韓志永+張海寬

【摘 要】 通過對取料機(jī)整體結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析后，得知結(jié)構(gòu)應(yīng)力滿足要求，局部結(jié)構(gòu)可從經(jīng)濟(jì)性角度做適當(dāng)?shù)臏p重處理。利用ANSYS軟件，研究在多載荷共同作用下結(jié)構(gòu)應(yīng)力（應(yīng)變）和位移（變形）情況，并在有限元計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，使設(shè)計(jì)更加合理。通過設(shè)計(jì)分析，為取料機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了良好而高效的設(shè)計(jì)手段，從而提高設(shè)計(jì)水平，縮短設(shè)計(jì)周期，為后續(xù)取料機(jī)系列化設(shè)計(jì)及新產(chǎn)品設(shè)計(jì)打下了基礎(chǔ)。

【關(guān)鍵詞】 有限元 取料機(jī) ANSYS 門架

1 本文研究工作主要內(nèi)容

根據(jù)門式取料機(jī)整體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，本文主要進(jìn)行了以下工作：通過有限元結(jié)果分析，表明結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)相對合理，應(yīng)力滿足要求。研究在多載荷共同作用下結(jié)構(gòu)應(yīng)力（應(yīng)變）和位移（變形）情況，并在有限元計(jì)算結(jié)果基礎(chǔ)上對其結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，提高了設(shè)計(jì)水平，縮短設(shè)計(jì)周期。因門式取料機(jī)在國內(nèi)為首創(chuàng)，從國外引進(jìn)的數(shù)據(jù)并不完全，在設(shè)計(jì)方面有很多的不足，為后續(xù)產(chǎn)品系列化設(shè)計(jì)及新產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了借鑒。使取料機(jī)的設(shè)計(jì)尺寸更加趨于合理并使結(jié)構(gòu)重量盡量減輕。

2 門式取料機(jī)工作原理及結(jié)構(gòu)組成

2.1 取料機(jī)工作原理

門式取料機(jī)在國內(nèi)幾乎沒有業(yè)績，而在國外也只有幾臺。但根據(jù)業(yè)主的要求，我們對門取進(jìn)行了考查，并結(jié)合多年的同類型產(chǎn)品的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，進(jìn)行了取料機(jī)原理的初步確定。取料機(jī)的工作完成主要通過刮板取料系統(tǒng)的運(yùn)行。首先堆好完整的物料堆，取料機(jī)通過固定端梁、擺動端梁中的電機(jī)減速機(jī)帶動行走，使取料機(jī)靠近物料堆。在刮板取料系統(tǒng)將要接近物料堆時(shí)，刮板運(yùn)行。刮板取料系統(tǒng)中刮板的運(yùn)行方向是一致的，即向固定端梁方向。由小刮板向物料的堆頂推料，再由大刮板將料推到固定端梁一側(cè)。然后物料穿過固定端梁中的導(dǎo)料槽，由漏斗進(jìn)入地面膠帶輸機(jī)將物料帶走。

隨著固定端梁、擺動端梁的行走，取料機(jī)會將料堆的最高部分物料取走。當(dāng)物料堆最高一部分物被取走后，取料機(jī)會通過電子探頭得知物料高度下降，刮板取料系統(tǒng)無法取到料。此時(shí)取料機(jī)會讓卷揚(yáng)提升系統(tǒng)運(yùn)行，刮板取料系統(tǒng)會下降一定的高度，繼續(xù)進(jìn)行取料作業(yè)。當(dāng)刮板取料系統(tǒng)下至水平，將物料全部取走，取料機(jī)則完成一個(gè)料堆取料作業(yè)周期。

2.2 取料機(jī)主要結(jié)構(gòu)

本機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，但是根據(jù)各部件的重要性不同，其主要結(jié)構(gòu)包括以下部分：刮板取料系統(tǒng)、卷揚(yáng)提升系統(tǒng)、門架部分、固定端梁、擺動端梁、鏈條潤滑系統(tǒng)等部分。（見圖2.1）

