淺談鋼管式取料臂直徑選型

摘 要:本文概述了側式刮板取料機的設備用途，結合實際工作情況主要介紹了鋼管式取料臂的鋼管選型要點。

關鍵詞:側式刮板取料機 取料臂 鋼管

中圖分類號:U445文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2012)04(b)-0088-01

側式刮板取料機是一種常見的堆取料機，多用于儲量較多、品種較多的但對預均化要求不高的一種取料工藝設備，廣泛用于煤炭、水泥、冶金、電力等行業。目前該類型設備衍生機型有:長條形料場配重式側式刮板取料機、(半)門架式側式刮板取料機;圓形料場門架式(頂堆側取)堆取料機、配重式(頂堆側取)堆取料機等。

該設備具有結構緊湊、占地面積小、技術水平先進、程控水平高等優點。

目前側式刮板取料機的取料臂常見有三種結構形式:板梁式、桁架式、薄壁鋼管式。其中板梁式在較小取料臂長中應用廣泛，且應用較早;桁架式在較大臂長的取料機中應用較多;鋼管式取料臂相對于板梁結構和桁架結構有著自身重量輕、制造費用低、制作周期短等特點，在近幾年開始廣泛應用。

1 鋼管選型的現有狀態

目前鋼管直徑依據選型手冊，選用的規格有Φ820、Φ1020、Φ1220、Φ1420、Φ1620、Φ1820等。

對于較短取料臂(臂長27m以內)，由于鋼管內部需要考慮焊接加強筋并能夠保證人員通過而不能繼續選用小規格直徑，目前最小直徑選用到Φ820mm。

對于較長取料臂，則要從強度和剛度兩方面綜合考慮，依據圓形料場中常規結構布置，Φ80m取料機的取料臂長度在35m左右，Φ90m取料機的取料臂長度在39.5m左右，Φ100m取料機的取料臂長度在44m左右，Φ110m取料機的取料臂長度在48.5m左右，Φ120m取料機的取料臂長度在53.5m左右。長形料場中也根據取料機跨距，臂長由20m～50m不等。

考慮設備通用性及細長比等技術指標，不同取料臂長度應當對應不同鋼管直徑，但也會出現不同臂長對應同一管徑的現象。如何選用適當的管徑及壁厚，提高設備的性價比，降低制造成本，提高市場競爭力，是設計工作的一個很重要的環節。

2 鋼管選型的理論分析

側式刮板取料機刮板臂的結構為一端與設備本體鉸接，另一端通過鋼絲繩、滑輪組吊掛在設備上，并通過鋼絲繩的收放達到取料臂變幅的目的。刮板鏈系統包括了張緊鏈輪組、刮板、鏈條、驅動鏈輪組、驅動等。

在選型上，懸臂梁可以簡化為一端鉸支(與門架、平臺鉸接側)，另一端(鋼絲繩鉸點)簡支，并外懸一段的帶懸臂的簡支梁，依據相關受靜載荷梁的內力及變位計算公式(機械設計手冊)，受力分析按照下面幾個力學模型疊加:

張緊鏈輪組—— 集中載荷P

鏈條、刮板、自重—— 均布載荷q

其他作用力，按上述兩種載荷調整。

1)張緊鏈輪組集中載荷:

(外點集中力)

2)前端刮板、鏈條的均布載荷

(外點均布力)

在常規設計中，始終是一個基本定值，因此上述幾個公式都可以轉化成對m或L以及(m+L)的關系式，調整后可以發現，C點變形量和臂長的3次方存在一定的正比關系，而上述數據每相鄰兩擋比值～70%-80%。

由于壁厚δ遠小于鋼管直徑D，則可以近似認為I值與鋼管外徑的2次方成一定正比關系，均按照10mm壁厚鋼管外徑計算，標準鋼管每相鄰兩檔比值也是～70-80%，同時提高慣性矩I采用加大直徑要比增加壁厚顯著得多。

另外增加隔板的目的是增加局部抗失穩性能，同時對外部的導槽支撐件進行加強等作用，防止出現局部應力集中。但是也可以探討一種新的不在鋼管內部設置隔板的結構，這樣可以選用更小直徑規格的鋼管，同時減少內部焊接對制造所帶來的困難。這種結構就是在鋼管外側支撐導槽的部位焊接補強板，采用局部加厚的方式增加局部剛度，并降低應力集中造成的應力過大，而鋼管內側則不用焊接任何材料。

作為刮板臂，受鋼絲繩牽引，為有效降低鋼絲繩拉力，應考慮盡可能降低刮板臂重量。由于取料能力導致受力不同，還需要綜合考慮選取鋼管直徑。(如表1)

由于鋼管式取料臂在設計時必須考慮鋼管直徑對增加壁厚會帶來減速器速比的加大，減速器速比加大會直接導致成本明顯增加，因而選用適當直徑和壁厚的鋼管很重要。

按照目前選用的鏈條在頂堆側取產品中鏈條節距以315mm，400mm，500mm為主(400mm應用較少)。

刮板臂鋼管選型與減速器選型有著性價比的要求，特別是對大功率大減速器而言，如西門子減速機，相同功率由于速比變化，有時要相差一個基座號，價格相差十萬元以上。此時對于設計者應當考慮采用減小管徑增加壁厚的方式處理鋼管的剛度問題，盡可能選用較小直徑的鋼管。在一定取料能力范圍內時，如圓形料場取料機中，建議Φ80m選用1020mm管，Φ90m選用1220mm管，Φ100m選用1420mm管，Φ110m選用1620mm管，Φ120m選用1820mm管。

3 結語

鋼管式取料臂結構有著自身重量輕、制造費用低、制作周期短等高性價比的優點，合理選用鋼管式取料臂的直徑，對整機的機械性能和經濟目標控制都起到重要作用。

參考文獻

[1] 高長明．礦物原料預均化．北京:中國建筑事業出版社，1983.

[2] 機械工程手冊(第二版).