圆形料场堆取料机中心柱设计的探讨

徐 丽 杨 韬

（北方重工集团有限公司装卸所，辽宁 沈阳 110027）

1 概述

在水泥、煤炭、钢铁等行业中，圆形料场堆取料机以其高均化比赢得了用户的青睐。圆形料场混匀堆取料机设备是由堆料机、取料机和中心柱三大部件组成的，中心柱是将堆料机和取料机连接成整体的关键部件。由于它的存在使圆形料场堆取料机具有结构紧凑、占地面积小、工艺先进、自动化程度高等优点。中心柱使圆形料场堆取料机这种设备实现特殊的堆、取料工艺从而获得很高的物料均化效果，是其它部件无法替代的。中心柱用来支撑堆料机和取料机，承受堆料机上的全部自重及载荷和取料机的大部分载荷，还有来自外部栈桥和罗锅胶带机的载荷，并可使堆料机和取料机同时或分别绕其旋转。可见中心柱的设计好坏对堆取料机的运转影响很大。本文通过多年的设计实践经验，对中心柱在设计及制造中的关键问题进行了分析探讨，为今后更好的设计奠定基础。

2 结构分析

中心柱主要是由上中柱和下部底座组成（如图所示）。

中心柱上部顶端焊有法兰用来安装回转支承承接堆料机，传递中心柱以上的堆料机的全部载荷和栈桥及罗锅胶带机的部分载荷，中心柱顶部中心部位设有集电环支座，用以支撑集电环装置。中心柱中部设有两个铰支座，铰支座上半部与取料机桥梁焊接，铰支座下半部焊接在环形梁上，桥梁可以通过铰支座上的铰轴在垂直面内作角度微量调整。桥梁通过此联接带动取料机其它部件绕中心柱旋转。中心柱中下部焊有箱式圈梁，圈梁上安装法兰及另一个回转支承，用来完成取料机绕中心柱的旋转和支撑。中心柱下半部由圆柱体或圆锥体和四个互成90°的支腿焊接组成，互成的90°空间用以完成下落物料，其中两个支腿之间圆柱体或圆锥体上焊有钢管使整机电源线穿入。中心柱四个支腿用地脚螺栓固定在环形混凝土基础上。中心柱内部设有人梯和扶手，用来安装电缆和维修设备。

3 整体设计

中心柱的总体高度是根据设备栈桥和基础接口标高及堆料机总高度确定的，中心柱上半部圆筒直径的大小是根据中部回转支承和下部回转支承的大小决定的，圆筒的壁厚是根据栈桥、罗锅胶带机及堆料机的载荷计算得来的，由于是薄壁圆筒又很高容易产生变形，因此圆筒内壁设有若干个横向和纵向加强筋，顶部的集电环支座通过止口保证集电环回转中心与中心柱同心，圆筒底部法兰下有加工止口与底座配合，使中心柱上下保证同轴度。中心柱中部铰支座上平面标高根据取料机桥梁高度来定，铰支座铰轴直径要满足取料机载荷要求。中心柱下半部底座上平面既要与回转支承联接又要与上中心柱底部法兰联接，设计时要考虑联接回转支承螺栓的扳手空间，要采用高强螺栓。底座中部采用圆柱体或圆锥体，与其联接的四个支腿底部采用箱形梁结构，支腿与基础的联接要满足载荷和土建接口要求，支腿上部斜面的位置要考虑到取料机刮板运转过程中是否与之刮碰。每个支腿底面设有螺母，用于安装调整螺栓来微量调整中心柱底面，保证中心柱底面水平。

4 载荷分析

中心柱所受载荷是复杂而多变的，在堆取料机运转过程中，堆料机与取料机相对位置不同，作用在中心柱上的载荷就不同。中心柱所受载荷有来自栈桥及罗锅胶带机的垂直载荷、有堆料机作用在其上部的垂直载荷和倾翻力矩、还有取料机作用在其中部的垂直载荷和水平载荷等等，根据这些载荷的大小和方向及中心柱的自重用有限元方法计算出中心柱的强度、刚度和稳定性，观察应力的大小及变化情况，对应力不满足的地方作局部结构的改变或材料的改变，最后使中心柱达到使用寿命要求，保证堆取料机良好地运转。

5 制造要求

中心柱是整台堆取料机的中心及关键部件，它主要是由上中柱及下底座组成。而上中柱又是由多节圆筒组成。故多节圆筒之间的垂直度及同轴度是中心柱的制造关键问题。筒节制造的特殊工艺，保证了上中柱同轴度和垂直度的要求，即每节圆筒的两端加环型米字支承和工艺找正对中块，用大立车同时加工筒皮坡口及工艺对中块。通过工艺对中块进行组装，使多节圆筒的同轴度不大于1.5mm，同时也保证了垂直度。中心柱制造时其中的钢板允许拼接，拼接焊缝为双面60°倒坡口焊缝，坡口和两端均须加工，两个相邻拼接焊缝要错开，错开距离不小于300毫米，拼接焊缝焊后必须进行100%超声波探伤，检验标准要求达到GB11345-89中的BⅡ级。中心柱的主要焊缝焊接后也必须进行100%超声波探伤，检验标准同上。上中柱及下部底座整体焊接后要进行低温退火处理，消除焊接应力，然后再进行整体加工各个连接面。上中柱底面加工止口，与下底座上部加工面配合保证上、下中柱的同轴度。上中柱和下底座的整体加工保证了中心柱上平面平行于基础水平面和中心柱的垂直，从而保证了整个堆取料机的制造安装精度，使堆取料机能平稳地运转。

结语

中心柱是连接堆料机和取料机的纽带，它将堆料机和取料机连成一个整体。它既承载整个堆料机又支撑大部分取料机。中心柱设计制造质量的优劣直接影响堆取料机这种大型设备的使用性能和寿命长短。中心柱部件的设计研发为圆形混匀堆取料机具有混匀效果好、占地面积小、自动化程度高等很多优点起到了非常重要的作用。

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