用懸鏈線法解門式取料機刮板張緊力

高翔 姚欣

【摘 要】門式刮板取料機，用懸鏈線方程分析懸空段的受力，進而計算出刮板鏈條每一部分的受力大小。

【關鍵詞】門式取料機；懸鏈線方程；刮板鏈條受力

中圖分類號： TH237 文獻標識碼： A 文章編號：2095-2457（2018）05-0076-001

【Abstract】For portal scraper reclaimer， catenary equation was adopted to analysis the chain suspension part force， then the whole chain force was got.

【Key words】Portal reclaimer； Catenary equation； Scraper chain force

1 背景介紹

大型的門式取料機，通過刮板推送物料至系統皮帶。刮板張緊力過大，則會影響整體鋼結構；張緊力過小，則會引起下側的刮板脫離過渡輪，或者引起刮板堆積情況，影響正常工作。

通常的門式取料機刮板張緊，會通過在張緊油缸處設置較大的量程，來調節張緊力，因為沒有對鏈條的各部分，做一個明確的分析計算。本文以門式刮板機懸空段為分析起點，引入懸鏈線方程，把鏈條每一部分的理論解求出，為選取張緊油缸和鏈條驅動提供理論解。

2 用懸鏈線方程計算懸掛段

懸鏈線是指兩端固定的一條粗細與質量均勻分布，柔軟不能伸長的鏈條，例如懸索橋等，因其與兩端固定的繩子在均勻重力作用下下垂相似而得名。其標準方程為雙曲余弦函數：y=acosh（x/a）[1]其中，a為曲線頂點到橫坐標軸的距離。現有論文對于雙曲余弦函數和二次拋物線的比較有很多，在泰勒展開式的前幾項，都是相同的。

圖1所示為門式刮板取料機[2]，是把鏈條安裝到取料懸臂上，鏈條通過驅動鏈輪組和張緊輪組形成一個封閉的環，這樣刮板就可以隨著鏈條沿著閉環做往復運動，取料臂是可以通過卷揚機來改變取料角度的。刮板取料機的上部拐角段，可以近似認為是懸鏈線。計算整體鏈條張緊力，以懸鏈線處作為起點，因為懸鏈線的長度，直接決定了整體鏈條的張緊力的大小。在二維圖紙上，根據設計要求，設定懸鏈線的長度，懸鏈線的長度可以從CAD圖上量取。圖2為刮板鏈條簡圖。本文分析刮板水平（θ=0）時候的受力，其他角度時候，與此類似。

3 刮板機各段受力分析

刮板機受力分析的目的和意義，是計算出a1和a2位置處的拉力值，進而得出此處推力油缸需要設定的推力值，來實現最初的設計目標。

而刮板機與皮帶機張緊力計算，最大的不同，是刮板和鏈條的重量不能忽略。首先量取a1-b1、b1-c1、c1-d1、a2-b2、c2-d2的長度，根據單位長度重量，計算出各段的重量，分別用Gab1，Gbc1，Gcd1，Gab2和Gcd2表示。然后要確定關鍵節點b1、c1、d1、a1和a2、d2、c2、b2位置處的受力大小，用P表示受力，節點的計算順序不可混淆。刮板刮取物料的力用Pd12表示。

首先計算b1點處的拉力大小。刮板水平的時候，c1點處的垂直力大小為b1-c1段的重力，水平力與b1等大反向，則：

b1點處的受力大小為：

Pb1=Gbc1/cotφ

c1點處的受力大小為：

Pc1=Pb1/cosφ

d1點處的受力大小為：

Pd1=Pc1+Gcd1×sinφ-μ×Gcd1×cosφ

a1點處的受力大小為：

Pa1=Pb1+μ×Gba1

a2點處的受力大小為：

Pa2=Pa1-Ga1a2

b2點處的受力大小為：

Pb2=Pd1+Pd12

c2點處的受力大小為：

Pc2=Pb2

d2點處的受力大小為：

Pd2=Pc2+Gcd2×sinφ+μ×Gcd2×cosφ

至此，刮板機各處的拉力大小即確定出來。

4 結論

引入懸鏈線的方程，計算門式刮板取料機的俯仰懸空部分。以懸鏈線位置作為張緊力分析的起點，有效的解決了門式刮板取料機，鏈條張緊的各個部分的受力，為整體設計，提供了理論依據。

【參考文獻】

[1]百度百科-雙曲余弦函數.

[2]趙俊鵬，陳博.《一種新型刮板取料機-門橋式刮板取料機簡介》，水泥技術，2017（1）：46-49.