3 門式取料機(jī)主體結(jié)構(gòu)有限元建模

3.1 取料機(jī)結(jié)構(gòu)分析的簡化

取料機(jī)的大多數(shù)機(jī)體結(jié)構(gòu)的截面多為箱形和工字形，根據(jù)受力方式采用板單元，工字形翼緣采用梁單元。截面尺寸相對較小，受力以拉壓為主的構(gòu)件采用梁單元或桿單元。各部分相連接的鉸軸用梁單元和桿單元組合模擬剛度和自由度。網(wǎng)格劃分均自由劃分的方法，這樣不但節(jié)省了分析時(shí)間又可以保證了結(jié)果的精確度。取料機(jī)不同的部位采用不同的單元，應(yīng)力在反映其結(jié)構(gòu)的力學(xué)特性的前提下，盡可能選用簡單的單元，使得模型既合理，又節(jié)約計(jì)算時(shí)間。為真實(shí)模擬原結(jié)構(gòu)，采用多種單元偶合方法，計(jì)算模型主要包括以下幾個(gè)方面：

（1）門架、刮板取料臂架等結(jié)構(gòu)主要由鋼板、型鋼組成，故采用空間殼單元模擬鋼板，梁單元模擬型鋼。（2）有限元分析中將卷揚(yáng)提升系統(tǒng)、司機(jī)室等重量作為載荷施加在結(jié)構(gòu)上。（3）車輪和驅(qū)動裝置簡化為有約束的支承點(diǎn)。（4）擺動端梁與門架連接設(shè)置為鉸接，保證轉(zhuǎn)軸空間360°旋轉(zhuǎn)。（5）省略所有焊縫及連接板，對非危險(xiǎn)部位的細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)進(jìn)行簡化，略去工藝結(jié)構(gòu)，并略去不重要區(qū)域的孔及小尺寸結(jié)構(gòu)。（6）結(jié)構(gòu)的簡化，造成模型重量小于直實(shí)重量，故采用質(zhì)量元對重量進(jìn)行了補(bǔ)償。

3.2 定義材料屬性

本文在分析過程中，取料機(jī)選擇的彈塑性材料模型，與應(yīng)變速率無關(guān)的材料屬性，需要的參數(shù)有：DENS（密度）、EX（彈性模量）、NUXY（泊松比）、Yield Stress（屈服應(yīng)力），本機(jī)設(shè)備材料屬性為Q345 碳鋼，材質(zhì)密度7.86×103kg/m3，彈性模量212Gpa，泊松比0.288。

3.3 建模方案

為了描述節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)、節(jié)點(diǎn)位移及節(jié)點(diǎn)載荷方向等有關(guān)參數(shù)，建立模型時(shí)取整體坐標(biāo)系為右手系OXYZ，其中Y軸垂直向上。建模遵循兩個(gè)原則：（1）取料機(jī)橋梁及端梁型材桿件的連接點(diǎn)為模型的節(jié)點(diǎn)；（2）取料機(jī)橋梁及端梁型材與板的連接點(diǎn)或施力點(diǎn)為模型的節(jié)點(diǎn)；取料機(jī)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，因此在不影響計(jì)算精度的前提下，對結(jié)構(gòu)進(jìn)行了必要簡化后，有限元模型見圖3.1。

然后對建好的模型進(jìn)行網(wǎng)格剖分，單元的大小、多少和疏密程度也非常關(guān)鍵。劃分網(wǎng)格時(shí)，需要分析人員的一些經(jīng)驗(yàn)和較認(rèn)真細(xì)致的決定與正確的網(wǎng)格單元參數(shù)選擇。尤其是重要部位，如門架體、刮板取料臂的單元?jiǎng)澐?，更是關(guān)鍵。在對實(shí)際結(jié)構(gòu)劃分有限單元網(wǎng)格時(shí)，如果使用梁單元來劃分鋼絲繩和門架中的加強(qiáng)筋和立柱等，則可以節(jié)省總單元數(shù)目，但大多數(shù)加強(qiáng)筋是由鋼板焊接成的薄殼結(jié)構(gòu)，也無法描述某些關(guān)鍵部位的細(xì)部結(jié)構(gòu)。所以，為了較準(zhǔn)確模擬實(shí)際結(jié)構(gòu)，計(jì)算中使用ANSYS中的92號四面體實(shí)體單元和93號高階殼單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，殼單元用于殼體、筋、立柱等部位的劃分。經(jīng)過ANSYS程序的自由單元?jiǎng)澐帧?/p>

