拉杆件结构的实用设计与分析

刘英磊 张栋生 倪森林

（北方重工装卸设备分公司设计所，辽宁 沈阳 110027）

拉杆件结构的实用设计与分析

刘英磊 张栋生 倪森林

（北方重工装卸设备分公司设计所，辽宁 沈阳 110027）

摘 要：拉杆是堆取料机等大型设备上十分关键的部件，它使悬臂结构与主体结构之间得到良好有效的连接，其在设备工作运行时起着举足轻重的作用，一旦其强度不满足要求出现问题必然会产生严重的后果。因此，在设计时需要得到应有的分析计算与校核。

关键词：拉杆；结构；分析；强度校核

1 概述

堆取料机上的拉杆至少有四种，其中一种是连接悬臂梁及配重梁与设备主体的连接构件，承受拉力较大。本文主要以该种拉杆进行分析阐述。

在设计每一个拉杆时，都需要进行分析计算出拉杆所受到的外力，之后计算拉杆的截面和拉杆耳环处的两个危险截面是否满足安全要求，分析板宽，板厚，结构是否合理，拉杆耳环的两个危险截面的计算较为复杂，尚没有十分精准的计算，所以设计计算就更加重要、须更仔细。值得一提的是：拉杆母板的长度方向必须是板材的轧制方向；且最多只能拼接一处，必须是全熔透坡口焊缝，超声波探伤（UT），探伤至少100%BⅡ级。

2 拉杆的几种结构

拉杆耳环的结构形式一般有三种，一种是耳环用厚板，拉杆体用薄板结构，厚板与薄板开坡口对接焊缝，采用100%探伤，如图1所示。这种结构在国外用的比较多，结构简单经济。但焊缝要求质量必须保证。国内用的比较少，因为焊缝质量一旦出现问题，后果不堪设想。第二种是镶嵌轴套的结构，如图2所示。这种结构首先需将母版切割出适当圆孔，再镶焊具有一定厚度的轴套。相对来说，这种结构形式制造工时较多，制造成本较高。但其质量容易保证。第三种是贴焊脐板结构，即在拉杆的母板耳环外表面加贴钢板来增加耳环的抗拉和抗挤压能力，如图3所示。这种结构经济，设计时需要经过详细校核验算。

图2

图3

3 脐板结构拉杆力学分析

斗轮机堆取料机前拉杆共两支，每支拉杆由两片拉板（即母板）组成与梁上一支单铰耳铰接成副。在设备的前期设计时s，计算出每支前拉杆受力F，在实际中设计时代入具体数据即可。以贴焊脐板的结构为例，如图4所示，计算分析如下。

3.1 孔壁的挤压应力

3.4 校核

各部分应力σ≤[σbs]/k

σbs——钢板屈服强度；

k——安全系数。

在大量的实例中，发现A-A截面应力偏大，随着设备的长期使用，考虑到额外因素（腐蚀、疲劳等），结构截面强度有潜在危险。

图5

4 优化设计

考虑到贴焊脐板结构加工制造优势，在没有特别的限制或要求情况下，这种结构形式是普遍采用的，但是据以上设计计算时，发现有些位置空间冗余，有些截面又可能会出现不安全后果。所以在已有结构基础上，结合各部分的应力值，对可优化截面进行改进，将应力值较小的位置，将其截面适当减小，将应力值略大的截面适当加大。

做出优化结构如图5所示，这样使得结构更具合理性。

结语

从大型设备整体方面分析，拉杆会根据需要安装在不同的位置，进而起到相应的作用。然而工况的不同，设备会有偏载，使得不同位置的拉杆拉力不同，受此影响，拉杆的某些部位会发生应力集中，所以在设计计算应力值时，就需要分别考虑到偏载（计算时加入偏载系数）和应力集中（计算时加入应力集中系数），这是十分必要的。

参考文献

[1]张质文，虞和谦，王金诺，包起帆.起重机设计手册[M].北京：中国铁道出版社，1998.

[2]成大先.机械设计手册[M].北京：化学工业出版社，2007.

[3]单辉祖.材料力学教程[M].北京：高等教育出版社，2004.

中图分类号：TU356

文献标识码：A