拉桿件結構的實用設計與分析

劉英磊 張棟生 倪森林

（北方重工裝卸設備分公司設計所，遼寧 沈陽 110027）

拉桿件結構的實用設計與分析

劉英磊 張棟生 倪森林

（北方重工裝卸設備分公司設計所，遼寧 沈陽 110027）

摘 要：拉桿是堆取料機等大型設備上十分關鍵的部件，它使懸臂結構與主體結構之間得到良好有效的連接，其在設備工作運行時起著舉足輕重的作用，一旦其強度不滿足要求出現問題必然會產生嚴重的后果。因此，在設計時需要得到應有的分析計算與校核。

關鍵詞：拉桿；結構；分析；強度校核

1 概述

堆取料機上的拉桿至少有四種，其中一種是連接懸臂梁及配重梁與設備主體的連接構件，承受拉力較大。本文主要以該種拉桿進行分析闡述。

在設計每一個拉桿時，都需要進行分析計算出拉桿所受到的外力，之后計算拉桿的截面和拉桿耳環處的兩個危險截面是否滿足安全要求，分析板寬，板厚，結構是否合理，拉桿耳環的兩個危險截面的計算較為復雜，尚沒有十分精準的計算，所以設計計算就更加重要、須更仔細。值得一提的是：拉桿母板的長度方向必須是板材的軋制方向；且最多只能拼接一處，必須是全熔透坡口焊縫，超聲波探傷（UT），探傷至少100%BⅡ級。

2 拉桿的幾種結構

拉桿耳環的結構形式一般有三種，一種是耳環用厚板，拉桿體用薄板結構，厚板與薄板開坡口對接焊縫，采用100%探傷，如圖1所示。這種結構在國外用的比較多，結構簡單經濟。但焊縫要求質量必須保證。國內用的比較少，因為焊縫質量一旦出現問題，后果不堪設想。第二種是鑲嵌軸套的結構，如圖2所示。這種結構首先需將母版切割出適當圓孔，再鑲焊具有一定厚度的軸套。相對來說，這種結構形式制造工時較多，制造成本較高。但其質量容易保證。第三種是貼焊臍板結構，即在拉桿的母板耳環外表面加貼鋼板來增加耳環的抗拉和抗擠壓能力，如圖3所示。這種結構經濟，設計時需要經過詳細校核驗算。

圖2

圖3

3 臍板結構拉桿力學分析

斗輪機堆取料機前拉桿共兩支，每支拉桿由兩片拉板（即母板）組成與梁上一支單鉸耳鉸接成副。在設備的前期設計時s，計算出每支前拉桿受力F，在實際中設計時代入具體數據即可。以貼焊臍板的結構為例，如圖4所示，計算分析如下。

3.1 孔壁的擠壓應力

3.4 校核

各部分應力σ≤[σbs]/k

σbs——鋼板屈服強度；

k——安全系數。

在大量的實例中，發現A-A截面應力偏大，隨著設備的長期使用，考慮到額外因素（腐蝕、疲勞等），結構截面強度有潛在危險。

圖5

4 優化設計

考慮到貼焊臍板結構加工制造優勢，在沒有特別的限制或要求情況下，這種結構形式是普遍采用的，但是據以上設計計算時，發現有些位置空間冗余，有些截面又可能會出現不安全后果。所以在已有結構基礎上，結合各部分的應力值，對可優化截面進行改進，將應力值較小的位置，將其截面適當減小，將應力值略大的截面適當加大。

做出優化結構如圖5所示，這樣使得結構更具合理性。

結語

從大型設備整體方面分析，拉桿會根據需要安裝在不同的位置，進而起到相應的作用。然而工況的不同，設備會有偏載，使得不同位置的拉桿拉力不同，受此影響，拉桿的某些部位會發生應力集中，所以在設計計算應力值時，就需要分別考慮到偏載（計算時加入偏載系數）和應力集中（計算時加入應力集中系數），這是十分必要的。

參考文獻

[1]張質文，虞和謙，王金諾，包起帆.起重機設計手冊[M].北京：中國鐵道出版社，1998.

[2]成大先.機械設計手冊[M].北京：化學工業出版社，2007.

[3]單輝祖.材料力學教程[M].北京：高等教育出版社，2004.

中圖分類號：TU356

文獻標識碼：A