【摘 要】橋架梁是混勻取料機中最主要的受力結(jié)構(gòu)件，本文用有限元軟件（ANSYS）對本人主持設計的QG1600.37S混勻雙向取料機中的橋架梁進行立體建模，并進行多種工作狀態(tài)的應力計算及分析，針對應力集中點，改進設計。從而確認了橋架梁設計的可行，認證了結(jié)構(gòu)的合理性。

【關(guān)鍵詞】橋架梁；有限元分析；應力測試；結(jié)構(gòu)論證

混勻雙向取料機，主要用于鋼鐵廠二次料場，與混勻堆料機配套使用。其構(gòu)成和工作原理見圖1。

1、計算軟件及計算對象

1.1有限元軟件

我們采用的是美國有限元軟件公司開發(fā)的ANSYS分析軟件，它具備比較完整的單元庫，能進行靜力、動力、屈曲、非線性等分析?，F(xiàn)已被廣泛使用于大型、較復雜的結(jié)構(gòu)件應力分析實踐中。以下就以橋架梁的建模計算為實例，說明強度計算的過程。

1.2計算依據(jù)

ISO5049-1（1994）《散貨連續(xù)裝卸機械設計規(guī)范》（1994版）

《歐州起重機械設計規(guī)范》（FEM）

1.3主要技術(shù)參數(shù)

設計取料能力：1600t/h，大車運行速度：工作速度2m/min 跑車速度20m/min

小車運行速度：11.21m/min兩端受力點垮距：37m橋架梁結(jié)構(gòu)型式：雙工字梁型式

橋架梁全長：43m橋架梁高度：2.8m橋架梁寬度：2.4m橋架梁材料：Q345

2、混勻取料機工況及載荷分析

2.1工況分析

混勻取料機在垮距37米的兩根軌道上來回往復作直線運動，橋架梁上承載了小車及小車驅(qū)動，斗輪及斗輪驅(qū)動等部件。橋架梁上也鋪有軌道，斗輪在軌道上旋轉(zhuǎn)取料并在軌道上

來回往復作橫向運動。其基本有以下幾種工況：

（1）混勻取料機僅考慮自重的空載工況

（2）混勻取料機正常取料時的工作工況+非風載

（3）混勻取料機正常取料時的工作工況+風載

（4）混勻取料機正常取料時的工作工況+風載+重載

（5）混勻取料機正常取料時的工作工況+暴風+重載

2.2載荷分析

根據(jù)ISO5049-1（1994）《散貨連續(xù)裝卸機械設計規(guī)范》，確定設計載荷條件如下：

（1）自重載荷

a.結(jié)構(gòu)自重通過輸入桿件質(zhì)量密度由程序自動計算，約57.7t。

b.小車及驅(qū)動裝置、斗輪及驅(qū)動裝置、料耙裝置、中間平臺，司機室等以集中質(zhì)量形式加在相應節(jié)點上，合計約111.6t。皮帶機重量均勻分布在相應節(jié)點上，約13.3t。

（2）工作載荷

斗輪正常挖掘力：2t 重載時的挖掘力：4t

（3）物料載荷

皮帶機上物料重量：1.7t/m

（4）水平載荷

慣性力：為行走慣性力，以慣性系數(shù)計入0.02

（5）風載荷

工作時：風速20m/s，風壓250kN/mm2；

非工作時：風速55m/s，風壓1890kN/mm2；

（6）地震載荷

地震級數(shù)：6級 加速度： 0.1g

3、有限元模型建立及計算

3.1計算節(jié)點，單元，截面

（1）計算模型有568個節(jié)點。（2）計算模型有693個單元。（3）計算模型有7種規(guī)格特性截面。

3.2計算載荷組合

根據(jù)以上載荷分析，載荷組合分為空載工況、工作工況、風載工作工況，非工作異常工況（暴風，地震等）四大類，強度計算與校核，重點是分析和考察風載工作工況和非工作異常工況。

（1）風載工作工況：斗輪旋轉(zhuǎn)取料工作，大車運行機構(gòu)處于起制動狀態(tài)，小車同時處于起制動狀態(tài)，起制動慣性力沿大車軌道方向。起制動慣性力沿斗輪行走于橋架梁方向。正面?zhèn)让婀ぷ黠L載組合

S1=λ（G+T+W+Px+Py）+Qa

（2）非工作異常工況：機器處于停機狀態(tài)。暴風+地震極端異常工況。

S2=G+T+Qb+Qc

式中λ→動載系數(shù)，1.1

G→自重

T→物料重量

W→斗輪挖掘力

Px→大車起制動貫性載荷

Py→小車起制動貫性載荷

Qa→工作風載（20m/s）沿大車軌道方向

Qb→暴風載荷（55m/s）沿大車軌道方向

Qc→地震載荷

3.3有限元應力圖顯示

ANSYS分析軟件提供了強大的作圖及計算能力，它可以與多數(shù)CAD制圖軟件接口，實現(xiàn)數(shù)據(jù)共亨和交換。其具有強大的后處理功能，可以非常直觀得到應力云圖、應力梯度圖、動態(tài)分析的動畫。

3.4校核

3.4.1許用應力校核

混勻堆取料機主結(jié)構(gòu)件均采用Q345牌號的鋼材。對于許用應力，板厚超過30mm時取下限。板厚小于16mm時許用應力可取高些，考慮到整個結(jié)構(gòu)件板厚不同，取其屈服極限[σ]=345MPa。根據(jù)設計規(guī)范，安全系數(shù)Ve取值：無風工作工況為1.5、有風工作工況為1.33、非工作工況為1.2。應力校核如下：

最大許用應力[σa]=345/1.5=230>154.8MPa

154.8MPa是最大風載工況下在橋架梁與行走機構(gòu)端梁聯(lián)處，應力圖顯示出的最大應力值，校核通過。

3.4.2位移量校核

受載后的變形位移反映了梁的剛性，根據(jù)設計規(guī)范，混均取料機工作級別較高，垮中最大變形位移應滿足下式要求：

最大許用變形位移量[y]=L/1000>y

37000/1000=37>20.8mm 校核計算通過

式中L→橋架梁垮距，37000mm

y→應力圖示的最大位移變形量，20.8mm

4、結(jié)論

通過有限元軟件計算結(jié)果，在風載工作工況下及非工作工況（考慮暴風，地震等因素），此橋架梁強度及剛度滿足各種工況要求。為了消除隱患，本人再次對橋架梁進行優(yōu)化設計，在與行走機構(gòu)端梁連接處的內(nèi)腔增加一層橫截面筋板，以分散受力點。改進后本設備在運行后結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，各項技術(shù)性能都達到設計要求。