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大型刮板取料机新型结构料耙设计 王 志敏 北方重 工装卸设 备 分公 司研 究所 沈 阳 1 1 0 0 2 7 摘要 料耙设计采用双层钢桁立体结构 料耙各梁采用不同规格的异形钢管制成 料耙耙齿采用栓接结 构 这种结构的料耙 重量轻 强度好 刚性好 变形小 运行平稳 耙齿更换方便 利于设备的使用维护 关键词 大型刮板取 料机 全 断面取料 双层钢桁立体料耙 中图分类号 U 6 5 3 9 2 8 5 文献标识码 A 文章编号 1 0 0 1 0 7 8 5 2 0 1 1 0 1 0 0 3 1 0 3 Ab s t r a c t T h e d e s ig n o f t h e r a k e a p p l ie s s t e r e o s t r u c t u r e o f b i l a y e r s t e e l t ru s s t h e b e a m o f t he r a k e is ma d e o f s p e c i a l s h a p e d s t e e l p ip e o f d i ff e r e n t s p e c if i c a t i o n s a n d t h e r a k e t e e t h o f t h e r a k e a d o p t s t h e b o l t in g s t r u c t u r e T h e r a k e o f t h is s t r u c t ur e f e a t u r e s l ig h t we ig h t g o o d s t r e n g t h a nd r ig id it y l it t l e r e f o r ma t io n a n d s t a b l e o pe r a t io n Th e r a k e t e e t h a r e e a s y t o r e p l a c e a n d t his is h e l p f u l t o t h e us e a n d ma int e n a n ce o f t he e q u ip me nt Ke y wo r d s l a r g e s c r a p e r r e c l a ime r f u l l s e c t io n ma t e r ia l t a k in g b i l a y e r s t e e l t r u s s s t e r e o r a k e 在预均化堆场 中进行全断面取料作业 的刮板 取料机 料耙 的作用 是将 料堆取料 断面的物料耙 松 以利于下部刮板机的刮取 目前 随着建材 煤炭 电力等行业 的发展 用在预均化堆 场 中作 业的堆取料机也 日益大型化 刮板取料机 上用于 全断面取料 的料耙装置也随之加大 并且 大型刮 板取料机料耙多采用液压驱动的大料耙 小行 程 结构 常规 的小料耙装置结构均为平面三角形 骨 架 再 由型钢组 焊加 强杆 耙 齿焊 在主 骨架上 或平面三角形 骨架料耙 用钢丝绳作为 骨架 的附 属松料结构 这种平面结构料耙强度和 刚度较差 当料耙加大 时 自重加 大 变形量 将会很大 料 耙大的变形使驱动料 耙的液压缸受 力不均 进 而 使料耙 运动不平稳 最终带来 整机的振动 另外 耙齿通过焊接方式与主体骨架连接 不便于更换 为此 增加取料机 料耙装 置的强度 刚度 减小 自重及其变形量 且便于维护 将 成为设计者要 解决的问题 本文介绍 的双层钢 桁立体结构料耙 5 结论 本文简单介绍了钢拱架安装机构的结构形式 并对其工作原理进行阐述 将三维造型软件 C A T I A和机械系统运动学 动力学分析软件 A D A MS相 结合 建立 了钢拱架 安装机 构 的虚拟样 机模 型 在运动学仿真 中 得 到安装 机构的工作 范围 在 施加外部载荷下 通过动力学仿 真 得到举升 液 压缸的举 升力 以及 伸缩臂铰链处 的受力 动力 学 仿真和分析结果为关键部件 的有 限元分析 和优化 设计提供 了理论依据 对钢拱 架安装机构的设计 和研究具有一定的参考价值 在钢拱架安装机构 的设计过程 中运 用虚拟样 机技术建立虚拟样机模型 通 过仿 真分析测试产 品的性 能 验证设计 的合 理性 实践表 明运 用现 起重运输机械 2 0 1 1 1 代化设计手段可提高机械设计质量 和效率 节约 设计成本 对工程机械 的设计与研究具 有一定的 指 导意 义 参考文献 1 李增强 A D A MS入门详解与实例 M 北京 国防工 业 出版社 2 0 0 7 2 杜羽寅 高空作业车虚拟样机研究 M 西安 长安 大学 2 0 0 9 3 朱建新 谢嵩岳 以 A D A MS为平 台的旋挖 钻机变 幅 机构 J 现代制造工程 2 0 0 9 作 者 地 址 邮 编 收稿 日期 李艳 洛 阳市河南科技大学 校本部 2 0 1 6信箱 471 0 0 3 2 01 0 05 1 7 更好地解决 了上述问题 1料耙结构及 工作原理 全断面取料作业 的刮板取料机 中都设有料耙 装置 料耙 整体形状为 三角形骨架 料耙下部设 有 2个行走滚轮装置 滚轮在桥梁两侧 的料耙轨 