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1、配重式頂堆側(cè)取堆取料機(jī)結(jié)構(gòu)研究 摘要：本文針對(duì)目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用比較廣泛的配重式頂堆側(cè)取堆取料機(jī)這種機(jī)型，闡述了設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理方面。并根據(jù)設(shè)備實(shí)際受載荷情況，對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的剛度、強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算校核。模態(tài)分析得出了結(jié)構(gòu)的前十階模態(tài)振型和固有頻率，結(jié)合對(duì)外部激勵(lì)頻率的分析，驗(yàn)算得出外部激勵(lì)不會(huì)造成設(shè)備的共振。關(guān)鍵詞：堆取料機(jī)；動(dòng)靜力學(xué)分析及優(yōu)化；模態(tài)分析；安裝順序中圖分類號(hào)：TH23文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A目前在我國(guó)包括國(guó)際上的料場(chǎng)設(shè)備都在向占地小、儲(chǔ)量大、產(chǎn)能大、污染小、自動(dòng)化程度高等方面發(fā)展。頂堆側(cè)取式堆取料機(jī)正是針對(duì)該發(fā)展方向而設(shè)計(jì)的一種全新型
2、工藝設(shè)備。本類型設(shè)備堆料工藝采用頂部錐殼堆料法，取料工藝采用分區(qū)分層側(cè)式刮板取料法。該類設(shè)備根據(jù)取料機(jī)支撐形式的不同分為配重式和門架式，堆料機(jī)又可分為水平不變幅和液壓俯仰可變幅型。本文闡述的是堆料機(jī)水平不變幅，取料機(jī)采用配重式結(jié)構(gòu)。型號(hào)為YGC2000·3000/120，取料能力2000t/h，堆料能力3000t/h，料場(chǎng)直徑120m的配重式頂堆側(cè)取堆取料機(jī)。1設(shè)備的結(jié)構(gòu)及工作原理7一個(gè)完整的料倉(cāng)系統(tǒng)主要包括入料（棧橋膠帶機(jī)）系統(tǒng)、堆取料機(jī)、出料（膠帶機(jī)）系統(tǒng)、土建及穹形網(wǎng)架等幾部分。本文僅介紹堆取料機(jī)內(nèi)容，一個(gè)完整的堆取料機(jī)主要由中
3、柱、堆料機(jī)、取料機(jī)、中心落煤斗幾部分組成。堆料機(jī)和取料機(jī)可以同時(shí)或分別圍繞中柱回轉(zhuǎn)完成堆料及取料作業(yè)。堆料時(shí)堆料機(jī)將堆料機(jī)頂部的棧橋膠帶機(jī)上運(yùn)來(lái)的物料通過(guò)料斗轉(zhuǎn)運(yùn)至懸臂膠帶機(jī)上并在料場(chǎng)內(nèi)實(shí)施定點(diǎn)堆料，當(dāng)料堆達(dá)到設(shè)定的高度時(shí)堆料機(jī)回轉(zhuǎn)3度繼續(xù)堆料，如此往復(fù)直至將料場(chǎng)堆滿。取料時(shí)取料機(jī)在料堆的另一側(cè)進(jìn)行取料作業(yè)，取料的方式為分層取料，即刮板深入到料堆的一個(gè)預(yù)定深度后回轉(zhuǎn)取料。刮板將物料連續(xù)刮落到中柱底部的中心落料斗內(nèi)并通過(guò)地坑膠帶機(jī)將物料運(yùn)出，取料過(guò)程中取料臂圍繞中柱回轉(zhuǎn)，當(dāng)取完一層物料后由鋼絲繩卷?yè)P(yáng)控制的取料臂下降一個(gè)設(shè)定的高度繼續(xù)逆向
4、回轉(zhuǎn)取料，直至將區(qū)域內(nèi)的物料取凈，期間如需換堆時(shí)可將取料臂提升至設(shè)定高度進(jìn)行回轉(zhuǎn)調(diào)車作業(yè)。2結(jié)構(gòu)的動(dòng)靜力學(xué)分析該圓形料場(chǎng)堆取料機(jī)的金屬結(jié)構(gòu)主要采用碳素結(jié)構(gòu)鋼Q235和Q345。這兩種材料許用應(yīng)力按照σ=（0.5σs+0.35σb7）/n計(jì)算，二者的許用應(yīng)力分別為165.8MPa和224.7MPa，通常將閾值設(shè)定在160MPa和220MPa。根據(jù)設(shè)備實(shí)際受載荷情況，結(jié)構(gòu)的靜力學(xué)分析主要對(duì)金屬結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度計(jì)算及校核，參照材料的需用應(yīng)力對(duì)受力集中部位進(jìn)行優(yōu)化加強(qiáng)，對(duì)受力偏小的部位進(jìn)行合理的減重設(shè)計(jì)以降低設(shè)計(jì)制造和使用成本。計(jì)算金屬結(jié)構(gòu)上
