門式刮板取料機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及取料系統(tǒng)分析計(jì)算

任志剛

摘要：門式刮板取料機(jī)作為散料裝卸設(shè)備的一種，以其料場(chǎng)利用率高、操作靈活等特點(diǎn)得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用，本文主要介紹了門式刮板取料機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及取料系統(tǒng)的分析計(jì)算。

Abstract： As a kind of bulk material handling equipment， portal scraper reclaimer is more and more widely used because of its high utilization rate of material yard and flexible operation. This paper mainly introduces the development trend， structural characteristics and analysis and calculation of the portal scraper reclaimer.

關(guān)鍵詞：門式刮板取料機(jī);刮板;端梁;卷?yè)P(yáng)

1? 概述

門式刮板取料機(jī)作為一種高效、連續(xù)的散料裝卸設(shè)備，目前已廣泛應(yīng)用于鋼鐵、電力、港口、建材、礦山等行業(yè)中。門架式刮板取料機(jī)在國(guó)外經(jīng)過(guò)了幾十年的發(fā)展，趨于成熟，在國(guó)外市場(chǎng)應(yīng)用較多。本世紀(jì)初期國(guó)內(nèi)僅有少數(shù)企業(yè)采用該種設(shè)備，但也以進(jìn)口設(shè)備為主，該種機(jī)型設(shè)備與其他類型堆取料機(jī)設(shè)備（斗輪機(jī)、橋式刮板、側(cè)式刮板、圓形混勻等）相比在國(guó)內(nèi)發(fā)展緩慢。但近年來(lái)，該種機(jī)型以其料場(chǎng)儲(chǔ)量大、占地小、操作靈活等特點(diǎn)，市場(chǎng)需求逐漸增大。

1.1 門式刮板取料機(jī)形式分類

門式刮板取料機(jī)按照結(jié)構(gòu)形式主要分為兩類，分別是半門式刮板取料機(jī)和全門式刮板取料機(jī)。半門式刮板取料機(jī)設(shè)有擋墻，可提高儲(chǔ)料場(chǎng)空間利用率，與橋式刮板取料機(jī)和側(cè)式刮板取料機(jī)相比具有料場(chǎng)儲(chǔ)量大優(yōu)點(diǎn)。

1.2 發(fā)展趨勢(shì)

大型化：門式刮板取料機(jī)從最開(kāi)始跨距約20m逐漸增大，目前世界上最大的門式刮板取料機(jī)跨距達(dá)到73.4米，由FAM公司設(shè)計(jì)制造。智能化：隨著目前計(jì)算處理技術(shù)、三維智能掃描、圖像識(shí)別、檢測(cè)通訊控制系統(tǒng)發(fā)展，無(wú)人化系統(tǒng)目前已經(jīng)逐漸應(yīng)用到料場(chǎng)系統(tǒng)中，而且在將來(lái)將會(huì)大面積應(yīng)用，針對(duì)門式刮板取料機(jī)工藝特點(diǎn)，智能化無(wú)人化系統(tǒng)在將來(lái)將會(huì)應(yīng)用越來(lái)越多。環(huán)保化：目前各國(guó)對(duì)環(huán)保要求越來(lái)遠(yuǎn)嚴(yán)格，與過(guò)去相比各種形式的堆取料機(jī)大多均要求設(shè)置棚子和抑塵裝置，避免和減少在堆料和取料作業(yè)時(shí)對(duì)空氣的污染。

2? 門式刮板取料機(jī)的工作原理及特點(diǎn)

2.1 工作原理

門式刮板取料機(jī)主要應(yīng)用于建材、冶金、電力、礦山等行業(yè)中的散料儲(chǔ)料場(chǎng)的新型高效取料設(shè)備，其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、操作靈活可靠，可適應(yīng)不同料場(chǎng)和多種工藝要求。門式刮板取料機(jī)利用固定端梁與擺動(dòng)端梁在軌道上行走，取料機(jī)在料場(chǎng)兩側(cè)的軌道上進(jìn)行取料作業(yè)，并往復(fù)作業(yè)，刮板在驅(qū)動(dòng)裝置作用下將物料刮取到導(dǎo)料槽內(nèi)，然后由出料皮帶機(jī)上運(yùn)走物料。門式刮板取料機(jī)與橋式刮板機(jī)相比，該機(jī)操作靈活，可不受料堆限制，設(shè)備可快速到達(dá)料堆任意位置進(jìn)行取料作業(yè)，并由于擋墻的布置，同等料場(chǎng)儲(chǔ)量情況下可節(jié)約料場(chǎng)占地面積;與側(cè)式刮板取料機(jī)相比，該機(jī)又具有可實(shí)現(xiàn)大跨距、增大料場(chǎng)儲(chǔ)量和設(shè)備能力的特點(diǎn)。

