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铝电解多功能机组金属结构常见载荷分析 摘要:文章对电解铝厂房常用设备铝电解多功能机组在工作中经常承受的载荷进行了分析。 下载 关键词:铝电解多功能机组;自重载荷;起升载荷;冲击载荷 中图分类号:TF821 文献标识码:A文章编号:1006-8937(2010)10-0104-01 铝电解多功能机组能完成铝电解生产中的打壳、换极、下料、清渣、出铝、辅助提升阳极母线、吊运电解槽和其机构零星吊运作业。再加上其工作环境本身具有高温高磁场,粉尘大等特点。因此铝电解多功能机组的金属结构所受的载荷非常复杂。 铝电解多功能机组的金属结构始终所受和经常作用的载荷,包括自重载荷、起升载荷、冲击载荷和惯性载荷等属基本载荷。机组正常工作状态下受到的不经常作用在金属结构上的载荷,包括风载荷、工艺性载荷、机组偏斜运行侧向力载荷以及由于温度磁场造成的载荷等将其归属到附加载荷;由于试验载荷,安装、地震及碰撞载荷出现几率较低,只在特殊情况下出现,属特殊载荷。 1自重载荷 自重载荷包括铝电解多功能机组大车小车的金属结构重量、配套件重量、料箱里物料的重量。配套件的自重载荷可由配套厂商提供的产品样本查询, 按均布载荷处理。 例如:计算一大车主梁受的自重均布载荷qj: 主梁的自重G1,主梁上布置的固定电葫芦G2,主梁上方电控箱G3,主梁上栏杆等总重G4。 大车主梁自重按均布载荷处理,其值为:qj=,式中 L为主梁跨度。 2起升载荷 出铝车吊运铝包,抓斗捞渣,固定电葫芦吊运电解槽,提升阳极母线都可按其起升所承受重量计算载荷。 例如,出铝车钢丝绳所受的最大拉力:Smax = 。 式中,Q为额定起重量,kg;GD为吊钩组重量,kg; M为滑轮组倍率;h为机械效率。 根据所选钢丝绳型号查相关手册确定钢丝绳的最小断裂载荷 F0,钢丝绳的安全系数 n =。 根据用户提供的多功能机组的工作制度,计算的工作循环总数以及相关经验来确定整机和起升机构工作级别,根据工作级别来确定最小的安全系数 n ,我们要求nn。 工作循环总数N=。 N为工作循环总数;Y为起重机使用寿命,年;A1、A2为30年;A3、A4、A5为25年;A6、A7为20年。 D为起重机一年工作天数;H为起重机每天工作小时数,h;T为起重机一个工作循环的时间,s。 3冲击载荷 起升冲击系数1。 当机组起升机构变速升降重物时,金属结构受到垂直方向的冲击作用,使结构重量发生变化,通常用起升冲击系数乘以自重载荷来表示: 0.9 -11.1; 动载系数。 当起升机构做变速升降运动时,金属结构将产生振动,起升载荷静力值增大,增大后值用动载系数纯静力值表示,动载系数可由理论和试验研究获得,与起升速度、操作情况、结构质量和刚度、起升质量和钢丝绳的弹性都有关系确定起来十分麻烦。通常按起升物品离地时的工况根据动态理论分析得物品悬挂点动载系数2,2=1+cv+。 V为额定起升速度(m/s);C为操作系数,出铝起升取0.25,零星吊运和阳极提升取0.5,抓斗捞渣取0.75;G为重力加速度;为物品离地时起升载荷对结构的物品悬挂点和起升钢丝绳滑轮组产生的静位移之和,0=0+0。对于出铝车,0近似按公式0=()L,L为大车跨度;d为金属结构计算点动位移;为结构质量影响系数。 对于多功能机组出铝车,离地起升比下降制动2要大一些,突然离地和点动升降2值更大,出铝车和固定电葫芦一般用简化式2=1+0.7计算,一般不大于1.4。 突然卸载冲击系数3。 突然卸载冲击系数小于1,用下面公式计算: 3=1-(1+3)。 m为突然卸掉的质量;m2为起升质量;3为卸载系数。 运行冲击系数4。 机组沿车间轨道运行时,由于轨道接头的影响对结构产生垂直方向的冲击作用。冲击力用4自重载荷来计算,4=1.1+0.058。 式中,V为运行速度;H为轨道接头高度差;机组大车运行速度01 m/s;工具小车运行速度00.5 m/s;出铝小车运行速度00.5 m/s。通常的工况下运行速度都小于1,4根据经验取1即可满足。 4惯性载荷 机组的惯性载荷主要由大车运行,小车运行和工具小车回转产生水平惯性力PH,运行制动产生的的水平惯性力PH=1.5Ma,M和a根据不同工况来确定。 例如,当求出铝小车水平惯性力时,大车不动,工具小车不动,单出铝车吊着铝包水平运行。 M为出铝车总重加上铝水和包的重量;a为出铝小车水平运行平均加速度。 当求大车水平运行时机组水平惯性力时,M 为机组总重,a为机组水平运行平均加速度。水平惯性力不得大于滑动摩擦力即PHPZ。 PZ为轮子静轮压之和;为滑动摩擦系数。 工具小车回转采用的沿回转轨道运行,产生水平惯性力PH也可用上式计算。 5侧向力载荷 机组运行过程中,由于轨道不直、跨度不准、车轮安装不正以及两边运行阻力不同等原因,使一侧车轮超前,造成偏斜运行,形成作用于水平轮的侧向力P5,在桥架水平面内形成力偶P5B0(图1),并与超前牵引力力偶PWL相平衡。 P5=P 式中,P为发生侧向力一端的端梁上与有效;轴距有关的相应车轮静压之和;为侧向力系数,按L/B0的值取;L为机组跨度;B0为有效轴距等于水平导向轮的间距。 6碰撞载荷 机组在刹车失灵状况下,缓冲器碰撞产生碰撞载荷Pa。 碰撞动能:E=mjp2; 缓冲器做功:W=Pas。 式中,mj为碰撞计算质量,看工况来定机组空载时为机组总重。出铝小车负载时,等于机组总重加上负载的计算质量m 。因出铝小车出铝行程全部在垂直导向架行程内,起升质量影响系数=1;m为起升质量;p为碰撞时的实际碰撞速度;S为碰撞制动距离;为碰撞系数,根据缓冲器类型而定,选用弹簧、橡胶缓冲器时=0.5;选用液压缓冲器时=1.0。 根据能量守恒原理E=W,则=Pamjp2。 7结语 计算机组合金属结构时,应根据不同的工况对各种载荷进行合理的组合。结构强度和疲劳强度计算时只需将基本