排土机环形支架焊接板材结构的设计.pdf

排土机环形支架焊接板材结枃的设计
孙光辉于万胜2关玉明许波
1天津福臻工业装备有限公司天津3001302河北工业大学天津300130
摘要:环形支架由不同厚度的板材焊接而成,在排土机中承截上部回转机构、排料臂和受料臂的大部分
重力,是排土机结构中的重要支撑部件。本文对环形支架的结构和受力进行分析;在 Solidworks中建立结构的
模型,利用有限元分析模块 Simulation对结构进行线性静态分析,获得了结构的应力、应变以及安全系数的图
解,为环形支架安全性的校核以及设计板材时焊缝的合理布置提供了重要的参考,对结构的优化设计具有重要
的指导意义
关键词:排土机;环形支架;受力分析; Simulation;优化设计
中图分类号:D421.6文献标识码
文章编号:1001-0785(2013)09-0025-04
Abstract: The ring support is welded with plates in different thicknesses, bearing a large majority of weight of the
upper swing mechanism, discharge arm, and receiving arm of the dumping plough, which is an important supporting par
of its structure. The paper analyzes the structure and stress of the ring support, with coresponding model built in Solid-
Works Linear static analysis is performed fr its structure y fni e element analysis moule-simulation, to figure out the il-
lustration of stress, strain, and safety factor, providing mpor ant reference safety check of the ring support and reasonable
layout of welding during plate design, which shows significant guidance for optimal design of the structure
Keywords: dumping plough; ring support force analysis; Simulation; optimal design
0引言
排土机上部回转机构、受料臂、排料臂的大
部分重力都由环形支架承载,环形支架由200多块
排土机是露天煤矿连续或半连续开采成套设不同厚度的板材焊接而成,且排土机的工作条件
备的一部分,主要用于排放开采过程中大量的表恶劣、工作载荷复杂、体积庞大。因此,环形支
层剥离物。它主要包括受料臂、排料臂、上部回架板材焊接时焊缝的布置对整个环形支架的强度、
转机构、行走机构、平衡臂、撑杆等。
可靠性和稳定性有着重要的意义。
上部回转机构是排土机的骨架,为大型钢结
构,主要包括塔架和上部环形支架两部分。平衡臂1环形支架的结构
依靠钢缆绳吊挂在塔架顶端的滑轮组上,平衡臂
环形支架由200多个不同厚度的板材焊接而
上设有电柜、配重等;排料臂依靠液压缸、撑杄成,其横截面为圆内井字形,由上、下盖板和立
和钢缆绳吊挂在塔架上,通过控制液压缸的伸缩板焊接而成,其底部下盖板通过球珠联合式回转
实现排料臂的不同工作位置;受料臂的一端通过支承支撑在底座上(回转支承的刚度远大于环形
万向球铰铰接在塔架的支撑架上;塔架上布置有支架的刚度),且能通过回转支承的转动来调动
司机操作室、楼梯、站台等,如图1。
上部回转机构的位置;側边焊接2个伸出的矩形
支撑用于支撑塔架,塔架和环形支架近似为固
结;上部设有吊杆枢轴,通过吊杆枢轴的关节
轴承连接排料臂,实现排料臂的上下转动,吊
杆枢轴的支撑架立板和环形支撑立板在同一竖
履带行走机构2.受料3.配重臂4.塔架
直面内。总体高度为1.8m,直径4.25m,质
5.排料臂6.回转机构7.底座
量31004.9kg
图1排土机整体结构
《起运翰机械》2013(9)
2工况分析
根据环形支架的实际结构,建立环形支槊的
三维模型。但由于实际环形支架的结构中包含许
排土机总体高度24.69m,总长100m,排料多倒角、穿孔,无法完成网格划分。因此,在进行
臂长50m,受料臂长50m。由排土机的工作状况有限元分析前,要对模型进行修改,除去倒角、
可知,环形支架不仅承受塔架、排料臂上的全部焊缝以及实际焊接、装配时的工艺孔等复杂结构,
载荷,还承受受料臂的部分载荷。以下对非工作如图2。
状况和工作状况下的结构进行受力分析。
1)非工作状况下,作用在环形支架上的力有
垂直力Fy:塔架自重F塔,排料臂的臂架自重
受料臂自重F愛,配重臂自重F配,楼梯和站台重
カF,其他部分重力F;水平力Fm:作用在塔
架上的风力F风,作用在排料臂上的风力F反排,
作用在受料臂上的风力F凤要,作用在楼梯和站台
上的风力F风機。
2)工作状况下,除了非工作状况下的受力
图2 Solid W orks中的模型
外,还需考虑工作风载荷,受料臂、排料臂和塔
架上的物料重力,以及配重小车位置的变化。
2)进行线性静态分析
垂直力F、力矩M和水平力F:的承受位置
启动 Solidworks中的 Simulation插件,新建算
是支撑塔架的环形支架的外伸端和吊杆枢轴的焊例,输人算例名称,选择算例类型为静态,属性
接处。
为大型位移,解码器采用 FFEPLUS算法
外伸端的垂直作用力
环形支架的板材为Q345E,是低合金高强度
塔十っ排
F母+F配
其
钢板,单击应用材料,定义材料属性:弹性模量
楼
2.10x10°MPa,泊松比0.28,抗剪模量7.9x10
吊杆枢轴的垂直作用力
MPa,密度7800kg/m',张力强度670MPa,屈
服强度345MPa,热膨胀系数1.1x10-/K,热导
总的水平作用力
率14W/(m?K),比热容440J/(kg?K)。
H=F该+上风+风受+上风楼
单击“火具”选择固定几何体,环形支架的
总的力矩
下盖板通过螺栓紧固在回转支承上,在这里用环
M=F培?L+F排?L排ーF?受ー
面代替下盖板的螺栓紧固面。
单击“外部载荷”,分别在力的两个作用位置
根据相关的数据,可计算出环形支架垂直添加垂直力(如图3)。
作用力Fv=2927375N、F、2=440614N。F
作用在两个伸出端,Fy2作用在吊杆柩轴的连
接处。
3环形支架的CAE分析
利用 Simulation插件与 Solid Works无缝集成,
依靠单一屏幕解决方案,基于有限元分析(FEA)
技术,采用求解关于场问题的一系列偏微分方程
图3带夹具、载荷后的环形支架的剖视图
的数值方法对结构进行设计分析。
1)简化实际模型,建立环形支架的三维模型