3.4 載荷的加載

對于荷載，國內(nèi)外常用2種概率模型。像恒載這樣與時(shí)間無關(guān)的永久荷載，根據(jù)設(shè)備的各部件質(zhì)量及物料的實(shí)際密度。取料機(jī)主要承受的載荷有以下幾方面。

（1）取料機(jī)自重以重力加速度的方式加到每個(gè)單元上。（2）在在門架下部施加的刮板臂重以集中載荷的方式加到門架的幾個(gè)節(jié)點(diǎn)上。（3）在設(shè)備運(yùn)行中物料對設(shè)備的反作用力，承受的阻力以集中載荷的方式加到門架的節(jié)點(diǎn)上。（4）固定取料機(jī)底部約束底部的四個(gè)結(jié)點(diǎn)的所有自由度。 作用在大跨度空間鋼結(jié)構(gòu)的可變荷載主要有：風(fēng)荷載、雪荷載以及少量的活荷載。對于這類可變荷載，荷載模型可采用平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過程。根據(jù)平穩(wěn)二項(xiàng)隨機(jī)過程的特點(diǎn)可知，目標(biāo)使用期內(nèi)最大荷載的概率分布函數(shù)為：endprint

式中，為荷載概率分布函數(shù)；m為荷載在目標(biāo)使用期內(nèi)平均出現(xiàn)的次數(shù)。在本次分析中沒有雪荷載，只有風(fēng)荷載并忽略其它作用力對取料機(jī)的影響。將各載荷加載在不同的點(diǎn)上（見圖3.2）。

4 門式取料機(jī)有限元計(jì)算結(jié)果分析

4.1 門式取料機(jī)有限元計(jì)算結(jié)果

模型建立后求解也很重要，當(dāng)求解選項(xiàng)設(shè)置不當(dāng)時(shí)，不出現(xiàn)不收斂的情況，所以要設(shè)置合理的數(shù)值。通過ANSYS軟件的分析計(jì)算，可以顯示模型的應(yīng)力與位移圖，并能利用顏色區(qū)分他們的大小。

通過ANSYS有限元軟件分析得出表4.1結(jié)論。

4.2 門式取料機(jī)有限元計(jì)算結(jié)果分析

針對本設(shè)備的特點(diǎn)，借助于有限元分析軟件ANSYS對結(jié)構(gòu)的簡支、懸臂和兩端固定的組合梁等部件的荷載模型和構(gòu)件抗力模型進(jìn)行了深入的分析研究，取料機(jī)中的懸臂梁結(jié)構(gòu)，最大允許變形范圍。

A：最大允許變形范圍

L：懸臂梁長度

也就是說變形一定要小于總長度的3.33‰。利用有限元計(jì)算得出的結(jié)果，做以下分析：

（1）在刮板臂水平額定靜工作載荷作用時(shí)，門架的最大應(yīng)力為190MPa，最大變形為33.8mm。門架長54m，變形約占總長度的0.625‰；（2）前取料臂架最大應(yīng)力為125MPa，最大變形為17.7mm。前取料臂架長17.9m，變形約占總長度的0.98‰；（3）后取料臂架最大應(yīng)力為118MPa，最大變形為62.5mm。后取料臂架長30.8m，變形約占總長度的2.0‰；（4）擺動端梁最大應(yīng)力為118MPa，最大變形為12.5mm。擺動端梁長度為5000mm，變形約占總長度的2.5‰；（5）取料臂架上吊點(diǎn)最大應(yīng)力為121MPa，最大變形為62.5mm。后取料臂架長30.8m，變形約占總長度的2.0‰；（6）固定端梁最大應(yīng)力為132MPa，最大變形為18.6mm。固定端梁長7.54m，變形約占總長度的2.4‰。