2.2 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)

門式刮板取料機(jī)主要由擺動(dòng)端行走機(jī)構(gòu)、門架、卷?yè)P(yáng)提升系統(tǒng)、刮板取料系統(tǒng)、固定端行走機(jī)構(gòu)等幾部分組成。見(jiàn)圖1。

2.2.1 刮板取料系統(tǒng)

刮板取料系統(tǒng)主要由刮板臂架、刮板、驅(qū)動(dòng)鏈輪組、張緊鏈輪組、鏈條、驅(qū)動(dòng)裝置等組成。驅(qū)動(dòng)裝置一般由電機(jī)、偶合器和減速器組成，通過(guò)鏈輪帶動(dòng)固定在鏈條上的刮板進(jìn)行循環(huán)運(yùn)轉(zhuǎn)，刮板將物料刮取到料倉(cāng)一側(cè)。臂架目前多為有工字梁和薄臂圓管兩種結(jié)構(gòu)，上下設(shè)置刮板鏈條滑道。懸臂前端約1/3位置處布置卷?yè)P(yáng)系統(tǒng)的鉸接點(diǎn)，通過(guò)滑輪組，隨卷?yè)P(yáng)機(jī)收放鋼絲繩，懸臂架進(jìn)行變幅動(dòng)作。

2.2.2 門架及行走端梁

門架和行走端梁是整機(jī)的支承，通過(guò)行走機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)取料機(jī)在軌道上往復(fù)運(yùn)行。行走端梁一側(cè)為固定端梁，另一側(cè)為擺動(dòng)端梁，由行走車輪組、驅(qū)動(dòng)裝置和車輪架組成。

門架為箱形梁結(jié)構(gòu)，上部設(shè)置L型梁，用于固定卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)的定滑輪組。門架平臺(tái)一側(cè)（出料膠帶機(jī)側(cè)）與固定端梁剛性連接（相當(dāng)于兩個(gè)支撐點(diǎn)），另一側(cè)與擺動(dòng)端梁鉸接，相當(dāng)于一個(gè)支撐點(diǎn)，最終形成三點(diǎn)接觸的靜定結(jié)構(gòu)。固定端梁兩端設(shè)置擋輪組，用來(lái)抵抗取料機(jī)在工作中產(chǎn)生的垂直軌道的作用力（阻力）。這種結(jié)構(gòu)可以有效保證車輪不啃軌。

驅(qū)動(dòng)裝置由三合一減速電機(jī)組成。在進(jìn)行取料作業(yè)時(shí)，通過(guò)變頻調(diào)速，電機(jī)處于低頻運(yùn)行狀態(tài)，降低行走速度;調(diào)車時(shí)，電機(jī)處于高頻狀態(tài)，車輪獲得較高轉(zhuǎn)速。

2.2.3 卷?yè)P(yáng)提升系統(tǒng)

卷?yè)P(yáng)提升系統(tǒng)由電動(dòng)葫蘆、支架、動(dòng)滑輪組、定滑輪組、鋼絲繩等構(gòu)成。電動(dòng)卷?yè)P(yáng)機(jī)及支架安裝端梁上方的門架上。卷?yè)P(yáng)機(jī)支架與門架焊接，卷?yè)P(yáng)機(jī)與支架通過(guò)螺栓連接。動(dòng)滑輪組鉸接在刮板臂架上，允許產(chǎn)生較大的角度偏轉(zhuǎn)。定滑輪組安裝在門架上的L型梁上。鋼絲繩采用單繩雙聯(lián)結(jié)構(gòu)，電動(dòng)葫蘆設(shè)有通過(guò)變頻電機(jī)驅(qū)動(dòng)，可實(shí)現(xiàn)快速提升和慢速升降刮板臂的功能。

