斗轮堆取料机是在小型斗轮挖掘机的基础上发展起来的堆、取合一的轨道式装卸设备，主要应用于火电厂、矿山、港口、钢铁、水泥等行业以及大型水利工地的散料的堆取、输送和均料。它具有堆取料能力大、料场占地面积小、操作方便、容易实现自动控制等优点而被工业部门广泛使用，斗轮堆取料机属于大型高效的堆取料设备。

斗轮堆取料机类设备包括悬臂式、桥式、门架式等不同的种类，以及单一功能的取料机、堆料机、混匀取料机、混匀堆料机等，本书对其使用的范围、特点和基本结构进行了介绍。

本书内容新颖，结构完整，通俗易懂，理论与实践相结合，适用面广，适于广大从事斗轮堆取料机设计、研究、维护的工程技术人员以及相关专业的本科生、研究生和教师使用与参考。

本书较系统地介绍了斗轮堆取料机总体参数的确定、主要零部件的结构设计，以及斗轮驱动系统传动装置的优化设计，斗轮堆取料机的自动控制、现场通信网络技术、远程通信系统设计，采用计算机视觉技术监控斗轮堆取料机的方法，斗轮堆取料机设计的虚拟样机技术和虚拟现实技术，变幅装置运动学仿真、斗臂架模态分析、CATIA铲斗三维造型技术和非电量检测技术的应用等内容。

本书内容系统、详实、新颖、结构完整、图文并茂、通俗易懂、实用性强。适于广大从事工程机械开发、设计、研究、管理、维护的工程技术人员，以及相关专业的本科生、研究生和教师使用、参考。也可作为大专院校的相关专业教材。

