1、圆形料场堆取料机桥梁分析计算方法 张晓林张连梅刘强 北方重工设计研究院沈阳110141 摘要：圆形料场堆取料机桥梁跨度大、受力复杂，其强度、刚度计算是桥梁设计的重要问题。结合桥梁 设计实践，用传统材料力学法与有限元法分别对桥梁的计算进行了分析，可更好地为桥梁设计提供依据。 关键词：堆取料机；材料力学；有限元 中图分类号：U653928 5 文献标识码：A 文章编号：10010785(2014)11003403 Abstract：Bridge of the circular stacker and reelaimer is provided with large span and complic
2、ated load pressure，so its strength and rigidity calculation is an important matter for bridge designConsidering the bridge design practice，analysis is performed for bridge calculations by both traditional mechanics of materials and finite element method，providing basis for better design of the bridg
3、e Keywords：stacker and reclaimer；mechanics of materials；finite element 圆型料场堆取料机桥梁用来支撑堆取料机料 耙和刮板。桥梁全部是用钢板焊接成箱形载面， 根据取料机取料量不同，桥梁截面也不同。桥梁 沿长度方向布置有隔板和型钢作为桥梁的横向和 纵向加筋。桥梁一端分成两叉支撑在中柱外径上， 另一端固接在行走端梁上，在行走端梁拖动下绕 中柱圆周运动。桥梁一侧通过塔架和料耙行走梁 支撑着堆取料机料耙往复行走刮取物料，桥梁下 部吊挂着堆取料机刮板输送系统将物料取走。桥 梁与料耙系统和刮板系统共同完成取料作业。如 图1所示 1刮板系统
4、2桥梁3料耙4中柱5堆料机 图1 圆形料场堆取料机图 1力学模型 堆取料机桥梁除受自身重力外，其上部通过 塔架受吊挂料耙的拉力，下部一侧受料耙作用力， 桥梁下端用吊架吊挂着刮板系统，承受刮板系统 的均布重力，桥梁纵向有驱动料耙行走的液压缸 一34一 推力、刮板头部链条的驱动张力及刮板尾部拉紧 力。桥梁受力复杂，载荷大且多样，是典型的受 弯曲、拉压和扭转箱形截面梁。桥梁一端与中柱 铰接，计算时可以按铰支座处理，约束x、y、Z 三个方向的线位移。另一端固接在行走端梁，但 行走端梁下部是行走轮，因此计算时约束y、z两 个方向的线位移。 2材料力学方法 以 95 m圆形料场堆取料机桥梁为例，如图2 所
5、示。桥梁的初始参数为：桥梁跨度475 m，桥 梁载面为箱形，高28 m，宽2 m，翼缘板厚14 mm，腹板8 mm；桥梁加筋板横向是8 mm隔板， 纵向是8道10槽钢。 图2桥梁简化为简支梁力学模型 图2中，G为均布载荷，包括桥梁自重、桥梁 上平台栏杆重力及刮板系统重力，1 02128 kN： G 为头架、头部驱动轮及刮板驱动重力，16017 kN；G 为尾架和尾轮重，412 kN；G 为塔架重， 2541 kN；P 为塔架对桥梁水平作用力，2452 kN；M3为塔架对桥梁产生的扭矩，1 2532 kN 起重运输机械 2014(11) m；G4为控制室重力，30 kN；G 为液压系统重 力，3
6、5 kN；G 为料耙左端对桥梁垂直作用力， 14658 kN；P 为料耙左端对桥梁水平作用力， 18107 kN；M6为料耙左端对桥梁产生的扭矩， 2 8827 kNm；G 为料耙右端对桥梁垂直作用 力，97。456 kN；P 为料耙右端对桥梁水平作用 力，19521 kN；M7为料耙右端对桥梁产生的扭 矩，2 070 kNm；F 为头部链轮张力，1461 kN； 为尾部张紧力，5713 kN。 1)强度计算 用材料力学方法计算强度时桥梁简化成简支 梁，计算工况为料耙行走在桥梁中间，力学模型 见图1。表1列出了主要截面的弯曲应力和剪 应力 表1桥梁主要截面应力值 MPa A截面 B截面 C截面
7、 D截面 E截面 (左端 (左端料 (右端 (右端 支撑 耙作用 (桥梁 料耙作 支撑 中间点) 点) 点) 用点) 点) 弯曲 102 1052 956 应力 剪应 9 52 50 50 63 力 由垂直和水平载荷产生的桥梁危险截面弯曲 应力合成后为 =1052 MPa，由扭矩产生的桥梁 危险截面剪应力 =50 MPa，按第四强度理论校 核其应力值为1056 MPa。 2)刚度计算 桥梁中间最大挠度63 mm。 3 有限元法 有限元模型采用弹性壳单元Shell 63划分箱形 梁的翼缘板、腹板、隔板、筋板，纵向加筋肋的 角钢简化为Beam 188梁单元，塔架简化为Link 8 杆单元。桥梁与中
