圆型料场堆取料机刮板输送系统的设计和计算

摘 要：圆型料场堆取料机是现代化工业大宗散状物料连续装卸的高效设备，广泛应用于水泥厂、储煤厂、电厂、港口等需要散料预均化行业。目前国内圆料场堆取料机有直径ф60米、ф80米、ф90米、ф95、ф100、ф110米等不同规格。刮板输送系统是圆型料场混匀堆取料机中取料机的四大部件之一，其性能好坏直接影响整机的性能，刮板的大小、链速的快慢以及刮板的间距等直接决定取料能力的大小。因此刮板输送系统的设计是很重要的。本文介绍了圆型料场堆取料机的刮板输送系统的设计和计算。

关键词：刮板输送系统结构；取料能力校核；链速；刮板链负荷拉力；计算

中图分类号：U492.3+23 文献标识码：A

1 刮板输送系统的结构及工作原理

刮板输送系统由驱动装置、刮板装置、链条、驱动链轮组、张紧链轮组、导槽系统、导料槽等组成。桥式刮板取料机取料方式为全断面取料，取料面物料由料耙耙松后滚落下来，由刮板输送系统刮取到出料胶带机上。刮板驱动装置由Y系列电机、液力偶合器、圆柱齿轮硬齿面减速器组成。由于物料容重在一定范围内变化，所以对整机来说外载荷是变量。为适应其变化，电机与减速器之间加液力偶合器，在外载荷变化时减少外载荷对电机所产生的冲击，以保证电机在任何载荷下不受损坏。减速器选择圆拄齿轮硬齿面中空轴锁紧盘连接的减速器，根据空间安装形式可有卧式和立式两种。这种减速器具有体积小、功率容量大、可靠性好等优点。刮板是直接承受外载荷的构件，主要外载荷有刮取物料方向上磨檫阻力和取料机行走方向上物料对刮板产生的阻力。因此刮板的设计除考虑受力外，还需考虑耐磨损性能，因此刮板在刮取物料的一面加耐磨称板。同时将刮板两边制成弯折形状，其折角取刮板运动方向和行走方向的合成方向的角度。刮板链链板、销轴、销套在工作中承受剪切应力和弯曲应力。刮板链采用双链板套筒滚子链，以提高其强度和寿命。驱动链轮组由头部链轮、驱动轴、轴承座等组成。张紧链轮组由尾部链轮、轴、轴承座、液压张紧系统等组成。

2 刮板输送系统的设计和计算

2.1 取料能力的校核

物料在刮板空间的充满度根据现场实测数据及国外专家的介绍一般为40%～45%，这里取42%；

式中： Q取-取料能力。t/h；V链-刮板链速,m/s；t-刮板间距,m；γ-物料容重t/m3；u-刮板间有效容积,u=长（刮板宽）X宽（相邻刮板间距）X高（刮板高）；有效尺寸取临界尺寸的90%

2.2 链速的计算

式中：V－刮板链速m/s；n－电机转数；i－减速器速比r/min；D－链轮直径mm

值得一提的是链速与取料能力这两个参数是相辅相成的，需要根据经验反复核对两个参数的匹配性。

2.3 刮板链负荷拉力的计算

刮板链负荷拉力用来确定刮板驱动功率。刮板链负荷拉力的计算是一个比较复杂的内容，根据刮板输送系统布置形式的不同（抬头与非抬头），计算方法也有着差异之处。以下将简单介绍刮板链负荷拉力的计算方法。

