时间与速度变化控制和回转机构与大车行走机构类似。
2．液压缸驱动俯仰装置的调速
堆取料机驱动俯仰装置的液压缸线速度通常为 0. 5 ～0. 7 m/min。斗轮中心线速度5 ～6 m/min。早期没有先进的控制阀，通常采用简单的三位四通阀直接控制液压油路，切换过程中冲击比较大。随着技术的进步，目前，斗轮堆取料机液压缸驱动俯仰装置的液压系统大多采用比例阀来控制液压缸的速度与换向。比例阀调速的原理在于通过先导阀控制主阀流量。通常比例阀的先导阀阀芯为锥形，并带有位置反馈线圈，一般用电流毫安信号 ( 4 ～20 mA) ，转换为相应的先导阀阀芯驱动距离，当锥形阀芯处于不同位置时，其与油管之间的间隙不同，流量发生变化，比例阀也就产生了不同的流量而产生不同的速度。
比例阀的开度与比例放大器的输入电流或者输入电压成比例关系。为实现启、制动的平稳性，可以在比例放大板上设定启、制动过程的开度与时间的梯度关系。也可以通过 PLC 等电气控制元件控制比例阀的开度与时间的关系，实现延时变化的流量。
五．结束语
在实际的工作和研究中，我们应该不断的加强对于堆取料机的调速研究，這样才能为实际的应用服务。
参考文献：
[1]吴颖昕 斗轮堆取料机堆取料工艺与控制方法的研究东北大学2009-07-01硕士
[2]于先邦 YG500堆取料机理论计算及有限元分析武汉理工大学2011-05-01硕士