堆料机堆料悬臂结构有限元分析

摘 要：堆料悬臂结构是堆料机的重要钢结构部件，它将供料皮带输送机上的物料按要求堆积到指定位置，随着现在料场规模加大，堆料机的悬臂结构也越来越长，因此对悬臂结构的设计要求也越来越高。

关键词：堆料机；悬臂；有限元分析

堆料机是重要的物料裝卸设备，应用在煤炭、水泥、电力以及钢铁行业的料场中进行物料的混均和输送。堆料机悬臂结构是堆料机的重要组成部分，悬臂下部设有两处支撑铰点。一处是与行走机构的门架上铰接，臂架可绕铰点在平面内回转；另一处是通过球铰与液压缸的活塞杆铰接，随着活塞杆在油缸中伸缩，实现臂架的变幅运动。堆料机行走过程中由悬臂结构将物料卸撒到料场内，形成分层的人字形料堆。文章利用有限元分析软件Ansys对某钢厂堆料机悬臂结构进行分析，为堆料悬臂结构的设计及进一步的优化提供参考依据。

1 堆料机臂架的组成

堆料机的臂架由两个变截面的工字型梁构成。横向用钢板连接成整体，对角间用角钢交叉连接。工字型梁采用钢板焊接成型。但因臂架过长，受输送限制，臂架一般厂内分段制造、厂内预制组装，现场焊接成整体。悬臂架上面装有胶带输送机，张紧装置设在头部卸料点处，使胶带保持足够的张力，张紧装置采用千斤顶张进，螺杆固定的方法，能够达到足够的张紧力。胶带机上设有物料检测装置，当胶带机上无料时发出信号，堆料机停止工作。

2 建立有限元模型

根据悬臂结构特点，这里将上下盖板及腹板抽象为shell单元，连接型钢抽象为Beam单元。双向滚筒重、拉紧装置重、驱动滚筒等其余部分以质量点的形式加在相应的位置（图1）。

3 加载分析

该堆料悬臂俯仰形式采用整体液压俯仰，计算堆料悬臂水平、堆料悬臂上仰至上限位（17°）及堆料悬臂下俯至下限位（-15°）三种状态。计算工况如下：工况 I：堆料悬臂受自重载荷作用及风载作用；工况 II：堆料悬臂正常堆料，同时受工作风载作用。

4 有限元结果分析

经过加载分析得出，工况二时悬臂顶端的位移和悬臂受到的应力最大。如图2和图3所示。由应力云图最大等效应力为108.864MPa，门架的材料为Q235B，取安全系数1.5，求得许用应力为157MPa，计算出的最大等效应力小于材料的需要应力。悬臂顶端最大位移为71.138mm，小于规定值。因此得出悬臂的设计是合理和安全的。

5 结束语

文章通过对堆料机悬臂的有限元分析，判断出在工况二时悬臂的最大应力和悬臂顶端的最大位移等情况，为合理设计堆料机的悬臂提高了保证和设计依据，也为悬臂结构的进一步优化提供了参考，具有一定的工程实际意义。

参考文献

[1]JB/T8849-2005.移动式散料连续搬运设备钢结构设计规范[S].

[2]GB50017-2003.钢结构设计规范[S].

[3]邵明亮.斗轮堆取料机[M].北京化工工业出版社，2007.

作者简介：齐善朋（1981-），男，河北人，讲师，硕士。主要从事物流输送机械方面的研究。