斗輪堆取料機(jī)前拉桿優(yōu)化設(shè)計(jì)的研究

李剛

【摘 要】斗輪堆取料機(jī)，前臂架一般由兩根工字梁組成，由于斗輪近似在前臂架的一側(cè)，造成兩根拉桿受到的拉力不等，進(jìn)而造成前臂架兩側(cè)不平而受扭。本文通過分析彈性模量表達(dá)式，找到改善方法，進(jìn)而評(píng)估兩種方法的優(yōu)劣，為斗輪堆取料機(jī)前拉桿的設(shè)計(jì)，提供幫助。

【關(guān)鍵詞】斗輪機(jī)；前拉桿；研究

【Abstract】The bucket wheel stacker and recliamers boom is made of two I-beams. Because of that the bucket is in one side of the front beam， and the rods bear different tension force， and the front beam will be un-balance. We analysis the formula of modulus of elasticity and search the method to modify the situation， then match the methods to help the bucket wheel stacker and reclaimers design.

【Key words】Stacker and reclaimer； Rod； Research

1 背景介紹

斗輪堆取料機(jī)是現(xiàn)代化工業(yè)大宗散裝物料連續(xù)裝卸的高效設(shè)備，目前已廣泛應(yīng)用于港口、碼頭、冶金、水泥、鋼鐵廠、焦化廠、儲(chǔ)煤廠、發(fā)電廠等散料（礦石、煤、焦炭、砂石）存儲(chǔ)料場的堆取作業(yè)[1]。斗輪堆取料機(jī)由斗輪機(jī)構(gòu)、前臂架、前臂架帶式輸送機(jī)、上部結(jié)構(gòu)、回轉(zhuǎn)平臺(tái)、門座、行走機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、尾車、拉桿系統(tǒng)等部件和機(jī)構(gòu)組成。斗輪堆取料機(jī)的前臂架一般由雙工字梁通過回形筋板焊接而成，其長度一般在20～60m之間，在前臂架的頭部有一質(zhì)量為6～20t的斗輪機(jī)構(gòu)，在靠近斗輪機(jī)構(gòu)處兩根拉桿通過銷軸連接起前臂架，拉桿的另一端連接在立柱頂部，前臂架的尾部通過銷軸與立柱下部相連，前臂架上面布置帶式輸送機(jī)用于物料的輸送[2]。

圖1 斗輪堆取料機(jī)

前臂架、斗輪機(jī)構(gòu)、皮帶機(jī)系統(tǒng)、物料等重力均由前臂架鋼結(jié)構(gòu)與前拉桿承受。前臂架與皮帶機(jī)系統(tǒng)的載荷可以近似認(rèn)為兩側(cè)工字梁均分，引起的前拉桿拉力是相等的。但是斗輪機(jī)構(gòu)是布置在前臂架的一側(cè)工字梁上，這一側(cè)前拉桿承受的拉力也因?yàn)槎份啓C(jī)構(gòu)的偏心布置影響變大了。這樣前臂架兩側(cè)工字梁受力不同，引起兩側(cè)前拉桿受力不同，前臂架的垂向變形不同，使前臂架處于一種受扭狀態(tài)，造成兩側(cè)工字梁的回形筋受垂向載荷，因此我們有必要，采取措施，減小這種偏差引起的變形。

2 前拉桿受力分析

我們以一臺(tái)太原的斗輪堆取料機(jī)為例，其前臂架工字梁結(jié)構(gòu)的受力分析如圖2、圖3所示，我們?nèi)∏氨奂芩焦r，其中GA代表前臂架及皮帶機(jī)系統(tǒng)的自重、GB代表斗輪機(jī)構(gòu)的自重。由于自重影響，斗輪側(cè)和非斗輪側(cè)的拉桿拉力分別為F1和F2，忽略拉桿自重產(chǎn)生的影響，計(jì)算拉桿受到的拉力及變形。

兩側(cè)的拉桿，其彈性模量：

當(dāng)兩根拉桿橫截面積相同時(shí)，產(chǎn)生的變形與拉力成正比。兩根拉桿受力不同，即F1≠F2的時(shí)候，兩側(cè)拉桿的伸長量不同，此時(shí)要使前臂架還能保持水平不受扭，可以有以下兩種方法。

