陳立志

(河北港口集團秦皇島港股份有限公司 河北秦皇島066002)

1 引言

國內的重型板式給料機(簡稱重板)相關設計理論還不完善［1］～［3］。筆者在文獻［6］中推導出具有矩形斷面的水平布置重板牽引阻力公式，在文獻［7］中推導出具有斜向梯形斷面裙板的水平布置重板牽引阻力公式。傾斜布置的重板在倉頸段及裙板段物料也是傾斜存在的，倉壓、倉頸剪切力、物料和側面裙板及底部托輥處的摩擦力和傾斜運輸的角度密切相關，角度過大可能出現運輸失效。幾何關系的變化導致裙板內壓強計算很復雜，設計手冊［1］～［3］中傾斜運輸重板只多出裙板內物料及鏈條鏈板重量的余弦分量這一項是不完善的，物料與裙板側摩擦與水平運輸亦有區(qū)別。

2 料斗內壓力分析

與振動及皮帶給料不能承受倉壓［4］不同。礦山等行業(yè)工藝布置時重板常接在料倉的正下方［5］，有時是20m長的料倉直接開口到重板上。所以首先應分析清楚該處的受力情況，見圖1。

圖1 傾斜運輸板式給料機工藝布置及料倉與裙板壓力分析示意圖

圖2 傾斜運輸板式給料機倉頸與裙板壓力計算放大示意圖

設σχ、σy分別為x、y軸方向的物料壓強，Pa;A為料倉橫截面積，m2;L為料倉橫截面周長，m;f0為物料與倉壁間摩擦因素;ρ為物料的堆積密度，kg/m3;g為重力加速度，g=9.81m/s2;y為物料在倉內的高度，m;料倉的四壁與水平面夾角為α，β;重板與水平面之間夾角為ε，其它符號為圖1、圖2所示。

假設σx=Kσy，根據文獻［7］式(5):

式中 δ—物料與料倉壁之間的摩擦角，δ=tan-1f0;

φ—物料內摩擦角，φ=tan-1μ;

μ—物料的內摩擦系數。

在圖1a)料斗距物料表面y處取一厚度dy的物料層作為研究對象，得到在y方向上的平衡方程:

經整理后得:

省去復雜的數學推導過程，依文獻［7］式(11)，微分方程的解為:

y=h時

3 倉頸下端面及料槽內壓力分析

由于該處倉頸主要是為安裝方便設計的，相對于料倉的尺寸很小又很不規(guī)則，很難建立理想的微分方程，所以在工程上可以按壓力隨倉頸高度線性變化的方式計算。即倉頸的下端面，也就是對應裙板l1～l4段的上端面，由于倉頸高度的不同，這段壓力是逐漸遞減的。如圖2a)，設倉頸長邊的垂直高度為h0，給料機運載高度建h1。如圖1a)的裙板坐標系x'-O-y'。下面分別求給料機各運載段所受的壓強:

0≤x'≤l1，0≤y'≤h1時，該區(qū)域任一點的垂直于地面的壓強:

該區(qū)域側向摩擦力為:

當y'=h1時，鏈板受到上面所有物料垂直于地面的壓強為:

壓力為:

當0≤x'≤l2+l3，0≤y'≤ h1-x'cotε時，該區(qū)域任一點的垂直地面的壓強為式(5)，該區(qū)域的側向摩擦力為:

當0≤x'≤l2，h1-x'cotε ≤y'≤h1時，該區(qū)域任一點垂直地面的壓強為:

該區(qū)域側向摩擦力

當y'=h1時，該區(qū)域鏈板受到上面所有物料垂直于地面的壓強為:

壓力為:

當0≤x'≤l3，(l3-x')cotε≤y'≤h1-x'cotε時，該區(qū)域任一點垂直于地面的壓強:

該區(qū)域側向摩擦力:

當0≤x'≤l3，h1-x'cotε ≤y≤h1時，該區(qū)域物料垂直于地面的壓強:

該區(qū)域側向摩擦力:

當y'=h1時，鏈板垂直于地面壓強:

底板受垂直于地面方向上的壓力:

當0≤x'≤l4，0≤y≤(l4-x')cotε時，該區(qū)域物料垂直于地面的壓強:

該區(qū)域側向摩擦力:

當0≤x'≤l4，(l4-x')cotε ≤y'≤h1時，該區(qū)域物料垂直于地面的壓強:

側向摩擦力:

當y'=h1時，底板受到物料垂直于地面的壓強:

壓力:

當0≤x'≤l5，0≤y≤h1時，該區(qū)域物料垂直于地面的壓強:

側向摩擦力:

當y'=h1時，低板受到物料垂直于地面所謂壓強

壓力:

當0≤x'≤l6，0≤y'≤(l6-x')cotε時，該區(qū)域物料壓強:

側向摩擦力:

當0≤x'≤l6，(l6-x')cotε ≤y'≤h1時，該區(qū)域物料壓強:

側向摩擦力:

當y'=h1時，鏈板受到垂直于地面壓強:

壓力:

當0≤x'≤l7，x'tanγ≤y'≤h1時，該區(qū)域物料壓強:

側向摩擦力:

當y'=h1時，鏈板受到垂直與地面壓強:

壓力:

4 倉頸物料剪切力

在倉徑對應l1～l3上段，對應倉徑給裙板物料的剪切力:

在倉徑對應l4上段，對應倉徑給裙板物料的剪切力:

物料總的剪切力為:

5 物料與裙板側面總的摩擦力

物料與裙板側面總的摩擦力為:

由于篇幅有限，結果不再合并給出。

6 物料造成的與重載托輥之間的摩擦力

物料給予鏈板地面的壓力為:

式中 ω—鏈板與重載托輥之間的摩擦系數。

7 結語

以上推導了傾斜運輸的重板倉頸物料剪切力、物料與裙板側面總的摩擦力、物料造成的與重載托輥之間的摩擦力等。實際上，視倉口及倉頸工藝布置情況而定，由于倉壓造成的附加阻力占整個阻力的比例在55%～75%之間。在中小型的重板設計中，可以類比或者采用經驗數據，在大型特大型重板設計時，阻力計算必須非常清晰，尤其是傾斜運輸的輸送機并不能只考慮物料及鏈條鏈板重力的向下分力。物料與裙板側摩擦與水平運輸亦有區(qū)別。

該理論的研究，對傾斜安裝的大型重型板式給料機的設計具有指導作用。當把具體數值代入后，公式(4)會出現手工計算困難的情況，借助Matlab便很容易解決。由于篇幅有限，具體檢驗的計算實例在以后的研究結果中給出，其它常規(guī)阻力按設計手冊計算即可。

［1］《運輸機械設計選用手冊》編輯委員會.運輸機械設計選用手冊(下冊)［M］.北京:化學工業(yè)出版社，1999.1:187.

［2］《連續(xù)輸送機械設計手冊》編輯委員會.連續(xù)輸送機械設計手冊［M］.北京:中國鐵道出版社，2000.11:238.

［3］《機械工程手冊》編輯委員會.機械工程手冊(第13卷)［M］.北京:機械工業(yè)出版社，1995:3-33.

［4］陳立志.一種新型灌包裝車工藝［J］.起重運輸機械，2003(5):26-28.

［5］陳立志，肖寶義.大型翻車機系統的重板給料工藝［J］.港口裝卸，2013(5):1-5.

［6］陳立志，肖寶義.板式給料機的牽引阻力解析解［J］.起重運輸機械，2013(12):35-38.

［7］陳立志.斜向裙板的板式給料機牽引阻力分析［J］.冶金設備，2013(6):1-4.