5、關(guān)鍵點(diǎn)在不同組合工況下的位移值，對(duì)位移值大的部位根據(jù)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，通過(guò)改變結(jié)構(gòu)或加大構(gòu)件截面或改變聯(lián)接的方法來(lái)增加金屬結(jié)構(gòu)的剛度。圓形堆取料機(jī)在進(jìn)行作業(yè)的過(guò)程中，往往還受到很多外部振動(dòng)激勵(lì)的作用。如果這些外部激勵(lì)的頻率與設(shè)備自身的固有頻率接近或一致，就會(huì)產(chǎn)生共振現(xiàn)象而導(dǎo)致設(shè)備破壞。因此，不僅需要對(duì)設(shè)備結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力校核，還需要對(duì)設(shè)備進(jìn)行振動(dòng)特性分析。模態(tài)分析是振動(dòng)分析的一種，也是振動(dòng)分析的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)設(shè)備進(jìn)行模態(tài)分析，可以對(duì)設(shè)備的基本振動(dòng)參數(shù)有一個(gè)初步的了解，同時(shí)模態(tài)分析也是機(jī)械結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)階段避免振動(dòng)破壞的一個(gè)重要手段。堆取料機(jī)的外部激勵(lì)主要
6、集中表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：第一，外部隨機(jī)載荷激勵(lì)。物料經(jīng)棧橋落入堆料落煤斗瞬時(shí)沖擊的隨機(jī)振動(dòng)。由于風(fēng)載的幅值也呈現(xiàn)隨機(jī)性，使得中柱支腿抵抗傾翻的力矩呈隨機(jī)性。7第二，回轉(zhuǎn)部件引起的激勵(lì)。堆取料機(jī)回轉(zhuǎn)作業(yè)及刮板臂變幅的動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置，驅(qū)動(dòng)電機(jī)轉(zhuǎn)子的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致基座法蘭與固定法蘭之間的連接螺栓產(chǎn)生松動(dòng)，使得驅(qū)動(dòng)電機(jī)的輸出扭矩不平穩(wěn)，在與減速器齒輪嚙合的過(guò)程中容易產(chǎn)生振動(dòng)。另外，膠帶機(jī)托輥由于長(zhǎng)期的磨損引起質(zhì)量偏心，導(dǎo)致堆料臂的不規(guī)則振動(dòng)。第三，刮板與物料的撞擊及刮板每次刮取物料時(shí)與料堆的撞擊，以及鏈條繞過(guò)鏈輪時(shí)鏈節(jié)撞擊鏈輪和鏈條的拍動(dòng)，這兩種撞擊
7、也會(huì)引起設(shè)備的晃動(dòng)。第四，堆料機(jī)回轉(zhuǎn)堆料過(guò)程中，需頻繁的進(jìn)行起停動(dòng)作。由于堆料機(jī)臂架尺寸較大，啟停瞬時(shí)產(chǎn)生的制動(dòng)力將對(duì)中柱產(chǎn)生較大的扭矩，加劇設(shè)備的晃動(dòng)等。模態(tài)分析的主要目的是計(jì)算結(jié)構(gòu)的振動(dòng)特征參數(shù)，尤其是結(jié)構(gòu)的固有頻率。機(jī)械設(shè)備的固有頻率與結(jié)構(gòu)本身的尺寸、質(zhì)量以及剛度有關(guān)。模態(tài)是結(jié)構(gòu)的固有特性，圓形料場(chǎng)堆取料機(jī)的模態(tài)分析就是求解它的固有頻率和固有振型，這些振動(dòng)特征與結(jié)構(gòu)的載荷無(wú)關(guān)，因此，模態(tài)分析的有限元模型需要將結(jié)構(gòu)的外部載荷隱含。這里采用PRO/E對(duì)模型進(jìn)行前處理以后導(dǎo)入ANSYS中進(jìn)行求解，得到前10階的模態(tài)振型圖，各階模態(tài)振動(dòng)
8、情況以及固有頻率如表1所示。模態(tài)結(jié)果分析如下：取料輸送機(jī)的運(yùn)行速度是0.7m7/s，刮板間距是1m，刮板沖擊載荷的頻率為f1=（0.7m/s）/1m=0.7Hz。刮板輸送機(jī)尾部鏈輪的半徑為0.809m，改向滾筒的轉(zhuǎn)速為ω
