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摘要：现如今，我国的综合国力在不断的加强，社会在不断的进步，斗轮堆取料机是一种应用于散料堆取中的大型成套设备，其活跃于港口码头、发电厂以及矿山等地，并发挥出了极为重要的作用。随着技术的进步以及经济的发展斗轮堆取料机的需求及应用范围也在不断地扩大，为满足这一需求及适应各种应用环境，斗轮堆取料机正在向着大型化、自动化以及系列化的方向发展。传统的斗轮堆取料机前臂架由于结构形式导致前臂架的变形和局部应力都较大，从而对斗轮堆取料机的正常使用造成了极大的安全隐患。本文在分析斗轮堆取料机前臂架结构受力分析的基础上提出了一种新的斗轮堆取料机前臂架结构形式，以满足越来越大型化的斗轮堆取料机的安全需求。
关键词：斗轮堆取料机；前臂架；结构优化；受力分析
引言
斗轮堆取料机是一种广泛应用于港口、电力、煤炭、冶金等行业的大型散料输送设备，按功能可分为斗轮堆料机、斗轮取料机和斗轮堆取料机。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、回转机构和尾车等部件和机构组成。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20～50m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联接拉起前臂架，前臂架的尾部通过销轴与立柱相连，前臂架上面布置带式输送机用于物料的输送，带式输送机的宽度一般在1～3m之间。从上面的分析可以看出，前臂架结构尺寸较大，在满足强度的同时需要满足使用刚度要求，并且在设计的时候主要考虑刚度问题。目前主要使用的前臂架，经有限元计算，结合现场使用情况来看，出现局部应力过大及刚度不足的问题。为此，本文对传统的前臂架进行了结构和受力分析，找出其应力和变形过大的原因，在此基础上提出了解决方案。
1传统斗轮堆取料机前臂架结构受力分析
在传统的斗轮堆取料机前臂架结构形式中存在着应力和变形过大的问题，从而导致斗轮堆取料机前臂架存在着局部刚性较差的问题，从而对斗轮堆取料机的正常使用造成了较大的安全隐患。在传统的斗轮堆取料机前臂架结构形式中主要采用的有桁架和梁柱两种结构形式，其中桁架结构多数采用的是型材和钢板焊接的形式，桁架结构所采用的这一形式具有良好的受力，且斗轮堆取料机前臂架头部不会存在积料的缺陷，但是采用桁架的结构形式将会带来极大的焊接工作量，且如在焊接过程中未能做好质量把控致使焊接的过程中斗轮堆取料机前臂架中的某一处存在焊接缺陷将会导致斗轮堆取料机前臂架存在重大的安全隐患。现今的斗轮堆取料机前臂架中主流采用的是梁柱结构形式的斗轮堆取料机前臂架，其主体主要采用的是双工字梁通过回型钢筋板焊接而成的，在对其进行加工的过程中需要将腹板平行下料采用此种方式制作的斗轮堆取料机前臂架具有制作方便、结构合理运输方便等的特点。斗轮堆取料机前臂架在运行的过程中会受到斗轮堆取料机头部斗轮的重量以及斗轮在运行过程中所受到的挖掘力、拉杆的拉力以及前臂架自身机构上各部件自身的重力等力的作用。在斗轮堆取料机工作的过程中斗轮堆取料机前臂架会因所受到的力而产生变形，通过对斗轮堆取料机前臂架的变形趋势进行研究分析后发现，在斗轮堆取料机前臂架的变形中斗轮堆取料机头部斗轮部分的变形量最大，造成这一现象的主要原因是斗轮堆取料机前臂架自身以及斗轮堆取料机前臂架上各部件所承受的载荷所造成的。
2斗轮堆取料机前臂架结构缺陷分析
