大型圓形堆取料機(jī)中心柱設(shè)計(jì)

胡建軍 陶瑛 張超

中材建設(shè)有限公司（100176）

大型圓形堆取料機(jī)中心柱設(shè)計(jì)

胡建軍 陶瑛 張超

中材建設(shè)有限公司（100176）

首先介紹了大型圓形堆取料機(jī)中心柱的結(jié)構(gòu)，然后利用有限元軟件對中心柱進(jìn)行模擬研究，保證中心柱系統(tǒng)支撐穩(wěn)固，變形合理可控。

中心柱；圓形堆取料機(jī)；模擬計(jì)算

圓形堆取料機(jī)具有結(jié)構(gòu)緊湊，占地面積小，廠房、基礎(chǔ)等一次性投資低的優(yōu)勢。圓柱堆取料機(jī)按照功能分為三大部分：堆料機(jī)、取料機(jī)和中心柱。中心柱是其中非常重要的結(jié)構(gòu)單元。上部支撐著來料膠帶機(jī),并把物料導(dǎo)入懸臂膠帶機(jī)的導(dǎo)料槽內(nèi)；中部支撐著整個(gè)懸臂堆料系統(tǒng)，并通過中柱的回轉(zhuǎn)帶動(dòng)堆料機(jī)進(jìn)行堆料作業(yè)。取料機(jī)主梁一端鉸接在中心柱下部的回轉(zhuǎn)軸承上，并圍繞回轉(zhuǎn)軸承進(jìn)行回轉(zhuǎn)動(dòng)作。最下面是中心料槽,中心料槽將取料機(jī)刮板刮取來的物料流入后,導(dǎo)入到出料膠帶機(jī)。

1 中心柱結(jié)構(gòu)介紹

中心柱系統(tǒng)分為四個(gè)部分：上部回轉(zhuǎn)、中部傳動(dòng)、下部支撐和中心料槽。

1）上部回轉(zhuǎn)

上部回轉(zhuǎn)部分最上面是滑動(dòng)支撐座，用于支撐來料膠帶機(jī)及其鋼結(jié)構(gòu)，這種支座只承受垂直載荷，可有效避免結(jié)構(gòu)變形導(dǎo)致的水平巨大推力。中間部位配備回轉(zhuǎn)軸承，用于保持滑動(dòng)支座不動(dòng)，而下部結(jié)構(gòu)隨堆料機(jī)一起回轉(zhuǎn)。下部是門式鋼結(jié)構(gòu)，用來和中部傳動(dòng)單元連接。

2）中部傳動(dòng)

懸臂堆料系統(tǒng)通過鉸支座固定在中心傳動(dòng)結(jié)構(gòu)部件上。中心傳動(dòng)部分配有大型傳動(dòng)回轉(zhuǎn)軸承，軸承外圈是大齒圈。雙驅(qū)動(dòng)減速電機(jī)輸出軸端配有小齒輪，通過齒輪傳動(dòng)，驅(qū)動(dòng)懸臂堆料機(jī)的回轉(zhuǎn)動(dòng)作。液壓缸一端支撐在堆料機(jī)懸臂梁上，下部鉸接在結(jié)構(gòu)上，驅(qū)動(dòng)懸臂堆料機(jī)的仰俯動(dòng)作。

3）下部支撐

下部支撐部分不但支撐上面?zhèn)鬟f下來的壓力，還要承擔(dān)取料機(jī)的部分重量，是受力最大的部件單元。下部支撐部分采用圓筒形設(shè)計(jì)，內(nèi)徑有橫向和縱向加強(qiáng)筋，底部基座是十字形式的支撐箱梁，用螺栓固定在土建基礎(chǔ)上。

4）中心料槽

中心料槽部分位于結(jié)構(gòu)最下面，基本都在地坑中,用于把取料機(jī)刮取來的物料導(dǎo)入到出料膠帶上。料槽表面鋪設(shè)有12 mm的不銹鋼耐磨層，既保證料槽的長使用壽命，又利于物料順利流入，避免堵料。

中心柱整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)如圖1所示。

圖1 中心柱結(jié)構(gòu)圖

圖2 中心柱有限元模型

2 中心柱有限元模擬計(jì)算及結(jié)果分析

2.1 模型的建立

模型見圖2，模型簡化原則及計(jì)算說明：

建模時(shí)不計(jì)焊縫體積；

焊縫的質(zhì)量為理想狀態(tài)；

忽略不重要區(qū)域的小孔及小尺寸結(jié)構(gòu)；

忽略工藝結(jié)構(gòu)；

此計(jì)算為靜態(tài)載荷狀態(tài)下線性計(jì)算；

計(jì)算結(jié)果不含焊縫的殘余應(yīng)力。

中心柱材質(zhì)全部選用Q345-B鋼板，材料厚度小于16 mm時(shí)，屈服強(qiáng)度為345 MPa；當(dāng)厚度為16～40 mm時(shí)，屈服強(qiáng)度為325 MPa。

2.2 邊界條件

約束：中柱底部基座四個(gè)底面固定。

載荷：自重，來料膠帶機(jī)、堆料機(jī)和取料機(jī)對其的壓力等。

2.3 計(jì)算結(jié)果

模擬結(jié)果見圖3和圖4。模擬結(jié)果顯示：

最大綜合變形量約為36 mm；

最大等效應(yīng)力為498 MPa，應(yīng)力偏大。

圖3 中心柱變形情況

圖4 中心柱應(yīng)力分布

圖5為局部應(yīng)力放大圖。模擬結(jié)果顯示，中心柱最下面十字支撐梁的加強(qiáng)立筋應(yīng)力過大。原因是由于水平載荷引起的彎矩和豎直載荷都很大，而且對部件共同作用。根據(jù)上述結(jié)果進(jìn)行了結(jié)構(gòu)改進(jìn)：將應(yīng)力最大處的豎直鋼板（共4處）高度加高，端部長度伸出100 mm，并將相連的兩鋼板（共4處）的厚度由20 mm增加到30 mm,見圖6。

圖5 中心柱最大應(yīng)力處

圖6 中心柱改進(jìn)方案

改進(jìn)后重新計(jì)算結(jié)果：

最大綜合變形量約為35 mm；

最大等效應(yīng)力為228 MPa，安全系數(shù)為325/ 228=1.43，安全。

綜上所述，經(jīng)過結(jié)構(gòu)改進(jìn)后，中心柱結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度和剛度滿足要求。

3 結(jié)語

利用ANSYS軟件對圓形堆取料機(jī)的中心柱進(jìn)行模擬研究，建立了近似模型。通過計(jì)算模擬，改進(jìn)了結(jié)構(gòu)，保證了整個(gè)中心柱系統(tǒng)的穩(wěn)定性。