綜合以上分析，以上結(jié)論都滿足門式刮板取料機(jī)的安全性設(shè)計(jì)要求，有限元計(jì)算結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果很接近。所以該有限元分析結(jié)果是可信的。

從結(jié)果來看整機(jī)的應(yīng)力在設(shè)備可承受范圍內(nèi)。其設(shè)備應(yīng)力主要出現(xiàn)在設(shè)備門架與兩側(cè)端梁聯(lián)接處。設(shè)備的兩個(gè)端梁是用來承載整臺設(shè)備的重量，所以在門架與端梁的接觸點(diǎn)上有很小的應(yīng)力集中，可以通過加強(qiáng)局部鋼板的厚度來解決。由于取料的機(jī)的門架中間最高處大截面，而兩端與端梁相接處較小截面的設(shè)計(jì)方式，所以在門架的中間反而沒有應(yīng)力集中的出現(xiàn)。主刮板臂也有應(yīng)力集中，因?yàn)楣伟宀坏艿轿锪系姆醋饔昧Γ疫€受到卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)水平的拉力。雖然刮板臂也采用了同門架相同的設(shè)計(jì)理念，但是還是出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象。通過ANSYS有限元分析軟件分析后，主刮板臂應(yīng)力在可以承受圍內(nèi)。

經(jīng)過有限元分析，設(shè)備沒有出現(xiàn)過大的應(yīng)力集中，說明應(yīng)力較小，但是整臺設(shè)備出現(xiàn)了總長度變形。所以在結(jié)構(gòu)方面改進(jìn)減重的空間不大?？梢栽诓惶匾牡胤竭M(jìn)行小幅度的減重。

5 結(jié)語

門式堆取料機(jī)目前在國內(nèi)還屬于一種新型設(shè)備，與臂式斗輪、橋式斗輪、橋式刮板等結(jié)構(gòu)的堆取料機(jī)相比，很多數(shù)據(jù)仍然處于摸索狀態(tài)，只能通過類比設(shè)計(jì)。很多數(shù)據(jù)是需要經(jīng)過長時(shí)間的檢測得到的。

本文以門式取料機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)為研究對象，對其進(jìn)行了從設(shè)計(jì)到有限元分析的研究。通過理論設(shè)計(jì)，通過對門式取料機(jī)整機(jī)的建模，并對有限元結(jié)果進(jìn)行分析，表明結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)相對合理，應(yīng)力滿足要求，局部結(jié)構(gòu)可從經(jīng)濟(jì)性角度做進(jìn)一步的減重處理。通過前面的設(shè)計(jì)分析可以看出，方法對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了良好而高效的設(shè)計(jì)手段，從而提高設(shè)計(jì)水平，可以有效的縮短產(chǎn)品開發(fā)的周期，提高生產(chǎn)效率，為后續(xù)產(chǎn)品系列化設(shè)計(jì)及新產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]泮威風(fēng).門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)抗風(fēng)柱的設(shè)計(jì)[J].寧波大學(xué)學(xué)報(bào)（理工版），2005，12：549-552.

[2]尹現(xiàn)吉，馬春雨，郝巖.大型斗輪堆取料機(jī)三維有限元分析[J].試驗(yàn)技術(shù)和試驗(yàn)機(jī)，2006，3：20-21.

[3]謝加保.帶式輸送機(jī)傳動滾筒虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)與研究[D].安徽：安徽理工大學(xué)，2009.