1）分析斗轮堆取料机前臂架的受力情况，能够发现受力较大的状况容易出现在斗轮堆取料机前臂架的拉杆铰接点位置，应力集中的现象由此而出现，严重影响了斗轮堆取料机的正常使用，威胁工作人员的生产安全。可以将拉杆拉力分解为水平方向的力和垂直方向的力，斗轮堆取料机前臂架拉绞杆位置的巨大水平力，是由于拉杆的水平分力和拉绞杆位置的水平力叠加产生的。应力值的获取需要在受力分析的过程中采用有限元的方法，从而确定斗轮堆取料机前臂架拉绞杆位置的应力值较大。在斗轮堆取料机前臂架运行时，斗轮堆取料机前臂架拉绞杆位置受力会随着斗轮堆取料机前臂架的运动而产生变化。有效控制斗轮堆取料机前臂架的疲劳强度，是保障斗轮堆取料机有效运转的关键。在斗轮堆取料机前臂架上，会焊接斗轮堆取料机的铰座，斗轮堆取料机的运行状况也会受到铰座的影响。斗轮堆取料机前臂架部件的载荷以及自重，是斗轮堆取料机前臂架运行中受到的主要作用力，所以变形状况也会发生在斗轮堆取料机前臂架中，这就要求斗轮堆取料机前臂架必须提升其刚度，从而保障斗轮堆取料机前臂架的安全稳定运行，这也是保障整个斗轮堆取料机运行高效性与安全性的关键。
2）斗轮堆取料机前臂架振动在斗轮堆取料机工作的过程中，往往会出现斗轮堆取料机前臂架振动的问题，会影响生产工作的有效开展。驱动支承部分和旋转部分，是引起斗轮堆取料机前臂架振动的主要原因。当驱动支承部分出现刚度不足和松动时，就会引起斗轮堆取料机前臂架的振动。比如地脚螺栓松动、减速器和基座之间松动、驱动装置电机和底座没有固定牢固等等。当不平衡状况出现在旋转部分的转子中时，会导致离心力作用于机器，从而引发斗轮堆取料机前臂架的振动。与减速器相连的联轴器中心和与带式输送机驱动滚筒相连的联轴器的中心没有保障同心，出现转子轴线不对中的状况。
3新型斗轮堆取料机前臂架的设计及受力分析
上面对传统斗轮堆取料机前臂架的结构形式及受力进行分析后对斗轮堆取料机前臂架所存在的缺陷进行分析。为解决斗轮堆取料机前臂架所存在的问题，本文提出了一种新型的斗轮堆取料机前臂架结构形式，通过对斗轮堆取料机前臂架上一些关键的受力部分进行了改进，从而有效地增强了斗轮堆取料机前臂架的安全性与稳定性。新设计的斗轮堆取料机前臂架的结构形式主要采用的是将臂架拉杆铰点到回转中心的部分更改为向上拱的弧形，其上拱的弧度控制在1/1000~2/1000的区间范围内，对于弧度的选择需要充分考虑斗轮堆取料机的吨位和斗轮堆取料机前臂架的长度来对其进行选取。新型斗轮堆取料机前臂架的截面图如图1所示。采用新型的斗轮堆取料机前臂架由于在设计和制作的过程中使其具有一定的向上的预拱使得其预拱变形能够抵消一部分的自重变形，进而减小斗轮堆取料机前臂架的变形量提高斗轮堆取料机前臂架的刚度。
1-腹板；2-横梁；3-回形板；4-下翼板；5-上翼板
图1新型斗轮堆取料机前臂架截面图
结语
1)详细分析了斗轮堆取料机前臂架的受力，发现传统前臂架在结构方面存在不合理性，为此设计了一种新的前臂架。2)新结构形式的前臂架受力好，拉杆铰座处受力大为改善，同时前臂架的抗变形能力强，前臂架的强度与刚度均提高，安全可靠性大大提高。3)新设计的前臂架只是进行了受力分析和结构分析，未进行有限元对比分析，下一步需要进行有限元验证。
参考文献:
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论文作者:刘世明
论文发表刊物:《防护工程》2019年8期
论文发表时间:2019/7/30
标签：前臂论文; 料机论文; 结构论文; 受力论文; 形式论文; 刚度论文; 应力论文; 《防护工程》2019年8期论文;