曹雨龍　蔣娟娟

摘 要：本文針對干熄焦矩形焦罐大跨度底閘門進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的設(shè)計，且利用Solidworks軟件對其進(jìn)行了力學(xué)分析，證實筋板設(shè)計及布置滿足使用要求。

關(guān)鍵詞：干熄焦，矩形焦罐，大跨度，結(jié)構(gòu)設(shè)計，靜力分析

0引言

因裝焦量的要求，焦罐的尺寸及底閘門的跨度必須相對應(yīng)，以滿足用戶現(xiàn)場的需要。本文針對某種干熄焦矩形焦罐大跨度底閘門（如圖1），該底閘門是由不銹鋼板焊接而成，因其跨度較大，特對底閘門進(jìn)行了結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計[1]。

1.結(jié)構(gòu)設(shè)計

因底閘門跨度較大，需保證襯板的安裝緊固（采用螺柱安裝），由此在底閘門基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上，將立板開孔，同時開孔處焊接小環(huán)板，以起到對立板的增強的作用，因上述小環(huán)板的存在，立板外側(cè)的筋板需要改短，同時因跨度較大，筋板需布置合理，同時還應(yīng)考慮重量問題，因此將立板間的筋板間斷性改短，為確保設(shè)計的合理性及穩(wěn)定性，特利用Solidworks軟件對其進(jìn)行了力學(xué)分析[2]。

2.靜力分析

2.1幾何模型建立

底閘門為整體對稱結(jié)構(gòu)，依據(jù)圖紙建立了底閘門的1/2幾何模型，采用Solidworks軟件，未經(jīng)任何簡化而構(gòu)建的，其幾何模型如圖1。底閘門內(nèi)側(cè)立板形狀及筋板布置分別如圖2及圖3所示。

2.2有限元模型[3]

通過設(shè)置網(wǎng)格密度大小來進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格因子越大，花費時間越短，分析得到的結(jié)果偏差大，網(wǎng)格因子越小，花費時間越長，分析得到的結(jié)果越準(zhǔn)確，但是對計算機硬件的要求較高。

底閘門為整體對稱結(jié)構(gòu)，為減少計算量，有限元分析時簡化成1/2模型，并且底閘門的三個銷軸中只有兩端的起到支撐作用，在Solidworks中將其轉(zhuǎn)化成有限元模型時只保留兩端的銷軸。利用軟件的智能劃分網(wǎng)格工具，將底閘門進(jìn)行網(wǎng)格劃分，網(wǎng)格劃分后的有限元模型如圖4所示。

2.3約束條件設(shè)定及變應(yīng)力加載

根據(jù)現(xiàn)場實際使用情況，將底閘門本體與車架接觸部分固定并且在兩端銷軸處添加鉸鏈約束。

2.4靜力分析結(jié)果

根據(jù)分析結(jié)果，可以看出，除局部應(yīng)力超過70MPa外，其余絕大部分的應(yīng)力值均在20MPa以下，不銹鋼材質(zhì)在300℃的條件下的許用應(yīng)力為114MPa，根據(jù)分析，此底閘門的結(jié)構(gòu)完全滿足強度要求。并且底閘門的撓度最大為0.2mm，完全滿足剛度要求[4]。

3.結(jié)論

根據(jù)底閘門的應(yīng)力分析結(jié)果及位移變形結(jié)果，可以推斷出此底閘門結(jié)構(gòu)的設(shè)計滿足強度及跨度要求，且此種結(jié)構(gòu)滿足了襯板的安裝要求，也減少了大跨度底閘門的重量，便于筋板的焊接。據(jù)考查，現(xiàn)場使用情況良好。通過理論與實踐均證明了此種底閘門結(jié)構(gòu)的合理性及實用性，為以后大跨度底閘門的設(shè)計提供參考。

參考文獻(xiàn)：

[1]徐穎，周華. 現(xiàn)代結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計理論淺析[J].礦山機械. 2003（11）.

[2]張鑫.優(yōu)化設(shè)計在機械設(shè)計中的應(yīng)用淺析[J].工業(yè)設(shè)計.2016（02）