圖2 前拉桿受力圖

圖3 有限元模型圖

2.1 縮短斗輪側(cè)拉桿長度

在拉桿橫截面積相同的情況下，拉桿的伸長量與拉桿受到的拉力成正比。因此減少斗輪側(cè)拉桿長度，可以達(dá)到目的：拉桿受力狀態(tài)下，前臂架呈水平狀態(tài)不受扭。減少的長度為：？駐l=？駐l1-？駐l2。太原斗輪機(jī)的參數(shù)為：拉桿設(shè)計(jì)長度l=21000mm，橫截面積A=10000mm2，斗輪側(cè)拉桿受到的拉力為：F1=480kN，非斗輪側(cè)拉桿受到的拉力為：F2=400kN，鋼材的彈性模量為：E=2.1e5N/mm2。

斗輪側(cè)拉桿產(chǎn)生的變形量為：

有限元計(jì)算結(jié)果與公式計(jì)算結(jié)果非常接近（因?yàn)榍氨奂軆蓚?cè)工字梁中間有筋板相連，有一定的剛度）。要實(shí)現(xiàn)斗輪側(cè)與非斗輪側(cè)拉桿工作時(shí)候，前臂架水平不受扭，斗輪側(cè)拉桿需要預(yù)先減少長度為？駐l=0.8mm，在有限元模型中，加入預(yù)應(yīng)變：

？著=？駐l/l=0.8/21000

如圖6所示。

圖6 拉桿的實(shí)常數(shù)值設(shè)置

計(jì)算變形，水平變形結(jié)果如圖7，垂直變形結(jié)果如圖8所示。

圖7 斗輪機(jī)前臂架變形圖-水平

圖8 斗輪機(jī)前臂架變形圖-垂直

有限元計(jì)算結(jié)果顯示，兩側(cè)拉桿受力后，變形基本一致。

2.2 增大斗輪側(cè)拉桿橫截面積

計(jì)算變形，水平變形結(jié)果如圖9，垂直變形結(jié)果如圖10所示。

圖9 斗輪機(jī)前臂架變形圖-水平

圖10 斗輪機(jī)前臂架變形圖-垂直

有限元計(jì)算結(jié)果顯示，兩側(cè)拉桿受力后，變形基本一致。因此，通過增加斗輪側(cè)前拉桿的橫截面積，也可以使斗輪堆取料機(jī)前臂架水平而不發(fā)生扭曲。

3 結(jié)論

對(duì)于斗輪堆取料機(jī)前臂架，由于斗輪在前臂架的一側(cè)，造成兩側(cè)拉桿受力不同，如果使用完全相同的兩根拉桿，會(huì)造成前拉桿受拉變形量不同，進(jìn)而造成前臂架不平而受扭。

本文提出的通過預(yù)先減短斗輪側(cè)拉桿長度或者增加斗輪側(cè)拉桿的橫截面積，可以使前拉桿受拉變形后，前臂架的兩側(cè)工字梁近似處于同一平面，消除受扭情況。

兩種處理方式都可以實(shí)現(xiàn)相同的效果，那么實(shí)際（下轉(zhuǎn)第44頁）（上接第10頁）工程中，該選用哪種處理方式呢？我們需要進(jìn)一步評(píng)估前拉桿的兩種處理方式。

兩根拉桿由于受力大小不同，采用第一種處理方式：預(yù)減少斗輪側(cè)拉桿長度。可以通過調(diào)節(jié)拉桿連接板長度，處理簡便。易實(shí)現(xiàn)。采用第二種處理方式：增大斗輪側(cè)拉桿橫截面積?？梢詫?shí)現(xiàn)兩側(cè)拉桿拉應(yīng)力相同，即兩側(cè)拉桿，受力大的，橫截面積大，有相同的安全系數(shù)，使拉桿受力更合理。材料的利用和設(shè)備安全性更好。因此，第一種方法簡單，便捷；第二種方法偏安全，合理。

【參考文獻(xiàn)】

[1]百度百科-斗輪堆取料機(jī)[OL].

[2]萬正喜，丁寧.斗輪堆取料機(jī)前臂架受力分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)[J].起重運(yùn)輸機(jī)械，2013.

[3]材料力學(xué)（第五版）[M].

[責(zé)任編輯：王楠]