陳朵朵

【摘 要】本文以某3600t/h裝船機(jī)尾車結(jié)構(gòu)為計(jì)算模型，根據(jù)歐洲起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范進(jìn)行分析，采用有限元軟件ANSYS進(jìn)行仿真，結(jié)合實(shí)際情況建立有限元模型，分別對(duì)不同的工況進(jìn)行結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析，為尾車結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供參考。

【關(guān)鍵詞】裝船機(jī)尾車；金屬結(jié)構(gòu)；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(jī)尾車是將位于地面的皮帶運(yùn)輸機(jī)的物料輸送到裝船機(jī)的帶式皮帶機(jī)上，再經(jīng)此皮帶機(jī)將物料堆送到懸臂前端，經(jīng)溜筒裝入船艙。本文以3600t/h裝船機(jī)尾車為研究對(duì)象，對(duì)結(jié)構(gòu)在工作風(fēng)載荷及暴風(fēng)工況下進(jìn)行強(qiáng)度分析。

1 尾車結(jié)構(gòu)形式

裝船機(jī)尾車主要由前門框結(jié)構(gòu)，后門框結(jié)構(gòu)，皮帶機(jī)架及撐桿結(jié)構(gòu)等。裝船機(jī)帶動(dòng)尾車運(yùn)動(dòng)，把位于地面皮帶機(jī)上的物料輸送到裝船機(jī)上。

2 裝船機(jī)尾車載荷

2.1 質(zhì)量載荷（G）

即尾車的自重，包括金屬結(jié)構(gòu)、撐桿系統(tǒng)、電氣設(shè)備、頭部漏斗、卷筒等。

2.2 臺(tái)車慣性載荷（Kr）

根據(jù)FEM規(guī)范，臺(tái)車起制動(dòng)時(shí)引起的臺(tái)車方向慣性力?。?/p>

Kr=1.5max

式中：ax—臺(tái)車制動(dòng)加速度；

m—尾車的質(zhì)量。

2.3 風(fēng)載荷（W）

工作狀態(tài)最大風(fēng)速：vi=20m/s，非工作狀態(tài)最大風(fēng)速：vo=55m/s；

工作狀態(tài)風(fēng)載：Wi=Cf qiA，非工作狀態(tài)風(fēng)載：Wo=Cf qoA。

式中：Cf—風(fēng)力系數(shù)；

A—有效迎風(fēng)面積；

q—風(fēng)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(yùn)行側(cè)向力（S）

當(dāng)兩車輪沿一根軌道偏斜行走時(shí)，應(yīng)考慮垂直于軌道的水平力所形成的力偶。

式中：？姿—系數(shù)，取決于跨距與基距之比；

P—尾機(jī)單側(cè)最大輪壓和，本計(jì)算中以尾車一半重代入。

2.5 皮帶機(jī)張緊力（F）

裝船機(jī)尾車上的皮帶機(jī)張緊力是通過各個(gè)滾筒作用在金屬結(jié)構(gòu)上的，在整個(gè)皮帶機(jī)上，張緊力的合力為0，但計(jì)算時(shí)必須考慮，工作工況以皮帶機(jī)滿載為計(jì)算工況，非工作工況以皮帶機(jī)空載為計(jì)算工況。

2.6 載荷系數(shù)

按FEM規(guī)范，整機(jī)工作級(jí)別A7？圯增大系數(shù)？酌c=1.1。

3 建立模型

3.1 模型的單元類型

本次計(jì)算運(yùn)用有限元軟件ANSYS進(jìn)行建模分析，建模時(shí)采用了3 種單元類型。梁?jiǎn)卧狟eam 44：主要是用來模擬前后門框結(jié)構(gòu)，皮帶機(jī)機(jī)架等；管單元Pipe 16：主要是用來模擬撐桿系統(tǒng)；質(zhì)量點(diǎn)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(jù)實(shí)際，在尾車大車運(yùn)行機(jī)構(gòu)支撐輪位置施加約束，支撐輪所在部位簡(jiǎn)化節(jié)點(diǎn)見圖1。由于跨距和基距較大，為更符合實(shí)際情況，在沿軌道方向和垂直于軌道方向均一點(diǎn)被約束，一點(diǎn)釋放。故A、B、C、D四點(diǎn)約束情況如表1。

圖1 約束簡(jiǎn)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(jī)尾車工況分為有風(fēng)工作工況和暴風(fēng)非工作工況。各種工況下的載荷分別如下：

有風(fēng)工作工況的載荷組合：？姿c×（G+Kr+S+F）+Wi；

暴風(fēng)非工作工況的載荷組合：G+F+W。

4 計(jì)算結(jié)果及分析

4.1 許用應(yīng)力

4.2 強(qiáng)度結(jié)果分析

在有風(fēng)工作工況時(shí)，最大應(yīng)力出現(xiàn)在后門框橫梁中間位置，應(yīng)力云圖見圖2。

在暴風(fēng)非工作工況時(shí)，應(yīng)力云圖見3：

圖3 非工作工況下的應(yīng)力云圖

5 結(jié)論

實(shí)踐證明，利用大型有限元分析軟件，對(duì)大型設(shè)備，尤其是結(jié)構(gòu)復(fù)雜的設(shè)備進(jìn)行分析不僅是一種可靠的計(jì)算方法，而且對(duì)產(chǎn)品的設(shè)計(jì)也具有重要的指導(dǎo)意義。結(jié)構(gòu)分析可以找出不合理的地方，給設(shè)計(jì)提出更準(zhǔn)確的修改意見，更科學(xué)有效地進(jìn)行結(jié)構(gòu)優(yōu)化。

【參考文獻(xiàn)】

[1]陳瑋璋.起重機(jī)金屬結(jié)構(gòu)[M].北京：人民交通出版社，1986.

[2]潘鐘林，譯.歐洲起重機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范[M].上海：上海振華港口機(jī)械公司，1998.

[3]李濤.3000t/h裝船機(jī)尾車結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析[M].科技信息，2012.

[4]李斌，王悅民.大型港口裝船機(jī)結(jié)構(gòu)載荷組合及計(jì)算[M].起重運(yùn)輸機(jī)械，2009.

[責(zé)任編輯：王楠]