本文选自《起重运输机械》杂志，如需转载，请注明出处

作者：张起伟叶阜毛翼虎王俊华

摘要：介绍圆形料场的原理、主要结构形式及刮板取料的工作特点，分析了刮板的受力特点，论述了专利技术镂空刮板的技术特点、工作原理、结构优势以及实际应用意义。

关键词：圆形料场；刮板取料机；镂空刮板；设计

Abstract:Thispaperintroducestheprinciple,mainstructureandworkingcharacteristicsofscraperincircularstockyard,analyzesthestresscharacteristicsofscraper,anddiscussesthetechnicalcharacteristics,workingprinciple,structuraladvantagesandpracticalapplicationsignificanceofpatentedhollowscraper.

Keywords:circularstockyard;scraperreclaimer;hollowscraper;design

圆形料场以其存储量大、环保、效率高、能全天侯全自动工作等诸多优点，应用日渐增多。华电重工上海分公司经过近20年的努力，通过消化吸收国外先进技术，自行研发可代替进口设备的圆形料场成套技术和设备，经过不断地研究、开发与创新，已经拥有了圆形料场的一批创新技术和专利。

1圆形料场的分类及刮板取料机的特点[1，2]

1.1圆形料场特点

圆形料场堆取料机是把栈桥带式输送机上的物料转载到回转堆料机，堆存在圆形料场内，再通过回转刮板取料机，从圆形料场内把物料取走，经过地下廊道带式输送机输送出去。整个料场用一个钢结构网架和彩钢板组成封闭的储料场，环保性好。圆形料场圆周都设挡墙来提高堆料高度。堆取料设备均围绕中心柱工作，便于实现全自动化作业。

1.2圆形料场分类

圆形料场按堆料机形式可分为固定式和俯仰式；圆形料场的取料机一般为刮板式，按刮板取料机支撑结构形式可分为悬臂式和门架式。门架式圆形料场采用一根桥式梁来支撑刮板取料机，梁的两端分别由中心立柱回转平台处的铰点和挡墙轨道处的车轮支撑（见图1）。该形式受力比较明确，中心立柱处和车轮都只受垂直方向的力。但是它对挡墙的轨道铺设是有要求的，在设计时要考虑工作过程中圆形料场堆存物料的各种工况及放下刮板取料机时其承载车轮不会脱离轨道。

悬臂式刮板取料机采用“撑杆—拉杆—配重”形式来支撑刮板取料机（见图2）。其结构特点是悬臂式结构由于自身平衡，着力点由中心大轴承传递给立柱，没有设备在挡墙上，对挡墙的施工精度要求不高。所以这种结构形式多用于地质比较软，挡墙产生漂移较大的工况。但其缺点也比较明显，整个取料部分的重力全部加载在中心立柱上，力所经过的地方都需要比较强的承载能力，地基处理的费用较高。

1.3刮板取料机的工作特点

无论是悬臂式的还是门架式的圆形料场，其刮板取料机的原理都是相同的，即通过循环运动的刮板，配合回转的刮板取料臂动作把物料源源不断刮取到中心立柱下方的大料斗里。取料臂下降到一定高度，让刮板能够接触下方物料并挖掘一定深度（过程中刮板一直在循环刮取动作），然后取料臂水平回转，同时刮板循环运动，对物料进行一层层的剥离动作。

图1门架式圆形料场

图2悬臂式取料机圆形料场

1.4刮板的受力特征

刮板刮取物料的过程是散料被动受压的过程，由于堆积时间和物料特性的关系，受力不能按照简单的散体物料颗粒来考虑，因为板结时常发生。根据经验，不同的物料、不同的堆积高度、不同的气候造成的板结密实度是不一样的。当物料发生板结时，或单个刮板边缘碰到了较大的、埋得较深的石块，刮板的受力会成数量级增大，这种情况时有发生，在静强度设计时需要重点考虑。单个刮板的受力突然增大时，对整个刮板驱动的受力不会产生大的影响，因为同时受力的刮板较多，另外，整个刮板体系运行的惯性也会吸收和缓冲单个刮板的异常受力。

所以对于单个刮板，设计时需要考虑：最大偶然荷载、正常工作荷载、偶然荷载和工作荷载后的疲劳寿命设计。而现实中最大静载荷的取值需要考虑经济性，过大则刮板设计太重，过小则时常容易坏掉。

2刮板的优化

作为刮板取料机（见图3）上的重要活动部件，刮板的减重优化能直接改善整个取料机的荷载和工作状态。刮板驱动功率、俯仰钢丝绳、门架结构、回转（行走）驱动等部件都将受益。

图3刮板取料机

刮板取料机在运行时，刮板向前方运动，刮取和带动物料一起运动。刮板在运动时和物料之间有两种受力状态：1）刮取物料时，刮板侧面从物料层刮取物料；2）运输物料时，底面从分离层剥离物料。通常在刮板工作过程中，两种受力同时存在，随着刮板往前运动，两种受力的比例会发生变化。图4是刮板的三维图，可以看出，为了防止过度磨损，刮板的侧面增加设计了耐磨板。

