連續卸船機用盤式給料器的設計與計算

郭東

（大連華銳重工集團股份有限公司港機設計院，遼寧大連116013）

0 引言

在當今全球倡導發展低碳環保經濟的時代背景下，連續卸船機憑借著卸船效率高、能耗低、對環境污染小、后續的投資少以及日趨成熟的技術，逐步進入追求高效率的碼頭［1］。國外在連續卸船機的發展方面體現出兩大趨勢，在專業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卸船機，機型主要有鏈斗、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、多用途的連續卸船機［2-3］。目前，鏈斗式連續卸船機由于其清倉量能力高、浪涌補償能力強等優點，已經被越來越多的用戶認可，是未來大型散料卸船設備的發展方向。本文介紹了在連續卸船機設計研發過程中，對連續卸船機中廣泛使用的盤式給料器的設計與計算進行分析與介紹，并通過MATLAB界面編程計算，得到一種更加可靠的方法來對連續卸船機給料系統進行優化設計。

1 鏈斗式連續卸船機簡介

鏈斗式連續卸船機的主要構成和工作原理見圖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，并經由單向驅動的鏈條系統把物料“連續”地提升到上部，通過鏈斗的反轉，將物料拋卸至盤式給料器，并由其旋轉將物料卸于臂架皮帶機上，物料經回轉中心的轉接漏斗均勻地輸送到地面皮帶系統。

2 盤式給料器的結構和工作原理

早期連續卸船機頭部給料采用螺旋式溜槽結構，由于鐵礦石黏度高易堵料，且溜槽磨損嚴重，現在已經逐漸被盤式給料器所代替，見圖2盤式給料器外型圖。盤式給料器基本結構是由安裝在托架上的滾輪支撐的旋轉平臺和固定的擋板組成。

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

圖1 鏈斗式連續卸船機的主要構成和工作原理

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算

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

1）物料流動阻力。因盤式給料器結構形式為轉盤式，故物料繞回轉中心進行圓周運動。在計算此阻力時，借鑒環形皮帶機的運輸計算公式對其進行求解。驅動物料流動所需功率為

式中：FFM為流動物料的阻力；R為盤式給料器內徑；B為盤式給料器寬度；n為盤式給料器轉速；η為機械效率。

2）密封組件阻力。為了防止物料在整個流動過程中的灑落，在盤式給料器內外兩側都安裝有固定的密封壓板，當給料器回轉時，兩者之間產生摩擦阻力，其大小按照庫侖摩擦計算。驅動密封阻力所需功率為

式中，FFS為密封組件的阻力。

3）刮料板阻力。物料轉動至刮料板處，在刮料板的阻擋下，物料落至臂架皮帶機上。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形成阻力。驅動刮料板阻力所需功率為

式中，FFC為刮料板的阻力。

4）支承輥阻力。因盤式給料器由安裝在托架上的支承輥支撐，在整個給料器回轉過程中，支承輥在摩擦的作用下隨之轉動，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行計算。驅動支承輥阻力所需功率為

式中，FFR為支承輥阻力。

5）轉盤加速阻力。考慮到轉盤從啟動到正常速度運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，一為轉盤加速時因自身轉動慣量而產生的阻力，二為物料流加速而產生的阻力。加速功率為

式中：TFA為轉盤加速時的力矩；FL為物料加速引起的阻力。

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

5MATLAB界面編程計算

MATLAB具有強大的矩陣計算和數據可視化能力，一方面可以實現數值分析、優化、統計等數學計算，另一方面可以實現科學計算的可視化、圖像處理等［5］。由于MATLAB圖形功能靈活方便，數據處理功能強大，繪圖用戶界面友好，故采用圖形化用戶界面GUI編制計算控制程序。在計算界面參數輸入區輸入初始參數，點擊計算控制按鈕，則計算結果在參數輸出區中相應顯示出來，如圖4所示。而對于盤式給料器回轉速度與物料橫截面高度關系的界面化計算如圖5所示。

圖4 計算界面

圖5 物料橫截面高度計算

6 結論

通過對連續卸船機盤式給料器的工作原理及其回轉過程中的受力進行分析，應用MATLAB進行編制計算程序，分別就其在給料過程中的受力及物料流的高度等進行計算，得出的數據對盤式給料器的設計及計算提供指導，同時，因基于MATLAB界面化操作、模塊化處理、界面直觀、思路清晰等優點，為大型機械結構的機構運動的工程計算提供了一種可行的計算方法。

［1］ 沈卓，王培林，吳丹.大型化礦石鏈斗連續式卸船機現狀及特點［J］.起重運輸機械,2009（7）：87-89.

［2］ 鄒勝，高飛.散料裝卸船機的發展.起重運輸機械，2005（8）：9-13.

［3］ 鄭見粹，張振雄.連續卸船機的使用與發展.港口裝卸，2005（8）：40-43.

［4］ 陳再興.ZPMC環保型鏈斗式連續卸船機的研究及應用.船舶節能,2012（2）：42-44.

［5］ 蘇金明，王永利.MATLAB7.0實用指南［M］.北京：電子工業出版社,2004.