8、柱连接分又支撑处约束 、l，、 z三个方向的线位移，桥梁右端与行走端梁连接 处，由于端梁底下是行走车轮，因此约束Y、Z两 个方向的线位移。载荷按实际载荷作用点及载荷 值作用在相应位置。桥梁有限元模型见图3。 1)强度计算 利用Ansys软件，根据料耙作用的位置按三种 起重运输机械 2014(11) 图3取料机桥梁有限元力学模型 工况进行计算。工况1：料耙行走在最左端；工况 2：料耙行走在最右端；工况3：料耙行走在中间 位置。计算结果见表2。 表2各工况下桥梁各截面应力 MPa A截面 B载面 C载面 D载面 E载面 (左端 (左端料 (桥梁 (右端料 耙作 中间 耙作 (右端 支撑点) 支撑点
9、) 用点) 点) 用点) 工况1 1O35 114 1085 107 907 工况2 964 109 1016 111 865 工况3 1012 105 1056 106 83203 2)刚度计算 计算强度的同时可得到桥梁的变形，垂直方 向最大挠度68 mm，水平挠度8 mm。 4比较与结论 两种计算方法计算的最大强度应力值见表3。 表3两种计算方法计算的强度应力值MPa A 曰 C D E 材料力学方法 9 1024 1056 96 63 有限元法 1035 114 1O85 107 907 通过对桥梁结构的受力分析，对比材料力学 和有限元法的计算结果，在桥梁的计算上可以得 到以下结论。 1
10、)用简支梁模拟桥梁计算桥梁的力学模型是 合适的，可以在桥梁结构方案设计时应用。为简 化计算，可以不考虑扭矩产生的剪应力和刮板链 条张力的影响。 一 一 带式输送机滚筒用胀套的优化设计 邹元阳李伟 山东中烟工业有限责任公司青岛卷烟厂 青岛266000 摘要：以胀套的内弹性环为例进行胀套优化设计，首先通过参数设置、建立目标函数和满足约束条件等 步骤来建立z9型胀套的数学模型，然后运用Matlab对其进行优化设计，得 优化结果，为胀套的优化设计提供 依据。 关键词：带式输送机；胀套；优化设计；Matlab 中图分类号：TH222 文献标识码：A 文章编号：10010785(2014)1 100360
11、3 Abstract：The inner elastic ring of taperlock bushing is taken as an example to perform optimal designFirst of all， the Z9 taperlock bushing mathematical model is buih through parameter setting，establishment of target function，and meeting constraint conditions，and other steps；then optimal design is
12、 made using Matlab to get the optimal result，provi ding basis for further optimal design of the taperlock bushing Keywords：belt conveyer；taperlock bushing；optimal design；Matlab 带式输送机滚筒用胀套的优化设计是在给定 的载荷或环境条件下，在其几何尺寸或其他因素 的约束范围内，以其性能和经济性等为优化对象， 选择合适的设计变量，建立相应的目标函数和约 束条件，并使目标函数获得最优值的现代设计方 法J。本文以常用的z9型胀套
13、内弹性环为例进行 胀套优化设计，为胀套的优化设计提供一种新的 思路，使优化结果更加准确，以便更好地设计和 选用胀套 1 Z9型胀套内弹性环的优化设计分析 11设计变量及目标函数 如图1所示，选用胀套内弹性环大端半径r 、 小端半径rh、半锥角 为设计变量，记作X= 2 3 =r OLb OL 。 2 3 = L r J 。 以最小的质量和最紧凑的体积为最优目标， 编辑目标函数，内弹性环的体积 2)用简支梁模拟桥梁计算桥梁的强度存在如 下问题：无法反映扭矩的影响，无法计算桥梁支 撑处的合理支撑反力，因而无法得出桥梁对中柱 的合理作用力，支撑反力计算的问题，也间接影 响行走轮压计算。 3)用有限元
14、法计算桥梁可以得到桥梁沿跨度 各截面详细的应力分布，可以全面了解桥梁的受 力情况，为一些重要位置的设计提供了依据。 4)由于桥梁右端与行走端梁固接在一起，而 行走端梁通过行走轮支撑在轨道上，单独计算桥 梁时，右端约束的处理对计算桥梁整体是合理的， 但是对桥梁右端支撑处的计算结果不真实，较为 合理的有限元计算模型应该是对行走端梁与桥梁 一起建模，整体计算。 一36一 参考文献 1刘鸿文材料力学M北京：高等教育出版 社，2002 2颜云辉，谢里阳，韩清凯结构分析中的有限单元法 及其应用M沈阳：东北大学出版社，2000 3博嘉科技ANSYS融会与贯通M北京：中国水利 水电出版社，2002 作 者：张晓林 地 址：沈阳市张士开发区开发大路16号北方重工设计 研究院 邮 编：110141 收稿日期：20131213 起重运输机械 2014(11)
