1600t/h桥式抓斗卸船机结构强度分析

葛宁晔

摘 要：桥式抓斗卸船机的结构强度对其安全性能有着较大影响，进而关系到码头的正常运转，因此对于桥式抓斗卸船机的结构强度进行深入研究。文章在对于桥式抓斗卸船机的结构及工作原理深入分析的基础上，以1600t/h桥式抓斗卸船机为例进行了结构强度的分析，包括载荷组合以及应力数据采集两方面，并进行仿真与实验研究，为桥式抓斗卸船机的实际设计及应用奠定理论基础。

关键词：桥式；抓斗；卸船机；结构；强度

中图分类号：U653.92 文献标识码：A 文章编号：1671-2064（2017）06-0081-01

依据《起重机械定期检验规则》，对于应用环境条件较为恶劣的地区，需开展桥式抓斗卸船机的安全性能评估及检验。其中，应力测试技术作为一种安全评估的关键性技术，需依据使用工况下的动应力测试进行安全性能分析。为桥式抓斗卸船机的设计及应用提供理论基础，为工艺设计提供参考。

1 桥式抓斗卸船机结构与工作原理

桥式抓斗卸船机用于船舱至码头的固态散状货物运输或电厂输煤系统中完成煤的卸载、分配输送等工作。卸船机主要机构组成包括：起升、开闭机构、大车行走机构、钢丝绳系统、俯仰机构、料斗、皮带机、卸料溜槽、喷水除尘系统以及电气系统、润滑装置等。桥式抓斗卸船机的主要结构组成包括：前、后大梁，梯形架，海、陆侧门框，海、陆侧横梁，拉杆和联系横梁等。在卸船机处于工作状态时，前大梁水平并抓取货物，在小车的运输作用下，物料有抓斗，通过漏斗到达地面皮带机，完成卸船作业；卸船机在非工作状态时，前大梁处于抬起位置，由安全钩固定于梯形架，小车锚定停车。

2 桥式抓斗卸船机结构强度分析

2.1 载荷组合

卸船机的载荷分为固定载荷DL、移动载荷ML、惯性载荷IAT、风荷载WL、侧向荷载SK等，工作工况是小车锚的运行动力由钢丝绳传递。其中，固定载荷即设备自重；移动载荷主要为移动小车及物料自重，惯性载荷包括大车及小车惯性力；风载荷包括工作与非工作状态风载荷；侧向载荷包括大车与小车侧向载荷两部分。

在无风工作状态下，

载有风工作状态下，

在暴风非工作状态下，

在特殊工况状态下，DL+TL+LL+ML+EQ+OWL

2.2 应力数据采集

考虑到桥式抓斗卸船机的应力涵盖了动应力（工作载荷产生）以及静应力（自重载荷产生）两方面，多采用有限元分析软件ANSYS进行卸船机的建模研究，在分析过程中，需首先确定动应力以及静应力的测点，在此基础上，模拟不同的工作工况，并采用应变电测法进行动静应力的实时记录。

静应力有限元计算分析：静应力有限元计算分析建立在对桥式抓斗卸船机结构特点充分研究的基础上进行，有限元分析优先选用梁单元建模法，依据实际计算需要，进行结构的单元剖分，建立几何模型见。在计算模型中需进行数据的预处理，滤除外界应力对于时间历程的影响，并取随机应力值的极差作为无效幅值的取舍基准，采用雨流计数法对于结构波动性应力进行统计分析处理，并采用Goodman疲劳经验公式进行转换，代入应力均值以及幅值。

3 仿真与实验

在计算几何模型建立完成之后进行系統整体化仿真与实验研究，首先需依据卸船机额定载荷要求，确定应力测试的试验载荷，并由实际测试要求，合理安排应力测试工况，本次仿真与实验研究测试工况及基本参数介绍如下：

选用待测桥式抓斗卸船机其自重为1150吨，结构材料选用Q345C，弹性模量为，生产率为1600t/h，动载系数与冲击载荷系数分别为1.2及1.6，正常工作状态与非工作状态时的风速分别为20以及45米每秒，不同工况条件下安全系数以及许用应力：无风工作工况（安全系数1.5、许用应力230MPa）、有风工作工况（安全系数1.33、许用应力260MPa）、暴风非工作工况（安全系数1.1、许用应力314MPa）。

在利用ANSYS进行建模分析计算过程中，依据结构及受力情况选用三类建模单元，包括梁单元BEAM（箱形梁结构的模拟）、圆管单元PIPE（圆管结构的模拟）、质量点单元MASS（集中载荷组件的模拟如滑轮组以及机器房等）。模型中载荷的施加通过伪密度的调节进行真实自重载荷的模拟，风载荷以及惯性载荷采用创建载荷文件的形式添加，卸船机结构中接触关系的分析简化为主结构的移动载荷。本测试工况分为：系统调零、试验载荷的抓取及输送、系统回零检测零点漂移情况等。考虑到不同设备体积及外形的差异，需有区别地选取抓料点，确定小车行程，分别设定在距料斗中心0m、20m、25m、30m处，全程记录各测点的动载应力-时间数据。

4 结语

桥式抓斗卸船机设备的安全性能直接关系到码头正常工作的开展，卸船机的安全故障的产生，将对于泊位装卸工艺系统产生连锁型破坏作用，造成较大的经济损失。对于桥式抓斗卸船机的安全性能检测十分必要，需依据实际应用环境工况结合自身结构，建立合适的计算几何模型，结合ANSYS有限元分析法，进行仿真与实验研究，以促进桥式抓斗卸船机设备安全性能的不断升级及优化。

参考文献

[1]徐格宁.机械装备金属结构设计[M].北京：机械工业出版社，2009.

[2]GB/T 3811—2008起重机设计规范[S].

[3]王新敏.ANSYS工程结构数值分析[M].北京：人民交通出版社，2007.