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大型取料机的结构有限元分析

发布于:2016-11-11 21:48
有限元分析

      斗轮堆取料机是从用于露天煤矿开采的斗轮挖掘机发展而来的散料连续搬运设备,从诞生至今己经有百年历史。它广泛应用于码头、矿山、电厂以及水泥厂等领域,用于矿石、煤炭、土方、石灰石和粮食等松散物料的连续搬运。   
      堆取料机设计标准目前有国际标准ISO 5049,欧洲标准FEM Section II、澳洲标准AS 4324.1以及各国根据国际标准制定的国家标准,我国目前实行的是JB/T 8849-2005标准。ISO 5049和FEM Section II在结构载荷计算方面的内容是一致的,而AS4324.1则针对澳洲当地矿山的使用条件在FEM Section II标准基础上参照德国DIN标准和英国BS标准重新进行了编写,要求更严格,规定更细致,目前仅应用于澳洲。
      各设计标准均要求对设备进行必要的结构计算,而有限元分析作为一门成熟的仿真技术,在当今散料设备结构计算领域的应用己非常广泛。结构工程师利用该技术对散料设备的结构强度、变形、屈曲以及固有模态等方面进行分析,校核设备倾覆稳定性和轮压,并为其他结构计算内容提供输入数据。在此基础上对结构设计进行优化和引导,己经产生了非常好的经济效益。
      本研究针对某超大型斗轮取料机进行结构有限元分析,叙述其主要思路和过程,提出注意事项。该斗轮取料机是由国内企业依据《FEM Section II移动式散料搬运设备设计规范》(以下简称《规范》)自主设计和制造,并出口马来西亚用于某矿业巨头的矿石中转码头项目。设备设计取料能力8000 t/h,回转半径50 m。本机采用钢丝绳卷扬的四连杆俯仰机构,回转机构采用台车形式。
      采用许用应力法,依据结构设计标准和设备技术协议确定结构计算工况和载荷,在I-DEASApp环境下建立结构有限元网格模型、施加载荷和约束并针对不同的工况进行组合,分析结构强度和变形,进行结构固有模态分析,根据输出数据进行结构屈曲分析和销轴计算,根据反力校核设备轮压和俯仰系统载荷。
      在结构有限元分析之前,必须依据结构设计标准和设备技术协议确定取料机的结构计算工况和载荷。本设备依据规范,计算工况通常都是在设计规范要求的基础上针对设备工艺进行合理假设,技术协议里面也会对需要特殊考虑的工况进行说明。
      自重载荷主要取决于设备的质量分布表,除了钢结构本身还应该涵盖斗轮、带式输送机、物料转载系统、司机室、电气室、配重、走台栏杆、驱动等机上设备的质量和质心分布。设备的质量分布表应该得到足够的重视,如果最终质量和用于结构计算的质量的误差大于5%,设备需要重新进行结构计算,可能会出现系列的问题。
      其他载荷,如正常和非正常物料载荷、积料载荷、正常和非正常挖掘阻力、胶带张紧力、工作和非工作风载荷、堵料载荷、斗轮停顿载荷、头部侧向碰撞载荷、缓冲器载荷和地震载荷都应当严格依据见规范的要求进行计算。
      结构载荷的计算参数和机械计算的参数应当是互相匹配的,结构计算载荷的大小通常与设备安全系统参数的设定有关,不得随意降低规范中强制要求的参数。这些载荷也应当用于设备的倾覆稳定性分析和机构分析,在这些分析初步完成的基础上进行结构分析会更有效率。


                                                                                  专业从事机械产品设计│有限元分析│强度分析│结构优化│技术服务与解决方案
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