道上运行 轨道两端装有接 近开关 限制料耙往 复行程 2滚轮之间设有液压驱动装置 液压缸通 过支座固定在桥梁侧面 料耙上部设有滑轮铰座 滑轮通过钢丝绳与塔架联 接 塔架焊在桥梁的上 平面 塔架上设有卷扬装置 通过 卷扬装置 中钢 丝绳的缠绕 来调整料耙 的倾 斜角度 倾角调整范 围为与水平 面夹角 3 4 4 5 如图 1所 示 随取 料机大车的进给 料耙 底部的耙齿进 入料堆的取 料断面 同时在驱动装置作用下 料 耙在取料断 面作水平方 向的往 复刮料运 动 在料耙 行程范围 内 料耙覆盖 整个 取料断 面 将 物料耙松 同时 顶部的物料 向底部滚动 使 桥梁下部 的主刮板机 能顺利获得料耙 刮下 的物料 物料 随着 刮板机的 刮料运动 最后卸到出料带式输送机上 完成取 料 过程 1 电动葫芦2 塔架3 5 滑轮4 钢丝绳 6 料耙装置7 液压缸装置8 滚轮 图 1 料耙结构及原理 图 2 设计背景 常规刮板取料机上料耙采用平面三角形结构 如图 2 用板焊方管做成主骨架 用型钢作辅助加 强杆件 用来松动物料的耙齿 由圆钢制成 耙齿 直接焊接在 主骨架及加强杆上 这种料耙结构 简 单 易于制造 适用于小轨距取料机的小料耙 当料耙尺寸增 大时 平面三角形结构料耙便 出现很多不足之处 主要表现在强度及刚度较差 变形较大 刚性不 足影 响料耙在往复运动 中驱动 液压缸 的受 力状 况 引起料 耙系 统运动 不平稳 同时引起 运 动 过 程 中整 机 的振 动 为 了 弥补 冈 0 度 一 3 2 一 图 2 平 面 角形料耙结构 图 不足 单靠增大各 梁体及杆件截面尺寸规格 又 将使料耙 自重加大 给主梁 行走端梁及整机设 计带来不利 凶素 同时 梁体截 面尺寸增大 无 法选到满足截面尺寸要求的异形管 板焊结构又 增加了制造工艺成本 且 容易变形 焊接结构 的 耙齿易脱落 且不利于更换和维护 为解决平面三 角形 大料耙所存在 的问题 设 计 了 1种强度好 刚度 大 自重小且利于维护的 双层钢桁立体结构料 耙 其纵 向垂直断面为三角 形结构 如图 3 料耙上层底梁上设有料耙行走滚 轮及料耙驱动液压缸铰接 吊环固定 支座 上层 上 部梁上设有滑轮组 料耙各梁及杆件均 由截面大 小不等的异形钢管组成 1 液压缸铰接 吊环 固定支座2 滑轮组3 行走滚轮 图 3 双层立体料耙结构及有限元力学模型图 3 结构设计 根据结构特 点和受力情况 分析 确定料耙 具 体结构设计如图 3 料耙为双层钢桁立体结构 主 要承重梁在上层 上层 a梁称为底梁 其上设有料 耙行走滚轮及料耙驱动液压缸铰接 吊环固定支座 该梁承载最大 因此选用的异形钢管的截面最大 上层 b梁上设 有滑轮组 该点 滑轮组 与钢丝绳 手摇卷筒或电动葫芦 组成调节料耙角度的卷扬 机构 该梁截面也较大 下层 与上层底梁连接 的 梁受力也较大 因此选用的异形 钢管的截面也 较 大 下层 其他梁 用来栓 接耙齿 截 面相 对小些 其上各梁截面也不尽相同 起重运输机械 2 0 1 1 1 耙齿用圆钢制成 每个 耙齿通过 2组钩状螺 栓及螺母栓接在耙架上 每个 梁上的耙 齿端部用 同 1 根圆钢 串联焊在一起 圆钢对耙齿 起稳定作 用 同时圆钢也起到刮松物料作用 如图4 1 耙齿2 圆钢3 钩形螺栓4 耙架上梁 图 4 耙齿连接示 意图 4 力学计算 根据结构特点和受力情况 对料耙进行有 限 元分析计算 料耙钢结构是 由异形钢管组成 的空 问结构 受三维方 向的力和弯矩 作用 有 限元分 析时简化成空间钢架 料耙的杆件均简化为三维 弹性梁单元 为 了描述节点坐标 节点位移及节 点载荷方向等有 关参数 建立模型时取整体坐标 系为右手系 O X Y Z 其 中 y轴垂直向上 取料机料 耙 的有 限元 模 型图见 图 3 模型中节点的确定遵循如下原则 1 料耙钢 结构节点为模型的节点 2 连接点或施力点为模 型 的节点 约束 取料机料耙 上部通过滑轮用钢 丝绳与 塔架连接 下部 的行走滚轮支撑在桥梁上 的行走 横梁上 有 限元分析时料耙行走滚轮与行走横 梁 接触点及滑轮钢丝绳连接点约束 l z 2个方 向线 位移 在料耙驱 动液压缸 铰接 吊环 固定支 座处 约束 方向线位移 取料机 料耙 的载荷 1 料 耙 自重 y向 2 物料 阻力 向 均匀 分布在料 耙下平 面 3 动载系数取 1 1 5 计算结果 l 1 0 m圆形混匀堆取料机料耙的 2种设计方 案的计算最大应变 图见 图 5 图 6 2种 方案中料 耙各种载荷相 同 从应变 图得 出 平 面三角形结 构料耙最大变形为 1 6 1 m m 双层立体结构料耙最 起重运输机械 2 0 1 1 1 大变形为 5 7 mi l l 通过对 比很容易看出载荷相同时 双层立体结构料耙 刚度远大于平 面三角形结构料 耙 刚度 图 5 平面二 三 角形结构料耙最大变形图 6 总结 图 6 双层立体结构料耙最大变形图 料耙设计采用 了双层钢桁立体结构 重量轻 强度好 刚性大 变形小 运行平稳 减轻 了由 于料耙 的刚性不足在运 动过程 中引起 的桥梁及整 机的振动 同时改善 了料耙在往复运动 中驱 动液 压缸的受力状况 料耙耙齿 采用 栓接结构 更换 方便 利于设备 的使用维护 参 考文 献 1 成大先 机械设计手册 M 社 2 0 0 2 2 张质文 虞和谦 王金诺 等 北京 中国铁道出版社 1 9 9 8 北 京