干熄焦矩形焦罐大跨度底閘門(mén)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

曹雨龍　蔣娟娟

摘 要：本文針對(duì)干熄焦矩形焦罐大跨度底閘門(mén)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)，且利用Solidworks軟件對(duì)其進(jìn)行了力學(xué)分析，證實(shí)筋板設(shè)計(jì)及布置滿(mǎn)足使用要求。

關(guān)鍵詞：干熄焦，矩形焦罐，大跨度，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，靜力分析

0引言

因裝焦量的要求，焦罐的尺寸及底閘門(mén)的跨度必須相對(duì)應(yīng)，以滿(mǎn)足用戶(hù)現(xiàn)場(chǎng)的需要。本文針對(duì)某種干熄焦矩形焦罐大跨度底閘門(mén)（如圖1），該底閘門(mén)是由不銹鋼板焊接而成，因其跨度較大，特對(duì)底閘門(mén)進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)[1]。

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

因底閘門(mén)跨度較大，需保證襯板的安裝緊固（采用螺柱安裝），由此在底閘門(mén)基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將立板開(kāi)孔，同時(shí)開(kāi)孔處焊接小環(huán)板，以起到對(duì)立板的增強(qiáng)的作用，因上述小環(huán)板的存在，立板外側(cè)的筋板需要改短，同時(shí)因跨度較大，筋板需布置合理，同時(shí)還應(yīng)考慮重量問(wèn)題，因此將立板間的筋板間斷性改短，為確保設(shè)計(jì)的合理性及穩(wěn)定性，特利用Solidworks軟件對(duì)其進(jìn)行了力學(xué)分析[2]。

2.靜力分析

2.1幾何模型建立

底閘門(mén)為整體對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，依據(jù)圖紙建立了底閘門(mén)的1/2幾何模型，采用Solidworks軟件，未經(jīng)任何簡(jiǎn)化而構(gòu)建的，其幾何模型如圖1。底閘門(mén)內(nèi)側(cè)立板形狀及筋板布置分別如圖2及圖3所示。

2.2有限元模型[3]

通過(guò)設(shè)置網(wǎng)格密度大小來(lái)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格因子越大，花費(fèi)時(shí)間越短，分析得到的結(jié)果偏差大，網(wǎng)格因子越小，花費(fèi)時(shí)間越長(zhǎng)，分析得到的結(jié)果越準(zhǔn)確，但是對(duì)計(jì)算機(jī)硬件的要求較高。

底閘門(mén)為整體對(duì)稱(chēng)結(jié)構(gòu)，為減少計(jì)算量，有限元分析時(shí)簡(jiǎn)化成1/2模型，并且底閘門(mén)的三個(gè)銷(xiāo)軸中只有兩端的起到支撐作用，在Solidworks中將其轉(zhuǎn)化成有限元模型時(shí)只保留兩端的銷(xiāo)軸。利用軟件的智能劃分網(wǎng)格工具，將底閘門(mén)進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分后的有限元模型如圖4所示。

2.3約束條件設(shè)定及變應(yīng)力加載

根據(jù)現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用情況，將底閘門(mén)本體與車(chē)架接觸部分固定并且在兩端銷(xiāo)軸處添加鉸鏈約束。

2.4靜力分析結(jié)果

根據(jù)分析結(jié)果，可以看出，除局部應(yīng)力超過(guò)70MPa外，其余絕大部分的應(yīng)力值均在20MPa以下，不銹鋼材質(zhì)在300℃的條件下的許用應(yīng)力為114MPa，根據(jù)分析，此底閘門(mén)的結(jié)構(gòu)完全滿(mǎn)足強(qiáng)度要求。并且底閘門(mén)的撓度最大為0.2mm，完全滿(mǎn)足剛度要求[4]。

3.結(jié)論

根據(jù)底閘門(mén)的應(yīng)力分析結(jié)果及位移變形結(jié)果，可以推斷出此底閘門(mén)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)滿(mǎn)足強(qiáng)度及跨度要求，且此種結(jié)構(gòu)滿(mǎn)足了襯板的安裝要求，也減少了大跨度底閘門(mén)的重量，便于筋板的焊接。據(jù)考查，現(xiàn)場(chǎng)使用情況良好。通過(guò)理論與實(shí)踐均證明了此種底閘門(mén)結(jié)構(gòu)的合理性及實(shí)用性，為以后大跨度底閘門(mén)的設(shè)計(jì)提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐穎，周華. 現(xiàn)代結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)理論淺析[J].礦山機(jī)械. 2003（11）.

[2]張?chǎng)?優(yōu)化設(shè)計(jì)在機(jī)械設(shè)計(jì)中的應(yīng)用淺析[J].工業(yè)設(shè)計(jì).2016（02）