第1章 概述1

1.1散料连续装卸机械的特点1

1.2斗轮堆取料机和斗轮挖掘机的比较2

1.2.1斗轮挖掘机的基本结构和工作原理2

1.2.2悬臂式斗轮堆取料机的基本结构和工作原理4

1.3连续开采工艺和连续散料装卸工艺5

1.3.1斗轮挖掘机——连续式开采工艺的核心5

1.3.2露天煤矿连续开采系统的组成5

1.3.3斗轮堆取料机——散料连续装卸系统的核心6

1.4斗轮堆取料机国内外发展概况8

1.4.1国外发展概况8

1.4.2国内发展概况11

1.4.3发展方向13

第2章 散料连续装卸机械的相关术语15

2.1散料物料的粒度15

2.1.1物料粒度15

2.1.2粒度组成15

2.2有关“堆积”散料的一些概念15

2.2.1堆积密度、堆积重度15

2.2.2堆积角15

2.2.3燃煤、铁矿石的特性16

2.2.4外摩擦系数16

2.2.5湿度(含水率)16

2.3堆取料机工艺流程16

2.3.1根据系统配置决定堆取料机的生产能力17

2.3.2斗轮堆取料机的取料工艺17

第3章 斗轮堆取料机概述20

3.1斗轮堆取料机的分类20

3.2斗轮堆取料机的应用范围21

3.2.1悬臂式斗轮堆取料机应用范围21

3.2.2单一功能的取料机与堆料机应用范围21

3.2.3混匀取料机与混匀堆料机应用范围21

3.2.4门式斗轮堆取料机应用范围22

3.3斗轮堆取料机的代号22

3.3.1目前规定的国家标准代号22

3.3.2我国早期产品的代号23

第4章 斗轮堆取料机总体设计24

4.1总体设计概论24

4.2切屑形状26

4.3斗轮堆取料机的主参数及其确定26

4.3.1堆料、取料的理论生产率26

4.3.2容积理论生产率QV的计算27

4.3.3斗轮取料时每层深度28

4.3.4料堆高度28

4.3.5料堆长度29

4.3.6料堆的宽度29

4.4斗轮堆取料机的工作性能参数及其确定30

4.4.1斗轮堆取料质量M概念30

4.4.2斗轮外径D确定30

4.4.3料堆切割阻力的选取32

4.4.4铲斗切割速度VC的确定33

4.4.5斗轮回转转速n和ωC的确定34

4.4.6斗距a的确定35

4.4.7铲斗数目Z的确定35

4.4.8卸斗次数U的确定36

4.4.9铲斗容量q的计算36

4.4.10铲斗形状系数G36

4.4.11斗臂架回摆速度VS36

4.4.12斗臂架回摆角度37

4.4.13斗臂架回摆半径37

4.4.14斗臂架俯仰速度和俯仰接地力38

4.4.15斗臂架俯仰角度38

4.4.16轮压38

4.4.17轨道中心距39

4.4.18行走速度39

第5章 斗轮堆取料机的主要零部件结构设计41

5.1斗轮堆取料机构41

5.1.1无格式斗轮41

5.1.2有格式斗轮42

5.1.3半格式斗轮43

5.1.4散料的切割阻力F计算43

5.2液力偶合器在斗轮驱动系统中的使用与选用44

5.2.1液力偶合器的结构和工作原理44

5.2.2液力偶合器的特性45

5.2.3液力偶合器与电动机的共同工作47

5.2.4限矩型液力偶合器选用实例49

5.2.5液力偶合器的选择50

5.3斗轮驱动系统传动装置的优化设计51

5.3.1减速器优化设计的数学模型51

5.3.2设计变量52

5.3.3目标函数53

5.3.4约束条件53

5.3.5优化计算方法57

5.3.6行星减速器的模型特点57

5.3.7复合形优化法原理57

5.3.8复合形法的迭代过程58

5.3.9程序结构60

5.3.10优化结果分析62

5.4销齿传动63

5.4.1销齿传动的特点及应用63

5.4.2销齿传动的工作原理64

5.4.3销齿传动几何尺寸的计算66

5.4.4销齿传动的强度计算68

5.4.5常用材料及其许用应力68

5.4.6销齿传动公差69

5.4.7销齿传动设计实例70

5.5带式输送机设计72

5.5.1带式输送机的特点72

5.5.2带式输送机设计计算所需的原始数据及工作条件73

5.5.3斗轮堆取料机带式输送机设计原则和设计主要内容73

5.5.4悬臂式斗轮堆取料机带式输送机构的基本组成74

5.5.5带式输送机的驱动装置74

5.5.6滚筒直径的确定75

5.5.7托辊76

5.5.8张紧装置79

5.5.9制动装置80

5.5.10输送带的宽度80

5.5.11输送带的速度81

5.5.12输送带阻力计算83

5.5.13带式输送机输送能力QJ的计算84

5.5.14输送带运行阻力的计算85

5.5.15确定输送带张紧装置的伸缩距离87

5.5.16拉紧装置重锤质量的计算88

5.5.17驱动电动机功率计算88

5.5.18CST——带式输送机的可控启停传动装置89

5.5.19多滚筒驱动92

5.6上车回转机构95

5.6.1上车回转机构的基本结构95

5.6.2斗轮堆取料机回转支承装置的形式95

5.7俯仰装置及液压系统97

5.7.1俯仰结构的种类97

5.7.2俯仰结构的液压系统98

5.8配重的安装100

5.9动力、控制电缆卷筒装置101

5.10行走机构101

5.10.1行走机构的支承方式101

5.10.2行走总阻力的计算102

5.10.3行走机构的电动机功率计算103

5.10.4行走支腿跨度a和固定轴距b的偏差103

5.11尾车103

5.11.1尾车的分类104

5.11.2活动式全趴单尾车104

5.11.3俯仰液压驱动半趴单尾车104

5.11.4俯仰机械式双轨变换尾车105

5.11.5机械驱动变换双尾车105

5.11.6液压驱动双尾车106

5.11.7交叉尾车106

5.11.8固定式尾车107

5.11.9固定分流双尾车108

5.11.10头部分流式尾车108

5.11.11双向堆料双向取料尾车108

5.11.12通过式尾车109

第6章 悬臂式斗轮堆取料机111

6.1悬臂式斗轮堆取料机的基本结构111

6.1.1整体变幅式悬臂斗轮堆取料机的基本结构111

6.1.2臂架变幅系统平衡配重式111

6.2悬臂斗轮堆取料机的功能114

6.2.1堆料作业工艺114

6.2.2取料作业工艺115

6.3悬臂式斗轮堆取料机的主要机构116

6.3.1斗轮机构116

6.3.2回转机构118

