用悬链线法解门式取料机刮板张紧力

高翔 姚欣

【摘 要】门式刮板取料机，用悬链线方程分析悬空段的受力，进而计算出刮板链条每一部分的受力大小。

【关键词】门式取料机；悬链线方程；刮板链条受力

中图分类号： TH237 文献标识码： A 文章编号：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 背景介绍

大型的门式取料机，通过刮板推送物料至系统皮带。刮板张紧力过大，则会影响整体钢结构；张紧力过小，则会引起下侧的刮板脱离过渡轮，或者引起刮板堆积情况，影响正常工作。

通常的门式取料机刮板张紧，会通过在张紧油缸处设置较大的量程，来调节张紧力，因为没有对链条的各部分，做一个明确的分析计算。本文以门式刮板机悬空段为分析起点，引入悬链线方程，把链条每一部分的理论解求出，为选取张紧油缸和链条驱动提供理论解。

2 用悬链线方程计算悬挂段

悬链线是指两端固定的一条粗细与质量均匀分布，柔软不能伸长的链条，例如悬索桥等，因其与两端固定的绳子在均匀重力作用下下垂相似而得名。其标准方程为双曲余弦函数：y=acosh（x/a）[1]其中，a为曲线顶点到横坐标轴的距离。现有论文对于双曲余弦函数和二次抛物线的比较有很多，在泰勒展开式的前几项，都是相同的。

图1所示为门式刮板取料机[2]，是把链条安装到取料悬臂上，链条通过驱动链轮组和张紧轮组形成一个封闭的环，这样刮板就可以随着链条沿着闭环做往复运动，取料臂是可以通过卷扬机来改变取料角度的。刮板取料机的上部拐角段，可以近似认为是悬链线。计算整体链条张紧力，以悬链线处作为起点，因为悬链线的长度，直接决定了整体链条的张紧力的大小。在二维图纸上，根据设计要求，设定悬链线的长度，悬链线的长度可以从CAD图上量取。图2为刮板链条简图。本文分析刮板水平（θ=0）时候的受力，其他角度时候，与此类似。

3 刮板机各段受力分析

刮板机受力分析的目的和意义，是计算出a1和a2位置处的拉力值，进而得出此处推力油缸需要设定的推力值，来实现最初的设计目标。

而刮板机与皮带机张紧力计算，最大的不同，是刮板和链条的重量不能忽略。首先量取a1-b1、b1-c1、c1-d1、a2-b2、c2-d2的长度，根据单位长度重量，计算出各段的重量，分别用Gab1，Gbc1，Gcd1，Gab2和Gcd2表示。然后要确定关键节点b1、c1、d1、a1和a2、d2、c2、b2位置处的受力大小，用P表示受力，节点的计算顺序不可混淆。刮板刮取物料的力用Pd12表示。

首先计算b1点处的拉力大小。刮板水平的时候，c1点处的垂直力大小为b1-c1段的重力，水平力与b1等大反向，则：

b1点处的受力大小为：

Pb1=Gbc1/cotφ

c1点处的受力大小为：

Pc1=Pb1/cosφ

d1点处的受力大小为：

Pd1=Pc1+Gcd1×sinφ-μ×Gcd1×cosφ

a1点处的受力大小为：

Pa1=Pb1+μ×Gba1

a2点处的受力大小为：

Pa2=Pa1-Ga1a2

b2点处的受力大小为：

Pb2=Pd1+Pd12

c2点处的受力大小为：

Pc2=Pb2

d2点处的受力大小为：

Pd2=Pc2+Gcd2×sinφ+μ×Gcd2×cosφ

至此，刮板机各处的拉力大小即确定出来。

4 结论

引入懸链线的方程，计算门式刮板取料机的俯仰悬空部分。以悬链线位置作为张紧力分析的起点，有效的解决了门式刮板取料机，链条张紧的各个部分的受力，为整体设计，提供了理论依据。

【参考文献】

[1]百度百科-双曲余弦函数.

[2]赵俊鹏，陈博.《一种新型刮板取料机-门桥式刮板取料机简介》，水泥技术，2017（1）：46-49.