陳立志

(河北港口集團(tuán)秦皇島港股份有限公司 河北秦皇島066002)

1 引言

國(guó)內(nèi)的重型板式給料機(jī)(簡(jiǎn)稱重板)相關(guān)設(shè)計(jì)理論還不完善［1］～［3］。筆者在文獻(xiàn)［6］中推導(dǎo)出具有矩形斷面的水平布置重板牽引阻力公式，在文獻(xiàn)［7］中推導(dǎo)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(cāng)頸段及裙板段物料也是傾斜存在的，倉(cāng)壓、倉(cāng)頸剪切力、物料和側(cè)面裙板及底部托輥處的摩擦力和傾斜運(yùn)輸?shù)慕嵌让芮邢嚓P(guān)，角度過大可能出現(xiàn)運(yùn)輸失效。幾何關(guān)系的變化導(dǎo)致裙板內(nèi)壓強(qiáng)計(jì)算很復(fù)雜，設(shè)計(jì)手冊(cè)［1］～［3］中傾斜運(yùn)輸重板只多出裙板內(nèi)物料及鏈條鏈板重量的余弦分量這一項(xiàng)是不完善的，物料與裙板側(cè)摩擦與水平運(yùn)輸亦有區(qū)別。

2 料斗內(nèi)壓力分析

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

圖1 傾斜運(yùn)輸板式給料機(jī)工藝布置及料倉(cāng)與裙板壓力分析示意圖

圖2 傾斜運(yùn)輸板式給料機(jī)倉(cāng)頸與裙板壓力計(jì)算放大示意圖

設(shè)σχ、σy分別為x、y軸方向的物料壓強(qiáng)，Pa;A為料倉(cāng)橫截面積，m2;L為料倉(cāng)橫截面周長(zhǎng)，m;f0為物料與倉(cāng)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(cāng)內(nèi)的高度，m;料倉(cāng)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(hào)為圖1、圖2所示。

假設(shè)σx=Kσy，根據(jù)文獻(xiàn)［7］式(5):

式中 δ—物料與料倉(cāng)壁之間的摩擦角，δ=tan-1f0;

φ—物料內(nèi)摩擦角，φ=tan-1μ;

μ—物料的內(nèi)摩擦系數(shù)。

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(duì)象，得到在y方向上的平衡方程:

經(jīng)整理后得:

省去復(fù)雜的數(shù)學(xué)推導(dǎo)過程，依文獻(xiàn)［7］式(11)，微分方程的解為:

y=h時(shí)

3 倉(cāng)頸下端面及料槽內(nèi)壓力分析

由于該處倉(cāng)頸主要是為安裝方便設(shè)計(jì)的，相對(duì)于料倉(cāng)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(cāng)頸高度線性變化的方式計(jì)算。即倉(cāng)頸的下端面，也就是對(duì)應(yīng)裙板l1～l4段的上端面，由于倉(cāng)頸高度的不同，這段壓力是逐漸遞減的。如圖2a)，設(shè)倉(cāng)頸長(zhǎng)邊的垂直高度為h0，給料機(jī)運(yùn)載高度建h1。如圖1a)的裙板坐標(biāo)系x'-O-y'。下面分別求給料機(jī)各運(yùn)載段所受的壓強(qiáng):

0≤x'≤l1，0≤y'≤h1時(shí)，該區(qū)域任一點(diǎn)的垂直于地面的壓強(qiáng):

該區(qū)域側(cè)向摩擦力為:

當(dāng)y'=h1時(shí)，鏈板受到上面所有物料垂直于地面的壓強(qiáng)為:

壓力為:

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

當(dāng)0≤x'≤l2，h1-x'cotε ≤y'≤h1時(shí)，該區(qū)域任一點(diǎn)垂直地面的壓強(qiáng)為:

該區(qū)域側(cè)向摩擦力

當(dāng)y'=h1時(shí)，該區(qū)域鏈板受到上面所有物料垂直于地面的壓強(qiáng)為:

壓力為:

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

該區(qū)域側(cè)向摩擦力:

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

該區(qū)域側(cè)向摩擦力:

當(dāng)y'=h1時(shí)，鏈板垂直于地面壓強(qiáng):

底板受垂直于地面方向上的壓力:

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

該區(qū)域側(cè)向摩擦力:

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

側(cè)向摩擦力:

當(dāng)y'=h1時(shí)，底板受到物料垂直于地面的壓強(qiáng):

壓力:

當(dāng)0≤x'≤l5，0≤y≤h1時(shí)，該區(qū)域物料垂直于地面的壓強(qiáng):

側(cè)向摩擦力:

當(dāng)y'=h1時(shí)，低板受到物料垂直于地面所謂壓強(qiáng)

壓力:

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

側(cè)向摩擦力:

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

側(cè)向摩擦力:

當(dāng)y'=h1時(shí)，鏈板受到垂直于地面壓強(qiáng):

壓力:

當(dāng)0≤x'≤l7，x'tanγ≤y'≤h1時(shí)，該區(qū)域物料壓強(qiáng):

側(cè)向摩擦力:

當(dāng)y'=h1時(shí)，鏈板受到垂直與地面壓強(qiáng):

壓力:

4 倉(cāng)頸物料剪切力

在倉(cāng)徑對(duì)應(yīng)l1～l3上段，對(duì)應(yīng)倉(cāng)徑給裙板物料的剪切力:

在倉(cāng)徑對(duì)應(yīng)l4上段，對(duì)應(yīng)倉(cāng)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(cè)面總的摩擦力

物料與裙板側(cè)面總的摩擦力為:

由于篇幅有限，結(jié)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(shù)。

7 結(jié)語

以上推導(dǎo)了傾斜運(yùn)輸?shù)闹匕鍌}(cāng)頸物料剪切力、物料與裙板側(cè)面總的摩擦力、物料造成的與重載托輥之間的摩擦力等。實(shí)際上，視倉(cāng)口及倉(cāng)頸工藝布置情況而定，由于倉(cāng)壓造成的附加阻力占整個(gè)阻力的比例在55%～75%之間。在中小型的重板設(shè)計(jì)中，可以類比或者采用經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)，在大型特大型重板設(shè)計(jì)時(shí)，阻力計(jì)算必須非常清晰，尤其是傾斜運(yùn)輸?shù)妮斔蜋C(jī)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(cè)摩擦與水平運(yùn)輸亦有區(qū)別。

該理論的研究，對(duì)傾斜安裝的大型重型板式給料機(jī)的設(shè)計(jì)具有指導(dǎo)作用。當(dāng)把具體數(shù)值代入后，公式(4)會(huì)出現(xiàn)手工計(jì)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(yàn)的計(jì)算實(shí)例在以后的研究結(jié)果中給出，其它常規(guī)阻力按設(shè)計(jì)手冊(cè)計(jì)算即可。

［1］《運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)》編輯委員會(huì).運(yùn)輸機(jī)械設(shè)計(jì)選用手冊(cè)(下冊(cè))［M］.北京:化學(xué)工業(yè)出版社，1999.1:187.

［2］《連續(xù)輸送機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》編輯委員會(huì).連續(xù)輸送機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)［M］.北京:中國(guó)鐵道出版社，2000.11:238.

［3］《機(jī)械工程手冊(cè)》編輯委員會(huì).機(jī)械工程手冊(cè)(第13卷)［M］.北京:機(jī)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(yùn)輸機(jī)械，2003(5):26-28.

［5］陳立志，肖寶義.大型翻車機(jī)系統(tǒng)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(jī)的牽引阻力解析解［J］.起重運(yùn)輸機(jī)械，2013(12):35-38.

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