3600t/h裝船機尾車結構強度分析

陳朵朵

【摘 要】本文以某3600t/h裝船機尾車結構為計算模型，根據歐洲起重機設計規范進行分析，采用有限元軟件ANSYS進行仿真，結合實際情況建立有限元模型，分別對不同的工況進行結構強度分析，為尾車結構設計提供參考。

【關鍵詞】裝船機尾車；金屬結構；載荷組合；ANSYS

【Abstract】Taking the metal structure of the 3600t/h tripper as the computation model，the paper utilizes the finite element analysis software ANSYS to simulate it according to F.E.M. The finite model of tripper has been established according to actual condition and the structure strength is analyzed according to different working situations， which can provide effective reference for structure design of tripper.

【Key words】Tripper； Metal structure； Combination load； ANSYS

0 前言

裝船機尾車是將位于地面的皮帶運輸機的物料輸送到裝船機的帶式皮帶機上，再經此皮帶機將物料堆送到懸臂前端，經溜筒裝入船艙。本文以3600t/h裝船機尾車為研究對象，對結構在工作風載荷及暴風工況下進行強度分析。

1 尾車結構形式

裝船機尾車主要由前門框結構，后門框結構，皮帶機架及撐桿結構等。裝船機帶動尾車運動，把位于地面皮帶機上的物料輸送到裝船機上。

2 裝船機尾車載荷

2.1 質量載荷（G）

即尾車的自重，包括金屬結構、撐桿系統、電氣設備、頭部漏斗、卷筒等。

2.2 臺車慣性載荷（Kr）

根據FEM規范，臺車起制動時引起的臺車方向慣性力取：

Kr=1.5max

式中：ax—臺車制動加速度；

m—尾車的質量。

2.3 風載荷（W）

工作狀態最大風速：vi=20m/s，非工作狀態最大風速：vo=55m/s；

工作狀態風載：Wi=Cf qiA，非工作狀態風載：Wo=Cf qoA。

式中：Cf—風力系數；

A—有效迎風面積；

q—風壓，q=0.613v2。

兩者的方向都分為沿著軌道方向和垂直軌道方向。

2.4 大車偏斜運行側向力（S）

當兩車輪沿一根軌道偏斜行走時，應考慮垂直于軌道的水平力所形成的力偶。

式中：？姿—系數，取決于跨距與基距之比；

P—尾機單側最大輪壓和，本計算中以尾車一半重代入。

2.5 皮帶機張緊力（F）

裝船機尾車上的皮帶機張緊力是通過各個滾筒作用在金屬結構上的，在整個皮帶機上，張緊力的合力為0，但計算時必須考慮，工作工況以皮帶機滿載為計算工況，非工作工況以皮帶機空載為計算工況。

2.6 載荷系數

按FEM規范，整機工作級別A7？圯增大系數？酌c=1.1。

3 建立模型

3.1 模型的單元類型

本次計算運用有限元軟件ANSYS進行建模分析，建模時采用了3 種單元類型。梁單元Beam 44：主要是用來模擬前后門框結構，皮帶機機架等；管單元Pipe 16：主要是用來模擬撐桿系統；質量點單元Mass 21：主要是用來模擬電器房、卷筒等。

3.2 邊界條件

根據實際，在尾車大車運行機構支撐輪位置施加約束，支撐輪所在部位簡化節點見圖1。由于跨距和基距較大，為更符合實際情況，在沿軌道方向和垂直于軌道方向均一點被約束，一點釋放。故A、B、C、D四點約束情況如表1。

圖1 約束簡圖

表1 支撐輪約束情況

注：1.約束，0.自由.

3.3 加載

本文的裝船機尾車工況分為有風工作工況和暴風非工作工況。各種工況下的載荷分別如下：

有風工作工況的載荷組合：？姿c×（G+Kr+S+F）+Wi；

暴風非工作工況的載荷組合：G+F+W。

4 計算結果及分析

4.1 許用應力

4.2 強度結果分析

在有風工作工況時，最大應力出現在后門框橫梁中間位置，應力云圖見圖2。

在暴風非工作工況時，應力云圖見3：

圖3 非工作工況下的應力云圖

5 結論

實踐證明，利用大型有限元分析軟件，對大型設備，尤其是結構復雜的設備進行分析不僅是一種可靠的計算方法，而且對產品的設計也具有重要的指導意義。結構分析可以找出不合理的地方，給設計提出更準確的修改意見，更科學有效地進行結構優化。

【參考文獻】

[1]陳瑋璋.起重機金屬結構[M].北京：人民交通出版社，1986.

[2]潘鐘林，譯.歐洲起重機設計規范[M].上海：上海振華港口機械公司，1998.

[3]李濤.3000t/h裝船機尾車結構強度分析[M].科技信息，2012.

[4]李斌，王悅民.大型港口裝船機結構載荷組合及計算[M].起重運輸機械，2009.

[責任編輯：王楠]