斗轮堆取料机前臂架结构优化与设计

许源远

摘 要：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

中图分类号：U260 文献标识码：A

斗轮堆取料机在现今的散料输送中应用十分广泛，其工作效率高、散料输送能力强，因此在港口散料装卸、电力煤炭运输以及冶金等行业中得到了极为广泛的应用。斗轮堆取料机按照主要结构主要分为斗轮机构、前臂架、带式输送机、回转平台门座以及行走机构和尾车等的部分组成，传统的斗轮堆取料机前臂架多采用的是双工字梁与回形钢筋焊接的形式，其长度多控制在20m～50m的区间范围内，并在斗轮堆取料机前臂架的前段头部加装一个重量在6t～20t范围的斗轮机构，斗轮机构与斗轮堆取料机前臂架之前通过两根拉杆销之间进行相互连接。斗轮堆取料机前臂架是斗轮堆取料机中极为重要的组成部分，其主要承担起斗轮回转机构和物料输送带的重量，因此在斗轮堆取料机前臂架的结构形式上需要具备足够的刚度。本文在对传统斗轮堆取料机前臂架结构形式进行受力分析的基础上提出了一种新型的斗轮堆取料机前臂架结构形式以解决传统斗轮堆取料机前臂架形式所存在的一些不足。

1.斗轮堆取料机前臂架结构受力分析

1.1 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結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斜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所承受的重力所造成的。

1.2 斗轮堆取料机前臂架结构形式所存在的缺陷

传统斗轮堆取料机前臂架由于受到结构的影响通过对其进行受力分析后可以发现其存在着一些缺陷：（1）通过对斗轮堆取料机前臂架进行受力分析后发现在斗轮堆取料机前臂架的拉绞杆处由于受力较大导致应力集中从而致使其存在着较大的安全隐患。此外，斗轮堆取料机前臂架会手受到斗轮堆取料机前臂架及其上面部件自重所产生的力的作用，从而使得斗轮堆取料机前臂架的拉绞杆处受到水平向右的拉力的作用，通过对这一向右的拉力进行分解后将其分为水平方向的力和竖直方向的力，其中拉绞杆处所受到的水平力与斗轮堆取料机前臂架自重对拉绞点所产生力的水平分力进行相互叠加将会导致拉绞杆处受到极大的水平力的作用。在对此处通过有限元进行受力分析时其所受到的应力值较大。此外，在斗轮堆取料机前臂架工作的过程中，斗轮堆取料机前臂架在进行俯仰运动时其拉绞点所受到的力是持续变化的，为确保斗轮堆取料机的安全使用应当对斗轮堆取料机前臂架进行疲劳强度的考虑。斗轮堆取料机中的铰座焊接于斗轮堆取料机前臂架的上面，因此铰座与斗轮堆取料机的安全性密切相关。在斗轮堆取料机工作的过程中斗轮堆取料机前臂架会受到重力以及自重的作用，从而导致斗轮堆取料机前臂架承受较大的变形作用，因此斗轮堆取料机前臂架需要具备较大的刚度，避免因刚度不足而导致斗轮堆取料机前臂架在运行的过程中出现振动等的缺陷，从而对斗轮堆取料机前臂架的正常运行带来极大的安全隐患。

2.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形式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。对于斗轮堆取料机前臂架上的拉绞点处，通过受力分析后发现其所受到的水平拉杆力与其他力之间相互抵消，从而极大地提高了斗轮堆取料机前臂架运行的安全性。

结语

采用新型的斗轮堆取料机前臂架能够使得斗轮堆取料机前臂架的受力更为均衡，斗轮堆取料机前臂架的强度和刚性大为提高，运行的安全性也大为加强。

参考文献

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