1600t/h橋式抓斗卸船機結構強度分析

葛寧曄

摘 要：橋式抓斗卸船機的結構強度對其安全性能有著較大影響，進而關系到碼頭的正常運轉，因此對于橋式抓斗卸船機的結構強度進行深入研究。文章在對于橋式抓斗卸船機的結構及工作原理深入分析的基礎上，以1600t/h橋式抓斗卸船機為例進行了結構強度的分析，包括載荷組合以及應力數(shù)據(jù)采集兩方面，并進行仿真與實驗研究，為橋式抓斗卸船機的實際設計及應用奠定理論基礎。

關鍵詞：橋式；抓斗；卸船機；結構；強度

中圖分類號：U653.92 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2017）06-0081-01

依據(jù)《起重機械定期檢驗規(guī)則》，對于應用環(huán)境條件較為惡劣的地區(qū)，需開展橋式抓斗卸船機的安全性能評估及檢驗。其中，應力測試技術作為一種安全評估的關鍵性技術，需依據(jù)使用工況下的動應力測試進行安全性能分析。為橋式抓斗卸船機的設計及應用提供理論基礎，為工藝設計提供參考。

1 橋式抓斗卸船機結構與工作原理

橋式抓斗卸船機用于船艙至碼頭的固態(tài)散狀貨物運輸或電廠輸煤系統(tǒng)中完成煤的卸載、分配輸送等工作。卸船機主要機構組成包括：起升、開閉機構、大車行走機構、鋼絲繩系統(tǒng)、俯仰機構、料斗、皮帶機、卸料溜槽、噴水除塵系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)、潤滑裝置等。橋式抓斗卸船機的主要結構組成包括：前、后大梁，梯形架，海、陸側門框，海、陸側橫梁，拉桿和聯(lián)系橫梁等。在卸船機處于工作狀態(tài)時，前大梁水平并抓取貨物，在小車的運輸作用下，物料有抓斗，通過漏斗到達地面皮帶機，完成卸船作業(yè)；卸船機在非工作狀態(tài)時，前大梁處于抬起位置，由安全鉤固定于梯形架，小車錨定停車。

2 橋式抓斗卸船機結構強度分析

2.1 載荷組合

卸船機的載荷分為固定載荷DL、移動載荷ML、慣性載荷IAT、風荷載WL、側向荷載SK等，工作工況是小車錨的運行動力由鋼絲繩傳遞。其中，固定載荷即設備自重；移動載荷主要為移動小車及物料自重，慣性載荷包括大車及小車慣性力；風載荷包括工作與非工作狀態(tài)風載荷；側向載荷包括大車與小車側向載荷兩部分。

在無風工作狀態(tài)下，

載有風工作狀態(tài)下，

在暴風非工作狀態(tài)下，

在特殊工況狀態(tài)下，DL+TL+LL+ML+EQ+OWL

2.2 應力數(shù)據(jù)采集

考慮到橋式抓斗卸船機的應力涵蓋了動應力（工作載荷產(chǎn)生）以及靜應力（自重載荷產(chǎn)生）兩方面，多采用有限元分析軟件ANSYS進行卸船機的建模研究，在分析過程中，需首先確定動應力以及靜應力的測點，在此基礎上，模擬不同的工作工況，并采用應變電測法進行動靜應力的實時記錄。

靜應力有限元計算分析：靜應力有限元計算分析建立在對橋式抓斗卸船機結構特點充分研究的基礎上進行，有限元分析優(yōu)先選用梁單元建模法，依據(jù)實際計算需要，進行結構的單元剖分，建立幾何模型見。在計算模型中需進行數(shù)據(jù)的預處理，濾除外界應力對于時間歷程的影響，并取隨機應力值的極差作為無效幅值的取舍基準，采用雨流計數(shù)法對于結構波動性應力進行統(tǒng)計分析處理，并采用Goodman疲勞經(jīng)驗公式進行轉換，代入應力均值以及幅值。

3 仿真與實驗

在計算幾何模型建立完成之后進行系統(tǒng)整體化仿真與實驗研究，首先需依據(jù)卸船機額定載荷要求，確定應力測試的試驗載荷，并由實際測試要求，合理安排應力測試工況，本次仿真與實驗研究測試工況及基本參數(shù)介紹如下：

選用待測橋式抓斗卸船機其自重為1150噸，結構材料選用Q345C，彈性模量為，生產(chǎn)率為1600t/h，動載系數(shù)與沖擊載荷系數(shù)分別為1.2及1.6，正常工作狀態(tài)與非工作狀態(tài)時的風速分別為20以及45米每秒，不同工況條件下安全系數(shù)以及許用應力：無風工作工況（安全系數(shù)1.5、許用應力230MPa）、有風工作工況（安全系數(shù)1.33、許用應力260MPa）、暴風非工作工況（安全系數(shù)1.1、許用應力314MPa）。

在利用ANSYS進行建模分析計算過程中，依據(jù)結構及受力情況選用三類建模單元，包括梁單元BEAM（箱形梁結構的模擬）、圓管單元PIPE（圓管結構的模擬）、質(zhì)量點單元MASS（集中載荷組件的模擬如滑輪組以及機器房等）。模型中載荷的施加通過偽密度的調(diào)節(jié)進行真實自重載荷的模擬，風載荷以及慣性載荷采用創(chuàng)建載荷文件的形式添加，卸船機結構中接觸關系的分析簡化為主結構的移動載荷。本測試工況分為：系統(tǒng)調(diào)零、試驗載荷的抓取及輸送、系統(tǒng)回零檢測零點漂移情況等?？紤]到不同設備體積及外形的差異，需有區(qū)別地選取抓料點，確定小車行程，分別設定在距料斗中心0m、20m、25m、30m處，全程記錄各測點的動載應力-時間數(shù)據(jù)。

4 結語

橋式抓斗卸船機設備的安全性能直接關系到碼頭正常工作的開展，卸船機的安全故障的產(chǎn)生，將對于泊位裝卸工藝系統(tǒng)產(chǎn)生連鎖型破壞作用，造成較大的經(jīng)濟損失。對于橋式抓斗卸船機的安全性能檢測十分必要，需依據(jù)實際應用環(huán)境工況結合自身結構，建立合適的計算幾何模型，結合ANSYS有限元分析法，進行仿真與實驗研究，以促進橋式抓斗卸船機設備安全性能的不斷升級及優(yōu)化。

參考文獻

[1]徐格寧.機械裝備金屬結構設計[M].北京：機械工業(yè)出版社，2009.

[2]GB/T 3811—2008起重機設計規(guī)范[S].

[3]王新敏.ANSYS工程結構數(shù)值分析[M].北京：人民交通出版社，2007.