[4]Saeed Moaveni著，歐陽宇，王菘，等譯.ANSYS理論與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003，6.endprint

式中，為荷載概率分布函數(shù)；m為荷載在目標(biāo)使用期內(nèi)平均出現(xiàn)的次數(shù)。在本次分析中沒有雪荷載，只有風(fēng)荷載并忽略其它作用力對取料機(jī)的影響。將各載荷加載在不同的點(diǎn)上（見圖3.2）。

4 門式取料機(jī)有限元計(jì)算結(jié)果分析

4.1 門式取料機(jī)有限元計(jì)算結(jié)果

模型建立后求解也很重要，當(dāng)求解選項(xiàng)設(shè)置不當(dāng)時(shí)，不出現(xiàn)不收斂的情況，所以要設(shè)置合理的數(shù)值。通過ANSYS軟件的分析計(jì)算，可以顯示模型的應(yīng)力與位移圖，并能利用顏色區(qū)分他們的大小。

通過ANSYS有限元軟件分析得出表4.1結(jié)論。

4.2 門式取料機(jī)有限元計(jì)算結(jié)果分析

針對本設(shè)備的特點(diǎn)，借助于有限元分析軟件ANSYS對結(jié)構(gòu)的簡支、懸臂和兩端固定的組合梁等部件的荷載模型和構(gòu)件抗力模型進(jìn)行了深入的分析研究，取料機(jī)中的懸臂梁結(jié)構(gòu)，最大允許變形范圍。

A：最大允許變形范圍

L：懸臂梁長度

也就是說變形一定要小于總長度的3.33‰。利用有限元計(jì)算得出的結(jié)果，做以下分析：

（1）在刮板臂水平額定靜工作載荷作用時(shí)，門架的最大應(yīng)力為190MPa，最大變形為33.8mm。門架長54m，變形約占總長度的0.625‰；（2）前取料臂架最大應(yīng)力為125MPa，最大變形為17.7mm。前取料臂架長17.9m，變形約占總長度的0.98‰；（3）后取料臂架最大應(yīng)力為118MPa，最大變形為62.5mm。后取料臂架長30.8m，變形約占總長度的2.0‰；（4）擺動端梁最大應(yīng)力為118MPa，最大變形為12.5mm。擺動端梁長度為5000mm，變形約占總長度的2.5‰；（5）取料臂架上吊點(diǎn)最大應(yīng)力為121MPa，最大變形為62.5mm。后取料臂架長30.8m，變形約占總長度的2.0‰；（6）固定端梁最大應(yīng)力為132MPa，最大變形為18.6mm。固定端梁長7.54m，變形約占總長度的2.4‰。

綜合以上分析，以上結(jié)論都滿足門式刮板取料機(jī)的安全性設(shè)計(jì)要求，有限元計(jì)算結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果很接近。所以該有限元分析結(jié)果是可信的。

從結(jié)果來看整機(jī)的應(yīng)力在設(shè)備可承受范圍內(nèi)。其設(shè)備應(yīng)力主要出現(xiàn)在設(shè)備門架與兩側(cè)端梁聯(lián)接處。設(shè)備的兩個(gè)端梁是用來承載整臺設(shè)備的重量，所以在門架與端梁的接觸點(diǎn)上有很小的應(yīng)力集中，可以通過加強(qiáng)局部鋼板的厚度來解決。由于取料的機(jī)的門架中間最高處大截面，而兩端與端梁相接處較小截面的設(shè)計(jì)方式，所以在門架的中間反而沒有應(yīng)力集中的出現(xiàn)。主刮板臂也有應(yīng)力集中，因?yàn)楣伟宀坏艿轿锪系姆醋饔昧?，而且還受到卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)水平的拉力。雖然刮板臂也采用了同門架相同的設(shè)計(jì)理念，但是還是出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象。通過ANSYS有限元分析軟件分析后，主刮板臂應(yīng)力在可以承受圍內(nèi)。

經(jīng)過有限元分析，設(shè)備沒有出現(xiàn)過大的應(yīng)力集中，說明應(yīng)力較小，但是整臺設(shè)備出現(xiàn)了總長度變形。所以在結(jié)構(gòu)方面改進(jìn)減重的空間不大?？梢栽诓惶匾牡胤竭M(jìn)行小幅度的減重。

