斗轮堆取料机前拉杆优化设计的研究

李刚

【摘 要】斗轮堆取料机，前臂架一般由两根工字梁组成，由于斗轮近似在前臂架的一侧，造成两根拉杆受到的拉力不等，进而造成前臂架两侧不平而受扭。本文通过分析弹性模量表达式，找到改善方法，进而评估两种方法的优劣，为斗轮堆取料机前拉杆的设计，提供帮助。

【关键词】斗轮机；前拉杆；研究

【Abstract】The bucket wheel stacker and recliamers boom is made of two I-beams. Because of that the bucket is in one side of the front beam， and the rods bear different tension force， and the front beam will be un-balance. We analysis the formula of modulus of elasticity and search the method to modify the situation， then match the methods to help the bucket wheel stacker and reclaimers design.

【Key words】Stacker and reclaimer； Rod； Research

1 背景介绍

斗轮堆取料机是现代化工业大宗散装物料连续装卸的高效设备，目前已广泛应用于港口、码头、冶金、水泥、钢铁厂、焦化厂、储煤厂、发电厂等散料（矿石、煤、焦炭、砂石）存储料场的堆取作业[1]。斗轮堆取料机由斗轮机构、前臂架、前臂架带式输送机、上部结构、回转平台、门座、行走机构、回转机构、尾车、拉杆系统等部件和机构组成。斗轮堆取料机的前臂架一般由双工字梁通过回形筋板焊接而成，其长度一般在20～60m之间，在前臂架的头部有一质量为6～20t的斗轮机构，在靠近斗轮机构处两根拉杆通过销轴连接起前臂架，拉杆的另一端连接在立柱顶部，前臂架的尾部通过销轴与立柱下部相连，前臂架上面布置带式输送机用于物料的输送[2]。

图1 斗轮堆取料机

前臂架、斗轮机构、皮带机系统、物料等重力均由前臂架钢结构与前拉杆承受。前臂架与皮带机系统的载荷可以近似认为两侧工字梁均分，引起的前拉杆拉力是相等的。但是斗轮机构是布置在前臂架的一侧工字梁上，这一侧前拉杆承受的拉力也因为斗轮机构的偏心布置影响变大了。这样前臂架两侧工字梁受力不同，引起两侧前拉杆受力不同，前臂架的垂向变形不同，使前臂架处于一种受扭状态，造成两侧工字梁的回形筋受垂向载荷，因此我们有必要，采取措施，减小这种偏差引起的变形。

2 前拉杆受力分析

我们以一台太原的斗轮堆取料机为例，其前臂架工字梁结构的受力分析如图2、图3所示，我们取前臂架水平工况，其中GA代表前臂架及皮带机系统的自重、GB代表斗轮机构的自重。由于自重影响，斗轮侧和非斗轮侧的拉杆拉力分别为F1和F2，忽略拉杆自重产生的影响，计算拉杆受到的拉力及变形。

两侧的拉杆，其弹性模量：

当两根拉杆横截面积相同时，产生的变形与拉力成正比。两根拉杆受力不同，即F1≠F2的时候，两侧拉杆的伸长量不同，此时要使前臂架还能保持水平不受扭，可以有以下两种方法。

图2 前拉杆受力图

图3 有限元模型图

2.1 缩短斗轮侧拉杆长度

在拉杆横截面积相同的情况下，拉杆的伸长量与拉杆受到的拉力成正比。因此减少斗轮侧拉杆长度，可以达到目的：拉杆受力状态下，前臂架呈水平状态不受扭。减少的长度为：？驻l=？驻l1-？驻l2。太原斗轮机的参数为：拉杆设计长度l=21000mm，横截面积A=10000mm2，斗轮侧拉杆受到的拉力为：F1=480kN，非斗轮侧拉杆受到的拉力为：F2=400kN，钢材的弹性模量为：E=2.1e5N/mm2。

斗轮侧拉杆产生的变形量为：

有限元计算结果与公式计算结果非常接近（因为前臂架两侧工字梁中间有筋板相连，有一定的刚度）。要实现斗轮侧与非斗轮侧拉杆工作时候，前臂架水平不受扭，斗轮侧拉杆需要预先减少长度为？驻l=0.8mm，在有限元模型中，加入预应变：

？着=？驻l/l=0.8/21000

如图6所示。

图6 拉杆的实常数值设置

计算变形，水平变形结果如图7，垂直变形结果如图8所示。

图7 斗轮机前臂架变形图-水平

图8 斗轮机前臂架变形图-垂直

有限元计算结果显示，两侧拉杆受力后，变形基本一致。

2.2 增大斗轮侧拉杆横截面积

计算变形，水平变形结果如图9，垂直变形结果如图10所示。

图9 斗轮机前臂架变形图-水平

图10 斗轮机前臂架变形图-垂直

有限元计算结果显示，两侧拉杆受力后，变形基本一致。因此，通过增加斗轮侧前拉杆的横截面积，也可以使斗轮堆取料机前臂架水平而不发生扭曲。

3 结论

对于斗轮堆取料机前臂架，由于斗轮在前臂架的一侧，造成两侧拉杆受力不同，如果使用完全相同的两根拉杆，会造成前拉杆受拉变形量不同，进而造成前臂架不平而受扭。

本文提出的通过预先减短斗轮侧拉杆长度或者增加斗轮侧拉杆的横截面积，可以使前拉杆受拉变形后，前臂架的两侧工字梁近似处于同一平面，消除受扭情况。

两种处理方式都可以实现相同的效果，那么实际（下转第44页）（上接第10页）工程中，该选用哪种处理方式呢？我们需要进一步评估前拉杆的两种处理方式。

两根拉杆由于受力大小不同，采用第一种处理方式：预减少斗轮侧拉杆长度。可以通过调节拉杆连接板长度，处理简便。易实现。采用第二种处理方式：增大斗轮侧拉杆横截面积。可以实现两侧拉杆拉应力相同，即两侧拉杆，受力大的，横截面积大，有相同的安全系数，使拉杆受力更合理。材料的利用和设备安全性更好。因此，第一种方法简单，便捷；第二种方法偏安全，合理。

【参考文献】

[1]百度百科-斗轮堆取料机[OL].

[2]万正喜，丁宁.斗轮堆取料机前臂架受力分析及优化设计[J].起重运输机械，2013.

[3]材料力学（第五版）[M].

[责任编辑：王楠]