連續(xù)卸船機(jī)用盤式給料器的設(shè)計(jì)與計(jì)算

郭東

（大連華銳重工集團(tuán)股份有限公司港機(jī)設(shè)計(jì)院，遼寧大連116013）

0 引言

在當(dāng)今全球倡導(dǎo)發(fā)展低碳環(huán)保經(jīng)濟(jì)的時代背景下，連續(xù)卸船機(jī)憑借著卸船效率高、能耗低、對環(huán)境污染小、后續(xù)的投資少以及日趨成熟的技術(shù)，逐步進(jìn)入追求高效率的碼頭［1］。國外在連續(xù)卸船機(jī)的發(fā)展方面體現(xiàn)出兩大趨勢，在專業(yè)化大型散貨碼頭上接卸礦石、煤炭等流動性較差的重散貨，趨向于采用大型高效的連續(xù)卸船機(jī)，機(jī)型主要有鏈斗、斗輪和螺旋式。另一方面，對于接卸化肥、糧食、飼料甚至水泥等流動性較好的輕散貨，推薦采用小型、流動式、多用途的連續(xù)卸船機(jī)［2-3］。目前，鏈斗式連續(xù)卸船機(jī)由于其清倉量能力高、浪涌補(bǔ)償能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被越來越多的用戶認(rèn)可，是未來大型散料卸船設(shè)備的發(fā)展方向。本文介紹了在連續(xù)卸船機(jī)設(shè)計(jì)研發(fā)過程中，對連續(xù)卸船機(jī)中廣泛使用的盤式給料器的設(shè)計(jì)與計(jì)算進(jìn)行分析與介紹，并通過MATLAB界面編程計(jì)算，得到一種更加可靠的方法來對連續(xù)卸船機(jī)給料系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。

1 鏈斗式連續(xù)卸船機(jī)簡介

鏈斗式連續(xù)卸船機(jī)的主要構(gòu)成和工作原理見圖1所示。它是通過固定在封閉鏈條上的鏈斗，從船艙中挖取物料，并經(jīng)由單向驅(qū)動的鏈條系統(tǒng)把物料“連續(xù)”地提升到上部，通過鏈斗的反轉(zhuǎn)，將物料拋卸至盤式給料器，并由其旋轉(zhuǎn)將物料卸于臂架皮帶機(jī)上，物料經(jīng)回轉(zhuǎn)中心的轉(zhuǎn)接漏斗均勻地輸送到地面皮帶系統(tǒng)。

2 盤式給料器的結(jié)構(gòu)和工作原理

早期連續(xù)卸船機(jī)頭部給料采用螺旋式溜槽結(jié)構(gòu)，由于鐵礦石黏度高易堵料，且溜槽磨損嚴(yán)重，現(xiàn)在已經(jīng)逐漸被盤式給料器所代替，見圖2盤式給料器外型圖。盤式給料器基本結(jié)構(gòu)是由安裝在托架上的滾輪支撐的旋轉(zhuǎn)平臺和固定的擋板組成。

盤式給料器工作原理見圖3，旋轉(zhuǎn)平臺上設(shè)置相應(yīng)的緩沖托板，在其頂部安裝有密封板防止粉塵。在驅(qū)動的作用下，旋轉(zhuǎn)平臺將鏈斗拋落的物料轉(zhuǎn)送至固定擋板處，固定擋板將物料截流改向進(jìn)入溜槽，連續(xù)地輸送到臂架皮帶機(jī)上。

圖1 鏈斗式連續(xù)卸船機(jī)的主要構(gòu)成和工作原理

圖2 盤式給料器外型圖

圖3 盤式給料器工作原理圖

3 盤式給料器受力分析及功率計(jì)算

通過對盤式給料器實(shí)際工況分析與總結(jié),確定承載物料在整個運(yùn)動過程中受力主要有以下幾種形式：

1）物料流動阻力。因盤式給料器結(jié)構(gòu)形式為轉(zhuǎn)盤式，故物料繞回轉(zhuǎn)中心進(jìn)行圓周運(yùn)動。在計(jì)算此阻力時，借鑒環(huán)形皮帶機(jī)的運(yùn)輸計(jì)算公式對其進(jìn)行求解。驅(qū)動物料流動所需功率為

式中：FFM為流動物料的阻力；R為盤式給料器內(nèi)徑；B為盤式給料器寬度；n為盤式給料器轉(zhuǎn)速；η為機(jī)械效率。

2）密封組件阻力。為了防止物料在整個流動過程中的灑落，在盤式給料器內(nèi)外兩側(cè)都安裝有固定的密封壓板，當(dāng)給料器回轉(zhuǎn)時，兩者之間產(chǎn)生摩擦阻力，其大小按照庫侖摩擦計(jì)算。驅(qū)動密封阻力所需功率為