5 結(jié)語

門式堆取料機(jī)目前在國內(nèi)還屬于一種新型設(shè)備，與臂式斗輪、橋式斗輪、橋式刮板等結(jié)構(gòu)的堆取料機(jī)相比，很多數(shù)據(jù)仍然處于摸索狀態(tài)，只能通過類比設(shè)計(jì)。很多數(shù)據(jù)是需要經(jīng)過長時(shí)間的檢測得到的。

本文以門式取料機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)為研究對象，對其進(jìn)行了從設(shè)計(jì)到有限元分析的研究。通過理論設(shè)計(jì)，通過對門式取料機(jī)整機(jī)的建模，并對有限元結(jié)果進(jìn)行分析，表明結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)相對合理，應(yīng)力滿足要求，局部結(jié)構(gòu)可從經(jīng)濟(jì)性角度做進(jìn)一步的減重處理。通過前面的設(shè)計(jì)分析可以看出，方法對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了良好而高效的設(shè)計(jì)手段，從而提高設(shè)計(jì)水平，可以有效的縮短產(chǎn)品開發(fā)的周期，提高生產(chǎn)效率，為后續(xù)產(chǎn)品系列化設(shè)計(jì)及新產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了借鑒。

參考文獻(xiàn)：

[1]泮威風(fēng).門式剛架輕鋼結(jié)構(gòu)抗風(fēng)柱的設(shè)計(jì)[J].寧波大學(xué)學(xué)報(bào)（理工版），2005，12：549-552.

[2]尹現(xiàn)吉，馬春雨，郝巖.大型斗輪堆取料機(jī)三維有限元分析[J].試驗(yàn)技術(shù)和試驗(yàn)機(jī)，2006，3：20-21.

[3]謝加保.帶式輸送機(jī)傳動滾筒虛擬樣機(jī)的設(shè)計(jì)與研究[D].安徽：安徽理工大學(xué)，2009.

[4]Saeed Moaveni著，歐陽宇，王菘，等譯.ANSYS理論與應(yīng)用[M].北京：電子工業(yè)出版社，2003，6.endprint

式中，為荷載概率分布函數(shù)；m為荷載在目標(biāo)使用期內(nèi)平均出現(xiàn)的次數(shù)。在本次分析中沒有雪荷載，只有風(fēng)荷載并忽略其它作用力對取料機(jī)的影響。將各載荷加載在不同的點(diǎn)上（見圖3.2）。

4 門式取料機(jī)有限元計(jì)算結(jié)果分析

4.1 門式取料機(jī)有限元計(jì)算結(jié)果

模型建立后求解也很重要，當(dāng)求解選項(xiàng)設(shè)置不當(dāng)時(shí)，不出現(xiàn)不收斂的情況，所以要設(shè)置合理的數(shù)值。通過ANSYS軟件的分析計(jì)算，可以顯示模型的應(yīng)力與位移圖，并能利用顏色區(qū)分他們的大小。

通過ANSYS有限元軟件分析得出表4.1結(jié)論。

4.2 門式取料機(jī)有限元計(jì)算結(jié)果分析

針對本設(shè)備的特點(diǎn)，借助于有限元分析軟件ANSYS對結(jié)構(gòu)的簡支、懸臂和兩端固定的組合梁等部件的荷載模型和構(gòu)件抗力模型進(jìn)行了深入的分析研究，取料機(jī)中的懸臂梁結(jié)構(gòu)，最大允許變形范圍。

