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门式刮板取料机结构特点及取料系统分析计算

范文

任志刚

摘要：门式刮板取料机作为散料装卸设备的一种，以其料场利用率高、操作灵活等特点得到越来越广泛的应用，本文主要介绍了门式刮板取料机的发展趋势、结构特点及取料系统的分析计算。

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.

关键词：门式刮板取料机;刮板;端梁;卷扬

1? 概述

门式刮板取料机作为一种高效、连续的散料装卸设备，目前已广泛应用于钢铁、电力、港口、建材、矿山等行业中。门架式刮板取料机在国外经过了几十年的发展，趋于成熟，在国外市场应用较多。本世纪初期国内仅有少数企业采用该种设备，但也以进口设备为主，该种机型设备与其他类型堆取料机设备（斗轮机、桥式刮板、侧式刮板、圆形混匀等）相比在国内发展缓慢。但近年来，该种机型以其料场储量大、占地小、操作灵活等特点，市场需求逐渐增大。

1.1 门式刮板取料机形式分类

门式刮板取料机按照结构形式主要分为两类，分别是半门式刮板取料机和全门式刮板取料机。半门式刮板取料机设有挡墙，可提高储料场空间利用率，与桥式刮板取料机和侧式刮板取料机相比具有料场储量大优点。

1.2 发展趋势

大型化：门式刮板取料机从最开始跨距约20m逐渐增大，目前世界上最大的门式刮板取料机跨距达到73.4米，由FAM公司设计制造。智能化：随着目前计算处理技术、三维智能扫描、图像识别、检测通讯控制系统发展，无人化系统目前已经逐渐应用到料场系统中，而且在将来将会大面积应用，针对门式刮板取料机工艺特点，智能化无人化系统在将来将会应用越来越多。环保化：目前各国对环保要求越来远严格，与过去相比各种形式的堆取料机大多均要求设置棚子和抑尘装置，避免和减少在堆料和取料作业时对空气的污染。

2? 门式刮板取料机的工作原理及特点

2.1 工作原理

门式刮板取料机主要应用于建材、冶金、电力、矿山等行业中的散料储料场的新型高效取料设备，其结构简单、操作灵活可靠，可适应不同料场和多种工艺要求。门式刮板取料机利用固定端梁与摆动端梁在轨道上行走，取料机在料场两侧的轨道上进行取料作业，并往复作业，刮板在驱动装置作用下将物料刮取到导料槽内，然后由出料皮带机上运走物料。门式刮板取料机与桥式刮板机相比，该机操作灵活，可不受料堆限制，设备可快速到达料堆任意位置进行取料作业，并由于挡墙的布置，同等料场储量情况下可节约料场占地面积;与侧式刮板取料机相比，该机又具有可实现大跨距、增大料场储量和设备能力的特点。

2.2 结构特点

门式刮板取料机主要由摆动端行走机构、门架、卷扬提升系统、刮板取料系统、固定端行走机构等几部分组成。见图1。

2.2.1 刮板取料系统

刮板取料系统主要由刮板臂架、刮板、驱动链轮组、张紧链轮组、链条、驱动装置等组成。驱动装置一般由电机、偶合器和减速器组成，通过链轮带动固定在链条上的刮板进行循环运转，刮板将物料刮取到料仓一侧。臂架目前多为有工字梁和薄臂圆管两种结构，上下设置刮板链条滑道。悬臂前端约1/3位置处布置卷扬系统的铰接点，通过滑轮组，随卷扬机收放钢丝绳，悬臂架进行变幅动作。

2.2.2 门架及行走端梁

门架和行走端梁是整机的支承，通过行走机构驱动取料机在轨道上往复运行。行走端梁一侧为固定端梁，另一侧为摆动端梁，由行走车轮组、驱动装置和车轮架组成。

门架为箱形梁结构，上部设置L型梁，用于固定卷扬机构的定滑轮组。门架平台一侧（出料胶带机侧）与固定端梁刚性连接（相当于两个支撑点），另一侧与摆动端梁铰接，相当于一个支撑点，最终形成三点接触的静定结构。固定端梁两端设置挡轮组，用来抵抗取料机在工作中产生的垂直轨道的作用力（阻力）。这种结构可以有效保证车轮不啃轨。

