圓形料場堆取料機中心柱設計的探討

徐 麗 楊 韜

（北方重工集團有限公司裝卸所，遼寧 沈陽 110027）

1 概述

在水泥、煤炭、鋼鐵等行業中，圓形料場堆取料機以其高均化比贏得了用戶的青睞。圓形料場混勻堆取料機設備是由堆料機、取料機和中心柱三大部件組成的，中心柱是將堆料機和取料機連接成整體的關鍵部件。由于它的存在使圓形料場堆取料機具有結構緊湊、占地面積小、工藝先進、自動化程度高等優點。中心柱使圓形料場堆取料機這種設備實現特殊的堆、取料工藝從而獲得很高的物料均化效果，是其它部件無法替代的。中心柱用來支撐堆料機和取料機，承受堆料機上的全部自重及載荷和取料機的大部分載荷，還有來自外部棧橋和羅鍋膠帶機的載荷，并可使堆料機和取料機同時或分別繞其旋轉。可見中心柱的設計好壞對堆取料機的運轉影響很大。本文通過多年的設計實踐經驗，對中心柱在設計及制造中的關鍵問題進行了分析探討，為今后更好的設計奠定基礎。

2 結構分析

中心柱主要是由上中柱和下部底座組成（如圖所示）。

中心柱上部頂端焊有法蘭用來安裝回轉支承承接堆料機，傳遞中心柱以上的堆料機的全部載荷和棧橋及羅鍋膠帶機的部分載荷，中心柱頂部中心部位設有集電環支座，用以支撐集電環裝置。中心柱中部設有兩個鉸支座，鉸支座上半部與取料機橋梁焊接，鉸支座下半部焊接在環形梁上，橋梁可以通過鉸支座上的鉸軸在垂直面內作角度微量調整。橋梁通過此聯接帶動取料機其它部件繞中心柱旋轉。中心柱中下部焊有箱式圈梁，圈梁上安裝法蘭及另一個回轉支承，用來完成取料機繞中心柱的旋轉和支撐。中心柱下半部由圓柱體或圓錐體和四個互成90°的支腿焊接組成，互成的90°空間用以完成下落物料，其中兩個支腿之間圓柱體或圓錐體上焊有鋼管使整機電源線穿入。中心柱四個支腿用地腳螺栓固定在環形混凝土基礎上。中心柱內部設有人梯和扶手，用來安裝電纜和維修設備。

3 整體設計

中心柱的總體高度是根據設備棧橋和基礎接口標高及堆料機總高度確定的，中心柱上半部圓筒直徑的大小是根據中部回轉支承和下部回轉支承的大小決定的，圓筒的壁厚是根據棧橋、羅鍋膠帶機及堆料機的載荷計算得來的，由于是薄壁圓筒又很高容易產生變形，因此圓筒內壁設有若干個橫向和縱向加強筋，頂部的集電環支座通過止口保證集電環回轉中心與中心柱同心，圓筒底部法蘭下有加工止口與底座配合，使中心柱上下保證同軸度。中心柱中部鉸支座上平面標高根據取料機橋梁高度來定，鉸支座鉸軸直徑要滿足取料機載荷要求。中心柱下半部底座上平面既要與回轉支承聯接又要與上中心柱底部法蘭聯接，設計時要考慮聯接回轉支承螺栓的扳手空間，要采用高強螺栓。底座中部采用圓柱體或圓錐體，與其聯接的四個支腿底部采用箱形梁結構，支腿與基礎的聯接要滿足載荷和土建接口要求，支腿上部斜面的位置要考慮到取料機刮板運轉過程中是否與之刮碰。每個支腿底面設有螺母，用于安裝調整螺栓來微量調整中心柱底面，保證中心柱底面水平。

4 載荷分析

中心柱所受載荷是復雜而多變的，在堆取料機運轉過程中，堆料機與取料機相對位置不同，作用在中心柱上的載荷就不同。中心柱所受載荷有來自棧橋及羅鍋膠帶機的垂直載荷、有堆料機作用在其上部的垂直載荷和傾翻力矩、還有取料機作用在其中部的垂直載荷和水平載荷等等，根據這些載荷的大小和方向及中心柱的自重用有限元方法計算出中心柱的強度、剛度和穩定性，觀察應力的大小及變化情況，對應力不滿足的地方作局部結構的改變或材料的改變，最后使中心柱達到使用壽命要求，保證堆取料機良好地運轉。

5 制造要求

中心柱是整臺堆取料機的中心及關鍵部件，它主要是由上中柱及下底座組成。而上中柱又是由多節圓筒組成。故多節圓筒之間的垂直度及同軸度是中心柱的制造關鍵問題。筒節制造的特殊工藝，保證了上中柱同軸度和垂直度的要求，即每節圓筒的兩端加環型米字支承和工藝找正對中塊，用大立車同時加工筒皮坡口及工藝對中塊。通過工藝對中塊進行組裝，使多節圓筒的同軸度不大于1.5mm，同時也保證了垂直度。中心柱制造時其中的鋼板允許拼接，拼接焊縫為雙面60°倒坡口焊縫，坡口和兩端均須加工，兩個相鄰拼接焊縫要錯開，錯開距離不小于300毫米，拼接焊縫焊后必須進行100%超聲波探傷，檢驗標準要求達到GB11345-89中的BⅡ級。中心柱的主要焊縫焊接后也必須進行100%超聲波探傷，檢驗標準同上。上中柱及下部底座整體焊接后要進行低溫退火處理，消除焊接應力，然后再進行整體加工各個連接面。上中柱底面加工止口，與下底座上部加工面配合保證上、下中柱的同軸度。上中柱和下底座的整體加工保證了中心柱上平面平行于基礎水平面和中心柱的垂直，從而保證了整個堆取料機的制造安裝精度，使堆取料機能平穩地運轉。

結語

中心柱是連接堆料機和取料機的紐帶，它將堆料機和取料機連成一個整體。它既承載整個堆料機又支撐大部分取料機。中心柱設計制造質量的優劣直接影響堆取料機這種大型設備的使用性能和壽命長短。中心柱部件的設計研發為圓形混勻堆取料機具有混勻效果好、占地面積小、自動化程度高等很多優點起到了非常重要的作用。

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