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斗轮堆取料机的电气自动化设计改造

摘要：本文主要研究了斗轮堆取料机自动控制系统的结构和原理，研究设计

出斗轮堆取料机系统的原理组成及自动或半自动控制方法的实现，研究设计了关

键控制系统的设计原理和模型，本实用新型适用于斗轮式、滑动式等装载机的生

产。适用于设备，可编程控制器，智能传输装置，总线，传感器，激光扫描仪，

等等。实现了斗轮装载机的实时监控与综合控制；在软件方面，利用可编程控制

器来实现对软件的控制。包括斗轮堆取料机的手动、联动和半自动控制程序，可

以提高斗轮堆取料机的工作效率，降低人工成本，实现自检，通过系统控制实现

数据查询等功能。

关键词：斗轮堆取料机；PLC;远程控制

斗式装载机是水泥厂、冶炼厂、火力发电厂、焦化厂、港口等工业企业输送

各类碳素原料、矿石和碎石的重要机械装备。它是一种现代化、高效、连续的大

型散装采矿工业设备。本文提出对斗轮堆取料机的电气自动化进行进一步设计和

改造，以开发其生产潜力，降低故障率，这对企业实现新的高产量和成功的第二

家企业来说是非常实用的。

1.斗轮堆取料机的研究与应用

19世纪30年代，德国开始研究斗轮挖掘机，当时德国是世界上设计和研究

斗轮挖土机最古老的国家。斗轮装载机的前身是斗轮挖掘机，其参数设计和结构

设计以斗轮挖掘机为基础。斗轮挖掘机的发展历史如图1所示。

图1斗轮堆取料机发展历程

1916年，第一台斗轮挖掘机在德国煤矿投入实际开采。1919年，斗轮挖掘

机首次安装了履带式机器，通过履带式机器运输，这提高了采矿效率，也代表着

斗轮挖掘机可以在工业中正式大规模使用的时代。经过20世纪30年代的研究，

柴油发动机被电动机取代，可以使用几种独立的驱动器。1925年推出了第一台用

于煤层条带开采的斗轮堆取料机，斗容量为0.075m³，其工作形式为煤矿或砂矿。

1931年，英国ATG公司开发并引进了三种不同容量的铲斗旋转转轮设备。1937

年，柏林电气公司在Golepa矿成功引进了一种大型斗轮堆垛机，也是第一个使

用六轨道斗轮回收装置的公司。

1950年之前，斗轮堆取料机的吊臂设计为伸缩吊臂结构，与捷克共和国生产

的大多数KU系列斗轮堆垛机一样。在此期间，世界上已知最长的吊杆具有31米

的望远镜容量，由前苏联制造。伸缩臂结构复杂，生产成本高，刚性差，这就是

一体化伸缩臂成为斗轮堆垛臂的主要动力源的原因。20世纪60年代，一种半形

状的斗轮被开发并广泛使用，它结合了格式铲斗和无格式铲斗的优点。20世纪

70年代，随着液压技术的快速发展，大多数斗轮堆取料机都采用了液压技术来提

高设备的效率。在斗轮堆取料机的快速发展过程中，斗轮堆取料机的规格不断增

加，生产能力不断提高，最大日功率超过20万立方米。此前，国外已经对颈轮

的堆叠和回收进行了研究，并在其设计、制造和安装中使用了先进技术。目前，

国外知名公司有三菱重工、斯维达拉等。

自1966年以来，我国斗轮堆取料机的设计已经落后于国外30-40年。在此

期间，斗轮堆取料机主要是小型设备，是为满足国内一些造船厂、矿山和其他仓

库的需求而开发的。随着20世纪八九十年代的更新开放，行业的快速发展将斗

轮回收装置推向了繁荣阶段。现阶段，宝钢、广东沙角电厂、华能电厂等国内大

型企业已采用国外堆料回收机。同时，国内公司正积极与国外合作制造斗轮可堆

取料机，如哈尔滨重型机械厂、宝钢集团等公司。在合作期间，这些合作项目为

中国积累了许多经验，到20世纪90年代末，中国已经能够独立开发大型和特大

型斗轮堆取料机。进入21世纪以来，随着科学技术的发展和创新，以及国家的

大力支持和投资，中国在斗轮堆取料机的设计、研发方面取得了质的飞跃。我国

在门式斗轮堆取料机的设计上处于世界领先地位，在该类设备上拥有完全自主权。

中国的许多重点建设项目都使用中国自主设计开发的斗轮堆取料机，如黄骅港煤

炭码头、秦皇岛港煤炭五期、曹妃甸港等国家重点建设项目。中国对斗轮堆取料

机的研究接近世界先进水平，得到了大多数客户的认可。

在中国科学家的努力下，斗轮堆取料机的研究取得了丰富的成果，在国际市

场上占有一定的份额。为了深化我国斗轮可堆取料机的研究，我国积极与国外先

进的生产公司合作，但一些高水平的关键技术尚未完全掌握。与国外产品相比，

我国斗轮堆取料机存在噪音大、振动大、材料消耗大、能耗高等缺点。因此，对

斗轮堆取料机进行结构分析和优化研究，对于解决现有设备存在的问题非常重要，

为我