式中，F(xiàn)FS為密封組件的阻力。

3）刮料板阻力。物料轉(zhuǎn)動至刮料板處，在刮料板的阻擋下，物料落至臂架皮帶機(jī)上。在這個過程中，因物料流有一定的高度，這一高度直接作用在刮料板上，對盤式給料器的回轉(zhuǎn)形成阻力。驅(qū)動刮料板阻力所需功率為

式中，F(xiàn)FC為刮料板的阻力。

4）支承輥?zhàn)枇?。因盤式給料器由安裝在托架上的支承輥支撐，在整個給料器回轉(zhuǎn)過程中，支承輥在摩擦的作用下隨之轉(zhuǎn)動，其摩擦阻力由盤式給料器的自重與承載物料流的重量共同作用，其大小同樣可按照庫倫摩擦公式進(jìn)行計(jì)算。驅(qū)動支承輥?zhàn)枇λ韫β蕿?/p>

式中，F(xiàn)FR為支承輥?zhàn)枇Α?/p>

5）轉(zhuǎn)盤加速阻力。考慮到轉(zhuǎn)盤從啟動到正常速度運(yùn)行這一過程中需要加速，需引入加速阻力。這一阻力由兩部分組成，一為轉(zhuǎn)盤加速時因自身轉(zhuǎn)動慣量而產(chǎn)生的阻力，二為物料流加速而產(chǎn)生的阻力。加速功率為

式中：TFA為轉(zhuǎn)盤加速時的力矩；FL為物料加速引起的阻力。

盤式給料器無加速驅(qū)動所需功率為NF=NFM+NFS+NFC+NFR。盤式給料器加速驅(qū)動所需功率為NF=NFM+NFS+NFC+NFR+NFA。

5MATLAB界面編程計(jì)算

MATLAB具有強(qiáng)大的矩陣計(jì)算和數(shù)據(jù)可視化能力，一方面可以實(shí)現(xiàn)數(shù)值分析、優(yōu)化、統(tǒng)計(jì)等數(shù)學(xué)計(jì)算，另一方面可以實(shí)現(xiàn)科學(xué)計(jì)算的可視化、圖像處理等［5］。由于MATLAB圖形功能靈活方便，數(shù)據(jù)處理功能強(qiáng)大，繪圖用戶界面友好，故采用圖形化用戶界面GUI編制計(jì)算控制程序。在計(jì)算界面參數(shù)輸入?yún)^(qū)輸入初始參數(shù)，點(diǎn)擊計(jì)算控制按鈕，則計(jì)算結(jié)果在參數(shù)輸出區(qū)中相應(yīng)顯示出來，如圖4所示。而對于盤式給料器回轉(zhuǎn)速度與物料橫截面高度關(guān)系的界面化計(jì)算如圖5所示。

圖4 計(jì)算界面

圖5 物料橫截面高度計(jì)算

6 結(jié)論

通過對連續(xù)卸船機(jī)盤式給料器的工作原理及其回轉(zhuǎn)過程中的受力進(jìn)行分析，應(yīng)用MATLAB進(jìn)行編制計(jì)算程序，分別就其在給料過程中的受力及物料流的高度等進(jìn)行計(jì)算，得出的數(shù)據(jù)對盤式給料器的設(shè)計(jì)及計(jì)算提供指導(dǎo)，同時，因基于MATLAB界面化操作、模塊化處理、界面直觀、思路清晰等優(yōu)點(diǎn)，為大型機(jī)械結(jié)構(gòu)的機(jī)構(gòu)運(yùn)動的工程計(jì)算提供了一種可行的計(jì)算方法。

［1］ 沈卓，王培林，吳丹.大型化礦石鏈斗連續(xù)式卸船機(jī)現(xiàn)狀及特點(diǎn)［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械,2009（7）：87-89.

［2］ 鄒勝，高飛.散料裝卸船機(jī)的發(fā)展.起重運(yùn)輸機(jī)械，2005（8）：9-13.

［3］ 鄭見粹，張振雄.連續(xù)卸船機(jī)的使用與發(fā)展.港口裝卸，2005（8）：40-43.

［4］ 陳再興.ZPMC環(huán)保型鏈斗式連續(xù)卸船機(jī)的研究及應(yīng)用.船舶節(jié)能,2012（2）：42-44.

［5］ 蘇金明，王永利.MATLAB7.0實(shí)用指南［M］.北京：電子工業(yè)出版社,2004.