图4刮板三维图

根据刮板受力特点，可以对刮板的结构进行一些调整，见图5。因为荷载主要加载在侧面和底面，设计上把支撑筋做成斜的，让荷载从刮板的主要受载部位直接传递到链条安装连接板上，从而简化传力路径，精简设计。

图5刮板背面三维图

在整个刮板取料机运行过程中，在正常工况下（包括个别刮板刮大块的情况），驱动力通常是比较均匀的。单块刮板受到的最大阻力可以表达为阻力之间的倍数关系。那么平均阻力和倍数系数就是计算静强度和疲劳强度的荷载。

3镂空刮板

在进行刮板支撑筋板改动后，希望能在保证刮板正常工作时足够的静强度、刚度和疲劳强度的情况下，对刮板进行进一步的优化，即镂空刮板，见图6。镂空刮板首先要解决的问题是不漏料，镂空刮板的概念能给刮板优化提供很大的空间。

镂空刮板是考虑了物料属性、刮板尺寸和间隔、荷载和应力状态等多方面因素后的结果。综合来说，它首先要能满足取料能力，同时通过力学优化分析能实现质量较低。通过对比分析，最终在现场运用的刮板比原刮板减重约40%左右。

图6镂空刮板三维图

3.1镂空原理

确保中空的刮板在取料时不发生物料泄漏的现象十分重要。

图7是刮板刮取物料的简图，在刮板刮取物料时，物料被刮板推动，和刮板一起朝前方运行。对于物料来说，它自身有一个自然的堆积角α，当刮板主动推动物料时，会有一个额外的压力角φ。对于刮板来说，所受物料的荷载主要来自于靠近底层物料的位置，因为上方物料在挤压和重力作用下处于自平衡的状态。图8是一组刮板取料时的简图，当物料的填充率较高时，刮板底部的物料和刮板底部的板形成了一层底部物料，在刮板运行时，在上部物料重力和刮板推力的双重作用下，底部的这层物料形成了一个明确的运行通道，而上部物料则是把底部物料当作一层传输带，在摩擦力的作用下向前运行。

图7单个刮板取料简图

图8一组刮板取料简图

事实上镂空的刮板并不是不漏物料，只是这种漏料与运行方向无关，是上部浮动物料的自由选择。实际中会发现刮料时前部总有少部分物料向前翻滚，贴近刮板的地方有少数物料在刮板抖动的作用下向后滚动。

3.2力学计算

除了保证镂空刮板的取料功能外，还需保证镂空刮板不会因受力失效。因此，在运用前，需要做详细的应力分析，主要内容有：静强度分析、刚度分析、极限荷载分析、屈曲分析、疲劳分析。见图9。

图9镂空刮板的应力分析结果

（a）刮板在正常工况时的应力图（b）刮板的屈曲计算

4镂空刮板的优势

4.1降低运营能耗

在镇海炼化项目上，镂空刮板做了优化设计，最终的减重40%左右。减重后，刮板取料机空载运行能耗降低20%左右，满载工况下能耗降低约10%左右。

4.2结构更安全

刮板减重后，刮板机架的受力减小，半门架所承受的刮板俯仰钢丝绳荷载也随之减小。整个取料机结构的安全系数提高了10%左右。

4.3机构更安全

刮板减重后，刮板取料机俯仰钢丝绳荷载降低，直接改善了俯仰机构的受载，特别是提高了俯仰安全制动器的安全制动系数。同时刮板头部的链轮张紧系统的工作荷载也降低，液压系统安全系数大幅提高。

5结论

采用散料分析和结构优化方式结合，镂空刮板实现了传统刮板的功能，同时可大幅减重。更换镂空刮板后，减轻了刮板取料机的质量，对已经使用十多年的设备的结构和机构提高安全系数具有十分明显的优势。

参考文献

[1]叶阜，王俊华，韩刚华.门架式圆形料场堆取料机结构分析[J].起重运输机械,（10）：84-86.

[2]王汝贵，黄亚夫.圆形储料场及其在火力发电厂的应用[J].起重运输机械，（7）：35-37.

七夕节，又名乞巧节、七巧节或七姐诞，发源于中国，是华人地区以及东亚各国的传统节日，该节日来自于牛郎与织女的传说，在农历七月初七庆祝，因为此日活动的主要参与者是少女，而节日活动的内容又是以乞巧为主，所以人们称这天为“乞巧节”或“少女节”、“女儿节”。年5月20日，七夕被中国国务院列入第一批国家非物质文化遗产名录。

七夕节以牛郎织女的民间传说为载体，表达的是已婚男女之间不离不弃、白头偕老”的情感，恪守的是双方对爱的承诺。随着时间演变，七夕现已成为中国情人节。