连续卸船机用盘式给料器的设计与计算

郭东

（大连华锐重工集团股份有限公司港机设计院，辽宁大连116013）

0 引言

在当今全球倡导发展低碳环保经济的时代背景下，连续卸船机凭借着卸船效率高、能耗低、对环境污染小、后续的投资少以及日趋成熟的技术，逐步进入追求高效率的码头［1］。国外在连续卸船机的发展方面体现出两大趋势，在专业化大型散货码头上接卸矿石、煤炭等流动性较差的重散货，趋向于采用大型高效的连续卸船机，机型主要有链斗、斗轮和螺旋式。另一方面，对于接卸化肥、粮食、饲料甚至水泥等流动性较好的轻散货，推荐采用小型、流动式、多用途的连续卸船机［2-3］。目前，链斗式连续卸船机由于其清仓量能力高、浪涌补偿能力强等优点，已经被越来越多的用户认可，是未来大型散料卸船设备的发展方向。本文介绍了在连续卸船机设计研发过程中，对连续卸船机中广泛使用的盘式给料器的设计与计算进行分析与介绍，并通过MATLAB界面编程计算，得到一种更加可靠的方法来对连续卸船机给料系统进行优化设计。

1 链斗式连续卸船机简介

链斗式连续卸船机的主要构成和工作原理见图1所示。它是通过固定在封闭链条上的链斗，从船舱中挖取物料，并经由单向驱动的链条系统把物料“连续”地提升到上部，通过链斗的反转，将物料抛卸至盘式给料器，并由其旋转将物料卸于臂架皮带机上，物料经回转中心的转接漏斗均匀地输送到地面皮带系统。

2 盘式给料器的结构和工作原理

早期连续卸船机头部给料采用螺旋式溜槽结构，由于铁矿石黏度高易堵料，且溜槽磨损严重，现在已经逐渐被盘式给料器所代替，见图2盘式给料器外型图。盘式给料器基本结构是由安装在托架上的滚轮支撑的旋转平台和固定的挡板组成。

盘式给料器工作原理见图3，旋转平台上设置相应的缓冲托板，在其顶部安装有密封板防止粉尘。在驱动的作用下，旋转平台将链斗抛落的物料转送至固定挡板处，固定挡板将物料截流改向进入溜槽，连续地输送到臂架皮带机上。

图1 链斗式连续卸船机的主要构成和工作原理

图2 盘式给料器外型图

图3 盘式给料器工作原理图

3 盘式给料器受力分析及功率计算

通过对盘式给料器实际工况分析与总结,确定承载物料在整个运动过程中受力主要有以下几种形式：

1）物料流动阻力。因盘式给料器结构形式为转盘式，故物料绕回转中心进行圆周运动。在计算此阻力时，借鉴环形皮带机的运输计算公式对其进行求解。驱动物料流动所需功率为

式中：FFM为流动物料的阻力；R为盘式给料器内径；B为盘式给料器宽度；n为盘式给料器转速；η为机械效率。

2）密封组件阻力。为了防止物料在整个流动过程中的洒落，在盘式给料器内外两侧都安装有固定的密封压板，当给料器回转时，两者之间产生摩擦阻力，其大小按照库仑摩擦计算。驱动密封阻力所需功率为

式中，FFS为密封组件的阻力。

3）刮料板阻力。物料转动至刮料板处，在刮料板的阻挡下，物料落至臂架皮带机上。在这个过程中，因物料流有一定的高度，这一高度直接作用在刮料板上，对盘式给料器的回转形成阻力。驱动刮料板阻力所需功率为

式中，FFC为刮料板的阻力。

4）支承辊阻力。因盘式给料器由安装在托架上的支承辊支撑，在整个给料器回转过程中，支承辊在摩擦的作用下随之转动，其摩擦阻力由盘式给料器的自重与承载物料流的重量共同作用，其大小同样可按照库伦摩擦公式进行计算。驱动支承辊阻力所需功率为

式中，FFR为支承辊阻力。

5）转盘加速阻力。考虑到转盘从启动到正常速度运行这一过程中需要加速，需引入加速阻力。这一阻力由两部分组成，一为转盘加速时因自身转动惯量而产生的阻力，二为物料流加速而产生的阻力。加速功率为

式中：TFA为转盘加速时的力矩；FL为物料加速引起的阻力。

盘式给料器无加速驱动所需功率为NF=NFM+NFS+NFC+NFR。盘式给料器加速驱动所需功率为NF=NFM+NFS+NFC+NFR+NFA。

5MATLAB界面编程计算

MATLAB具有强大的矩阵计算和数据可视化能力，一方面可以实现数值分析、优化、统计等数学计算，另一方面可以实现科学计算的可视化、图像处理等［5］。由于MATLAB图形功能灵活方便，数据处理功能强大，绘图用户界面友好，故采用图形化用户界面GUI编制计算控制程序。在计算界面参数输入区输入初始参数，点击计算控制按钮，则计算结果在参数输出区中相应显示出来，如图4所示。而对于盘式给料器回转速度与物料横截面高度关系的界面化计算如图5所示。

图4 计算界面

图5 物料横截面高度计算

6 结论

通过对连续卸船机盘式给料器的工作原理及其回转过程中的受力进行分析，应用MATLAB进行编制计算程序，分别就其在给料过程中的受力及物料流的高度等进行计算，得出的数据对盘式给料器的设计及计算提供指导，同时，因基于MATLAB界面化操作、模块化处理、界面直观、思路清晰等优点，为大型机械结构的机构运动的工程计算提供了一种可行的计算方法。

［1］ 沈卓，王培林，吴丹.大型化矿石链斗连续式卸船机现状及特点［J］.起重运输机械,2009（7）：87-89.

［2］ 邹胜，高飞.散料装卸船机的发展.起重运输机械，2005（8）：9-13.

［3］ 郑见粹，张振雄.连续卸船机的使用与发展.港口装卸，2005（8）：40-43.

［4］ 陈再兴.ZPMC环保型链斗式连续卸船机的研究及应用.船舶节能,2012（2）：42-44.

［5］ 苏金明，王永利.MATLAB7.0实用指南［M］.北京：电子工业出版社,2004.