大型回转窑筒体应力分析及校核.pdf

2014年7月
机械设计与制造工程
第43卷第7期
Machine Design and Manufacturing Engineering
Vol 43 No.7
DOI:10.3969/j-1is.2095-509X.2014.07.015
大型回转窑筒体应力分析及校核
周金水,王辰2,陈进
(1.上海宝钢化工有限公司,上海200942)
2.华东理工大学机械与动力工程学院,上海200237)
摘要:对某政造后的大型沥青焦回转窑设备进行了详细的受力分析,得到了大窑的剪力图和弯矩
图,并在此基础上对大窑进行了强度和刚度校核。分析结果表明,政造后大窑满足强度和刚度要
求,不需要对其结构进行调整。
关键词:回转窑;支反力;弯矩图;挠度
中图分类号:TF355.1
文献标识码:A
文章编号:2095-509X(2014)07-0065-04
大型回转窑是典型的多支承、变刚度、复杂重可视为作用于某一截面的集中载荷。具体而言,将
载的超静定系统,…一般筒体长、跨距大,要求大窑筒窑体、窑衬和物料质量假定为沿窑筒体均匀分布,
体必须具有足够的刚度和强度-2。某企业由于即将窑筒体、窑衬和物料自重作为均布载荷。实际
生产需要,对某大型沥青焦回转窑设备进行了局部大窑安装时有5.2%的斜度,但从保守角度,不考
改造,但在实际运行中频繁出现窑衬破裂和“红虑安装斜度对窑筒体、窑衬和物料自重的削弱影
窑”事故,因此为评估该改造后回转窑的强度和刚响,则沿整个连续梁的等效均布载荷集度为:
度是否满足要求,同时排查发生事故的原因,本文
384426×9.8
采用理论分析的方法对该大窑进行了详细的受力9=7.80+19.00+17.00+7.15
=73.94(kN/m)
分析,绘制了相应的剪力图和弯矩图,在此基础上
针对大窑筒体危险截面进行了强度和刚度校核。
1回转窑超静定连续梁模型
大窑窑体总长50.95m,外半径在1.375m
415m之间(窑体壁厚分别为20mm、32mm和
图1计算用超静定逹续梁模型
40mm)。窑体安装时采用倾斜安装,即窑体轴线与
水平线之间的倾斜角度为2.977(斜度为5.2%)。
在大窑的设计图纸中,齿圈是通过切向钢板与
窑体材料为Q345C,密度为7.85×10kg/m
大窑筒体相连,由于齿圈自重的作用区域相对比较
窑体(包括窑内件)质量为127426kg,改造后窑衬小,此将其作为集中载荷处理,齿圈质量为
质量为242000g,从保守角度物料设定为5273.72kg,集中载荷F为:
15000kg,总质量为384426k
F=5273.72x9.80=51.68(kN
为求得托轮对回转窑的支撑载荷和大窑不同
位置处的弯矩等载荷,将大窑视为超静定连续梁,2回转窑支撑载荷计算
如图1所示。图1中:L4=7.80m,L2=19.00m,
对简化得到的超静定连续梁模型(如图1所
=17.00m,L2=7.15m,a=2.70m。作用于大示),采用材料力学中的变形协调方程求解支撑
窑筒体上的载荷主要分为两大类:一类是沿筒体轴反力。将图1所示中间托轮支撑约東以约束反力
线分布的分布载荷,另一类是载荷作用长度较短,R2代替,如图2所示。
收稿日期:2014~-05-13
基金项目:宝钢集团科技攻关项目资助(C20041364
作者筒介:周金水(1967-),男,浙江衡州人,上海宝钢化工有限公司高级工程师,硕士,长期从事化工机械设备国产化、科研及技改工作。
2014年第43卷
机械设计与制造工程
0得
(12
将各载荷在第二支座处产生的挠度表达式代
入式(9)整理得:
图2计算用力学模型梨
R,=18.04e
由力和弯矩平衡方程分别可得到:
a.计算弯矩M,M2在第二支座处产生的挠
∑
MLム2(L-L)(2b-l2).M2ム2(L
∑M
1三
6ETL
6E/L
R1+R2+R3-qL-F=0
3)
R2,+R
(3)将计算得到的R值18.04代人式(13)并整理得:
R1=18.06q=133.27(kN)
R2=18.04g=133370(kN)
R3=15.55q=1149.50(kN.
(4
式中:E为材料弹性模量;为截面惯性矩;Q,为由3回转窑剪力图和弯矩图
悬伸段均布载荷简化得到的集中力。
回转窑支反力求出后,可以方便地给出其剪力
将式(2)、(3)、(4)带入式(1)中整理得
(Q)图和弯矩(M)图,分别如图3和图4所示。
4513.224.
(5
b.依据材料力学计算图2中由分布载荷q单
507,22
独作用时在第二支座处产生的挠度。
35.40
L, (L
24E
576.73
整理得
-620,83
(7)
图3回转窑剪力图
EI
c.分別计算集中力F和R2在第二支座处产生
1269.03
的挠度
由集中力F在第二支座处产生的挠度为
6E11
1890.)
2025.60
(8
樫理得
图4回转窑弯矩图
212.44
由图3和图4可知,支座1、支座2和支座3的
由集中力R3在第二支座处产生的挠度为
剪力和弯矩均比较大,在支座1处大窑筒体承受的
R
弯矩最大。在距窑尾17.36m处的大窑筒体承受
6F11
(10)的弯矩虽然比支座处的弯矩小,但是此处的筒体壁
整理得
厚是20mm,比较薄、因此该处也属于危险截面。
回转窑强度和刚度评定
支座R2处的实际挠度为零,由变形协调方程
选取支座1处和距容尾17.36m处的截面为