6.3.3变幅机构118

6.3.4门座架120

6.3.5悬臂带式输送机121

6.3.6金属结构122

6.3.7悬臂式堆取料机的主要参数122

第7章 门架式堆取料机124

7.1门架式斗轮堆取料机的基本结构124

7.2门架式斗轮堆取料机的作业过程125

7.2.1堆料工况125

7.2.2取料工况126

7.3门架式堆取料机的主要参数126

7.4主要机构127

7.4.1滚轮机构127

7.4.2大车行走机构127

7.4.3活动梁起升机构128

7.4.4机上带式输送机系统132

7.4.5堆取变换机构133

7.4.6门式斗轮堆取料机尾车133

7.5料斗及斗轮体的CATIA三维造型134

第8章 圆形（混匀）堆取料机136

第9章 堆料机和斗轮取料机138

9.1堆料机138

9.1.1综述138

9.1.2堆存式堆料机的基本结构138

9.1.3堆存式堆料机的主参数138

9.1.4混匀式堆料机139

9.2斗轮取料机140

9.2.1桥式斗轮取料机140

9.2.2门式斗轮取料机141

9.2.3悬臂式斗轮取料机141

9.2.4履带式斗轮取料机141

9.2.5混匀式取料机141

第10章 斗轮堆取料机的自动控制143

10.1斗轮堆取料机的控制系统143

10.1.1第一阶段——单机手动控制阶段143

10.1.2第二阶段——半自动控制阶段143

10.1.3第三阶段——自动控制阶段145

10.1.4工业控制计算机IPC系统的特点及其基本组成147

10.2斗轮堆取料机的现场通信网络148

10.2.1现场总线148

10.2.2OSI参考模型149

10.2.3TCP/IP协议150

10.2.4IEC/ISA现场总线通信协议151

10.2.5INTERBUS现场总线技术152

10.3远程通信系统的设计152

10.3.1远程通信的目的152

10.3.2远程通信方式153

10.3.3公用电话网的结构组成155

10.3.4调制解调器(MODEM)通信原理156

10.3.5斗轮堆取料机远程通信硬件系统硬件配置156

10.3.6系统软件配置156

10.3.7应用软件整体结构设计157

10.3.8用户通信协议157

10.3.9斗轮堆取料机网络通信程序设计158

10.3.10拨号上网远程通信158

10.3.11斗轮堆取料机基于Modbus协议的工业组态软件设计159

10.3.12斗轮堆取料机数据库的设计160

10.3.13斗轮堆取料机故障诊断系统的设计161

10.3.14人机界面的设计161

10.4采用计算机视觉技术监控斗轮堆取料机的自动控制161

10.4.1计算机视觉系统的基本机构162

10.4.2计算机的立体视觉162

10.4.3用结构光法作为煤场三维信息测量和三维的重建163

10.4.4斗轮堆取料机作业环境的场景模型163

10.4.5作业场景模型的建立164

10.4.6图像处理程序的设计165

10.4.7监视与控制系统166

10.4.8通信系统166

10.4.9计算机视觉自动控制系统的配置167

10.4.10斗轮堆取料机图像的截取和压缩167

10.5斗轮堆取料机设计的虚拟样机技术和虚拟现实技术169

10.5.1虚拟样机技术169

10.5.2VR虚拟现实技术170

10.5.3虚拟样机的建模工具171

10.5.4虚拟现实技术的建模172

10.5.5虚拟环境173

10.5.6虚拟现实系统的基本组成174

10.5.7实时视景生成和显示技术175

10.5.8斗轮堆取料机实时视景仿真系统的构成175

第11章 变幅装置运动学仿真177

11.1悬臂式斗轮堆取料机变幅装置运动学特性177

11.2变幅装置模型的简化177

11.3运动约束178

11.3.1相对长度约束178

11.3.2相对坐标约束179

11.3.3旋转铰约束179

11.3.4滑移铰约束方程179

11.3.5齿轮幅约束180

11.3.6驱动约束181

11.4仿真结果182

11.5运动学特性分析183

11.6变幅装置的静态性能分析184

11.6.1结构的简化184

11.6.2载荷情况184

11.6.3载荷计算184

11.6.4载荷的模拟185

11.6.5约束的模拟186

11.6.6有限元模型建模过程186

11.6.7计算结果分析186

第12章 斗臂架模态分析188

12.1系统动力方程的建立188

12.2固有频率的求解189

12.3有限元建模与求解190

12.4斗臂架多工位动态性能192

12.4.1有限元建模192

12.4.2有限元模型计算及结果分析192

第13章 斗轮堆取料机的检测和常见故障的处理195

13.1轮压、整机重量的测试195

13.2整机平面稳定性的测试196

13.3生产能力的测定197

13.4堆料机带式输送机电动机参数的现场测试和分析198

13.4.1电动机功率测试系统和测试工况198

13.4.2电动机空载启动和空载运行工况的测试分析199

13.4.3电动机满载启动和满载运行工况的测试分析201

13.5堆料机的带式输送机钢结构振动参数的测试202

13.5.1缓冲托辊架振动参数的测试202

13.5.2回程反压托辊架振动测试204

13.6轨道、车轮安装精度的检测205

13.6.1轨道精度要求及检测205

13.6.2车轮同位度的检测205

13.6.3车轮垂直偏斜的检测205

13.6.4车轮水平偏斜的检测207

13.6.5均衡梁的安装精度208

13.7斗轮堆取料机运行时常见故障及其处理208

13.7.1带式输送机输送带的跑偏208

13.7.2带式输送机的撒料209

13.7.3输送带的使用寿命较短209

13.7.4凸凹段曲率半径对带式输送机的影响209

13.7.5输送带打滑210

13.7.6异常噪声的警示210

13.7.7减速机断轴211

第14章 斗轮堆取料机电气系统供配电设计212

14.1高压电源及其保护212

14.2交流380V动力电源213

14.3交流220V和直流24V控制电源213

14.4其他电源214

14.5机构主电路设计214

第15章 其他散料运输机械217

15.1转载机217

15.2排土机217

参考文献224