链负荷拉力以下简称链拉力（F）F=F1+F2+F3

F1-物料对刮板的切削阻力kg

切割物料的刮板数量共n个，刮板高度h,按平均刮板高度的42%切割物料；刮板对物料的切割阻力按5kg/cm计算：

F1=n・h×50%×5

卸料端最后一个刮板空间的物料量kg：

式中：Q-每小时取料能力t/h；t-刮板间距m；V-刮板链速 m/s；

所有刮板刮取物料之和为：

G=0.5・n・q

式中：0.5-平均系数；n-切割物料的刮板数量；q-卸料端最后一个刮板空间的物料量kg。

F2-物料沿刮板方向运行产生的摩擦作用到刮板上的力kg

F2=G・f

式中：f -摩擦阻力系数

F2= (Q取/3600)・(L/V链)・n1・k・f

f-摩擦系数；k-物料填充量；F3-刮板链运行摩擦阻力kg。

2.3.2 刮板驱动轴功率

式中：F-链拉力kg；v-刮板链速m/s；η-传动效率

η=η1・η2・η3・η4

η1-偶合器效率一般取0.97；η2-减速器效率一般取0.92；η3-链条效率一般取0.83；η4-轴承传动效率一般取0.97；1.3-功率储备系数，考虑物料特性、环境条件等因素。

2.4 刮板驱动减速器的选择计算

减速器选择圆拄齿轮硬齿面中空轴锁紧盘连接的减速器

式中：d0-链轮节圆直径mm；n1-电机转速r/min；3%-偶合器滑差；V-刮板链速m/s

减速器出轴转速：

式中：N-电机功率Kw；η-减速器效率一般取0.92；最大扭矩Mn max=2.2 Mn；

计算功率：P2m=KA・P2

式中：P2-载荷功率Kw；KA-安全系数1.3～1.5

要求P2m小于减速器传递功率。

第二步校核热功率P2t能否通过

要求P2t小于减速器热容量。

2.5 刮板驱动链条的计算

2.5.1链节数的确定

链条长度L=2.L1+πd0

式中：L1-刮板输送系统头尾轮距离mm；d0-链轮节圆直径mm

式中：t-链节距mm

2.5.2链拉力

由于刮板是单侧面进料，两条链承受拉力不均，根据经验，进料侧刮板链按两根链条所受总拉力的75%进行设计。

进料侧刮板链拉力为：

F＇=0.75F

用F＇对销轴和链板进行强度校核

对销进行剪切强度校核，对链板进行拉伸强度校核

2.5.3 链轮主要几何尺寸的计算

分度圆直径：

式中：t-链节距mm；Z-链轮齿数

2.6 刮板链驱动轴的计算

2.6.1 轴径计算

刮板链驱动轴一般选材质42CrMo，调质处理。驱动抽受力示意图如图：

圆周力：Q=F链拉力

作用在轴上的力：Q｀=KQ

式中：K-轴的载荷系数，取1.2

链轮处弯矩：M1= Q｀・L1

减速装置对轴产生的弯矩：M2=G・L2

合成弯矩：

相当弯矩：

式中：M-轴扭矩

轴径：

2.6.2减速装置重量对轴承处抗弯校核

2.6.3刮板驱动轴的疲劳强度校核

2.6.4驱动轴静强度校核

2.7.刮板链张紧轴的计算

刮板链张紧轴一般选材质40Cr，调质处理。驱动抽受力示意图如图：

该轴主要承受链条张紧力，张紧力系数的选择与结构形式有关，链条张紧力（水平链）主要来自链条的自重下垂力和磨檫阻力，取料机的下链有导槽托板承受链条重力，这种结构经验取主动轮圆周力的10-20%。

张紧力：F=20%・Q

2.8其它

就刮板输送系统本身有一种保护叫做断链保护。刮板链的正常工作是保证取料机连续安全工作的关键所在。由于刮板链在取料作业时是受剪力、磨损和冲击综合作用的易损件,如果链条断裂而不及时停车，将会引起其它部件的破坏。为保证整机安全作业，在改向链轮一端设有接近开关，直接监控链条的工作状态。一旦断链，立即将信息反馈给控制中心实现停机，起到安全保护作用。

结束语

随着各行各业的生产工艺的不断发展完善，对于生产设备的要求也日趋提高，本文所提出的几个问题也是这种设备中很浅显的问题，还有很多没有接触到的课题需要我们不断的深入研究。也只有这样，才能提高设备的使用性能，满足用户的要求，并且进一步推动科技创新。

参考文献

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