A：最大允許變形范圍

L：懸臂梁長度

也就是說變形一定要小于總長度的3.33‰。利用有限元計(jì)算得出的結(jié)果，做以下分析：

（1）在刮板臂水平額定靜工作載荷作用時(shí)，門架的最大應(yīng)力為190MPa，最大變形為33.8mm。門架長54m，變形約占總長度的0.625‰；（2）前取料臂架最大應(yīng)力為125MPa，最大變形為17.7mm。前取料臂架長17.9m，變形約占總長度的0.98‰；（3）后取料臂架最大應(yīng)力為118MPa，最大變形為62.5mm。后取料臂架長30.8m，變形約占總長度的2.0‰；（4）擺動端梁最大應(yīng)力為118MPa，最大變形為12.5mm。擺動端梁長度為5000mm，變形約占總長度的2.5‰；（5）取料臂架上吊點(diǎn)最大應(yīng)力為121MPa，最大變形為62.5mm。后取料臂架長30.8m，變形約占總長度的2.0‰；（6）固定端梁最大應(yīng)力為132MPa，最大變形為18.6mm。固定端梁長7.54m，變形約占總長度的2.4‰。

綜合以上分析，以上結(jié)論都滿足門式刮板取料機(jī)的安全性設(shè)計(jì)要求，有限元計(jì)算結(jié)果與理論計(jì)算結(jié)果很接近。所以該有限元分析結(jié)果是可信的。

從結(jié)果來看整機(jī)的應(yīng)力在設(shè)備可承受范圍內(nèi)。其設(shè)備應(yīng)力主要出現(xiàn)在設(shè)備門架與兩側(cè)端梁聯(lián)接處。設(shè)備的兩個(gè)端梁是用來承載整臺設(shè)備的重量，所以在門架與端梁的接觸點(diǎn)上有很小的應(yīng)力集中，可以通過加強(qiáng)局部鋼板的厚度來解決。由于取料的機(jī)的門架中間最高處大截面，而兩端與端梁相接處較小截面的設(shè)計(jì)方式，所以在門架的中間反而沒有應(yīng)力集中的出現(xiàn)。主刮板臂也有應(yīng)力集中，因?yàn)楣伟宀坏艿轿锪系姆醋饔昧?，而且還受到卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)的一個(gè)水平的拉力。雖然刮板臂也采用了同門架相同的設(shè)計(jì)理念，但是還是出現(xiàn)了應(yīng)力集中現(xiàn)象。通過ANSYS有限元分析軟件分析后，主刮板臂應(yīng)力在可以承受圍內(nèi)。

經(jīng)過有限元分析，設(shè)備沒有出現(xiàn)過大的應(yīng)力集中，說明應(yīng)力較小，但是整臺設(shè)備出現(xiàn)了總長度變形。所以在結(jié)構(gòu)方面改進(jìn)減重的空間不大?？梢栽诓惶匾牡胤竭M(jìn)行小幅度的減重。

5 結(jié)語

門式堆取料機(jī)目前在國內(nèi)還屬于一種新型設(shè)備，與臂式斗輪、橋式斗輪、橋式刮板等結(jié)構(gòu)的堆取料機(jī)相比，很多數(shù)據(jù)仍然處于摸索狀態(tài)，只能通過類比設(shè)計(jì)。很多數(shù)據(jù)是需要經(jīng)過長時(shí)間的檢測得到的。

本文以門式取料機(jī)整機(jī)結(jié)構(gòu)為研究對象，對其進(jìn)行了從設(shè)計(jì)到有限元分析的研究。通過理論設(shè)計(jì)，通過對門式取料機(jī)整機(jī)的建模，并對有限元結(jié)果進(jìn)行分析，表明結(jié)構(gòu)整體設(shè)計(jì)相對合理，應(yīng)力滿足要求，局部結(jié)構(gòu)可從經(jīng)濟(jì)性角度做進(jìn)一步的減重處理。通過前面的設(shè)計(jì)分析可以看出，方法對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了良好而高效的設(shè)計(jì)手段，從而提高設(shè)計(jì)水平，可以有效的縮短產(chǎn)品開發(fā)的周期，提高生產(chǎn)效率，為后續(xù)產(chǎn)品系列化設(shè)計(jì)及新產(chǎn)品設(shè)計(jì)提供了借鑒。

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