驱动装置由三合一减速电机组成。在进行取料作业时，通过变频调速，电机处于低频运行状态，降低行走速度;调车时，电机处于高频状态，车轮获得较高转速。

2.2.3 卷扬提升系统

卷扬提升系统由电动葫芦、支架、动滑轮组、定滑轮组、钢丝绳等构成。电动卷扬机及支架安装端梁上方的门架上。卷扬机支架与门架焊接，卷扬机与支架通过螺栓连接。动滑轮组铰接在刮板臂架上，允许产生较大的角度偏转。定滑轮组安装在门架上的L型梁上。钢丝绳采用单绳双联结构，电动葫芦设有通过变频电机驱动，可实现快速提升和慢速升降刮板臂的功能。

3? 门式刮板取料机的选型设计计算

3.1 门式刮板取料机的设计方法

门式刮板取料机的钢结构计算目前基本上以有限元计算为主，各部分参数功率等计算目前除了对比其他类型刮板机外，主要还取决于现场实际经验系数。

3.2 刮板取料机能力的分析计算

根据煤矿及电厂现场实际情况，虚拟料场参数如下：物料煤，密度0.9t/m3，取料能力1200t/h。

3.2.1 链速的确定

刮板取料系统中的链传动属于低速重载工况，低速链链速<0.6m/s。因此刮板取料系统的链速设计常在0.6m/s左右。设计中取料量大时（Q>1000t/h），链速略有提高，一般在0.7m/s左右（链速略高，刮板驱动减速器的速比略低，有利于降低成本。但链速不能提高太多，因为工作环境所限，链传动是开式传动，链条润滑不良且载荷较大，链条会产生严重的磨损，链板会發生疲劳破坏，套筒与滚子会发生冲击疲劳破坏）。

3.2.2 刮板尺寸的确定

刮板设计时，刮板宽度B与刮板高度h的比值一般为5左右，刮板的实际尺寸按B×h=2300×500mm计算，填充率为根据经验取50%，核算取料能力Q：

3.2.3 刮板驱动功率的计算

已知参数：刮板外廓尺寸B×h=2300×500mm，刮板间距t1=1000mm，链速v=0.7m/s，额定取料量1200t/h。

刮板驱动力主要由四部分组成：刮板切削阻力，物料沿刮板向前运行摩擦阻力，刮板链运行摩擦阻力，刮板链运行摩擦阻力。

①刮板切削阻力F1计算。

按照料堆形状及取料装置的特点，冬季物料板结严重，物料表层有冰层，每cm切削阻力为5kg计算。根据布置，刮板头尾链轮中心距44000mm，共有约44个刮板刮取物料。

②物料沿刮板向前运行摩擦阻力F2计算。

③刮板链摩擦阻力F3计算。

根据选型计算刮板、链条及中间导轮总重为29992kg。

④物料抬升阻力F4计算。

取料臂在最低角度-2.5°时，刮取物料向上的抬升阻力F4。

根据以上的计算分析，可以确定刮板取料系统的各部分参数和主要尺寸，能够满足机械设计的需求。

4? 结束语

随着门式刮板取料机的相对优点被各行业和厂家逐步认识，目前门式刮板取料机的应用也呈现逐年递增的趋势，应用行业从传统的钢铁、水泥、煤炭、电力等逐步扩展到如造纸、化肥、港口等更多行业，市场前景极为广阔。

参考文献：

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[2]张质文，虞和谦，王金诺，等.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社，2001.

[3]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，1994.

[4]刘宇，刘旭.一种半门式刮板取料机的设计浅谈[J].环球市场，2016（34）.

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