3? 門式刮板取料機(jī)的選型設(shè)計(jì)計(jì)算

3.1 門式刮板取料機(jī)的設(shè)計(jì)方法

門式刮板取料機(jī)的鋼結(jié)構(gòu)計(jì)算目前基本上以有限元計(jì)算為主，各部分參數(shù)功率等計(jì)算目前除了對(duì)比其他類型刮板機(jī)外，主要還取決于現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際經(jīng)驗(yàn)系數(shù)。

3.2 刮板取料機(jī)能力的分析計(jì)算

根據(jù)煤礦及電廠現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際情況，虛擬料場(chǎng)參數(shù)如下：物料煤，密度0.9t/m3，取料能力1200t/h。

3.2.1 鏈速的確定

刮板取料系統(tǒng)中的鏈傳動(dòng)屬于低速重載工況，低速鏈鏈速<0.6m/s。因此刮板取料系統(tǒng)的鏈速設(shè)計(jì)常在0.6m/s左右。設(shè)計(jì)中取料量大時(shí)（Q>1000t/h），鏈速略有提高，一般在0.7m/s左右（鏈速略高，刮板驅(qū)動(dòng)減速器的速比略低，有利于降低成本。但鏈速不能提高太多，因?yàn)楣ぷ鳝h(huán)境所限，鏈傳動(dòng)是開(kāi)式傳動(dòng)，鏈條潤(rùn)滑不良且載荷較大，鏈條會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的磨損，鏈板會(huì)發(fā)生疲勞破壞，套筒與滾子會(huì)發(fā)生沖擊疲勞破壞）。

3.2.2 刮板尺寸的確定

刮板設(shè)計(jì)時(shí)，刮板寬度B與刮板高度h的比值一般為5左右，刮板的實(shí)際尺寸按B×h=2300×500mm計(jì)算，填充率為根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取50%，核算取料能力Q：

3.2.3 刮板驅(qū)動(dòng)功率的計(jì)算

已知參數(shù)：刮板外廓尺寸B×h=2300×500mm，刮板間距t1=1000mm，鏈速v=0.7m/s，額定取料量1200t/h。

刮板驅(qū)動(dòng)力主要由四部分組成：刮板切削阻力，物料沿刮板向前運(yùn)行摩擦阻力，刮板鏈運(yùn)行摩擦阻力，刮板鏈運(yùn)行摩擦阻力。

①刮板切削阻力F1計(jì)算。

按照料堆形狀及取料裝置的特點(diǎn)，冬季物料板結(jié)嚴(yán)重，物料表層有冰層，每cm切削阻力為5kg計(jì)算。根據(jù)布置，刮板頭尾鏈輪中心距44000mm，共有約44個(gè)刮板刮取物料。

②物料沿刮板向前運(yùn)行摩擦阻力F2計(jì)算。

③刮板鏈摩擦阻力F3計(jì)算。

根據(jù)選型計(jì)算刮板、鏈條及中間導(dǎo)輪總重為29992kg。

④物料抬升阻力F4計(jì)算。

取料臂在最低角度-2.5°時(shí)，刮取物料向上的抬升阻力F4。

根據(jù)以上的計(jì)算分析，可以確定刮板取料系統(tǒng)的各部分參數(shù)和主要尺寸，能夠滿足機(jī)械設(shè)計(jì)的需求。

4? 結(jié)束語(yǔ)

隨著門式刮板取料機(jī)的相對(duì)優(yōu)點(diǎn)被各行業(yè)和廠家逐步認(rèn)識(shí)，目前門式刮板取料機(jī)的應(yīng)用也呈現(xiàn)逐年遞增的趨勢(shì)，應(yīng)用行業(yè)從傳統(tǒng)的鋼鐵、水泥、煤炭、電力等逐步擴(kuò)展到如造紙、化肥、港口等更多行業(yè)，市場(chǎng)前景極為廣闊。

參考文獻(xiàn)：

[1]費(fèi)勇，米世誠(chéng).橋式刮板取料機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)及取料系統(tǒng)的分析計(jì)算[J].現(xiàn)代礦業(yè)，2009，09.

[2]張質(zhì)文，虞和謙，王金諾，等.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2001.

[3]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，1994.

[4]劉宇，劉旭.一種半門式刮板取料機(jī)的設(shè)計(jì)淺談[J].環(huán)球市場(chǎng)，2016（34）.