3600t/h装船机尾车结构强度分析

陈朵朵

【摘 要】本文以某3600t/h装船机尾车结构为计算模型，根据欧洲起重机设计规范进行分析，采用有限元软件ANSYS进行仿真，结合实际情况建立有限元模型，分别对不同的工况进行结构强度分析，为尾车结构设计提供参考。

【关键词】装船机尾车；金属结构；载荷组合；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

装船机尾车是将位于地面的皮带运输机的物料输送到装船机的带式皮带机上，再经此皮带机将物料堆送到悬臂前端，经溜筒装入船舱。本文以3600t/h装船机尾车为研究对象，对结构在工作风载荷及暴风工况下进行强度分析。

1 尾车结构形式

装船机尾车主要由前门框结构，后门框结构，皮带机架及撑杆结构等。装船机带动尾车运动，把位于地面皮带机上的物料输送到装船机上。

2 装船机尾车载荷

2.1 质量载荷（G）

即尾车的自重，包括金属结构、撑杆系统、电气设备、头部漏斗、卷筒等。

2.2 台车惯性载荷（Kr）

根据FEM规范，台车起制动时引起的台车方向惯性力取：

Kr=1.5max

式中：ax—台车制动加速度；

m—尾车的质量。

2.3 风载荷（W）

工作状态最大风速：vi=20m/s，非工作状态最大风速：vo=55m/s；

工作状态风载：Wi=Cf qiA，非工作状态风载：Wo=Cf qoA。

式中：Cf—风力系数；

A—有效迎风面积；

q—风压，q=0.613v2。

两者的方向都分为沿着轨道方向和垂直轨道方向。

2.4 大车偏斜运行侧向力（S）

当两车轮沿一根轨道偏斜行走时，应考虑垂直于轨道的水平力所形成的力偶。

式中：？姿—系数，取决于跨距与基距之比；

P—尾机单侧最大轮压和，本计算中以尾车一半重代入。

2.5 皮带机张紧力（F）

装船机尾车上的皮带机张紧力是通过各个滚筒作用在金属结构上的，在整个皮带机上，张紧力的合力为0，但计算时必须考虑，工作工况以皮带机满载为计算工况，非工作工况以皮带机空载为计算工况。

2.6 载荷系数

按FEM规范，整机工作级别A7？圯增大系数？酌c=1.1。

3 建立模型

3.1 模型的单元类型

本次计算运用有限元软件ANSYS进行建模分析，建模时采用了3 种单元类型。梁单元Beam 44：主要是用来模拟前后门框结构，皮带机机架等；管单元Pipe 16：主要是用来模拟撑杆系统；质量点单元Mass 21：主要是用来模拟电器房、卷筒等。

3.2 边界条件

根据实际，在尾车大车运行机构支撑轮位置施加约束，支撑轮所在部位简化节点见图1。由于跨距和基距较大，为更符合实际情况，在沿轨道方向和垂直于轨道方向均一点被约束，一点释放。故A、B、C、D四点约束情况如表1。

图1 约束简图

表1 支撑轮约束情况

注：1.约束，0.自由.

3.3 加载

本文的装船机尾车工况分为有风工作工况和暴风非工作工况。各种工况下的载荷分别如下：

有风工作工况的载荷组合：？姿c×（G+Kr+S+F）+Wi；

暴风非工作工况的载荷组合：G+F+W。

4 计算结果及分析

4.1 许用应力

4.2 强度结果分析

在有风工作工况时，最大应力出现在后门框横梁中间位置，应力云图见图2。

在暴风非工作工况时，应力云图见3：

图3 非工作工况下的应力云图

5 结论

实践证明，利用大型有限元分析软件，对大型设备，尤其是结构复杂的设备进行分析不仅是一种可靠的计算方法，而且对产品的设计也具有重要的指导意义。结构分析可以找出不合理的地方，给设计提出更准确的修改意见，更科学有效地进行结构优化。

【参考文献】

[1]陈玮璋.起重机金属结构[M].北京：人民交通出版社，1986.

[2]潘钟林，译.欧洲起重机设计规范[M].上海：上海振华港口机械公司，1998.

[3]李涛.3000t/h装船机尾车结构强度分析[M].科技信息，2012.

[4]李斌，王悦民.大型港口装船机结构载荷组合及计算[M].起重运输机械，2009.

[责任编辑：王楠]