斗輪堆取料機前拉桿優化設計的研究

李剛

【摘 要】斗輪堆取料機，前臂架一般由兩根工字梁組成，由于斗輪近似在前臂架的一側，造成兩根拉桿受到的拉力不等，進而造成前臂架兩側不平而受扭。本文通過分析彈性模量表達式，找到改善方法，進而評估兩種方法的優劣，為斗輪堆取料機前拉桿的設計，提供幫助。

【關鍵詞】斗輪機；前拉桿；研究

【Abstract】The bucket wheel stacker and recliamers boom is made of two I-beams. Because of that the bucket is in one side of the front beam， and the rods bear different tension force， and the front beam will be un-balance. We analysis the formula of modulus of elasticity and search the method to modify the situation， then match the methods to help the bucket wheel stacker and reclaimers design.

【Key words】Stacker and reclaimer； Rod； Research

1 背景介紹

斗輪堆取料機是現代化工業大宗散裝物料連續裝卸的高效設備，目前已廣泛應用于港口、碼頭、冶金、水泥、鋼鐵廠、焦化廠、儲煤廠、發電廠等散料（礦石、煤、焦炭、砂石）存儲料場的堆取作業[1]。斗輪堆取料機由斗輪機構、前臂架、前臂架帶式輸送機、上部結構、回轉平臺、門座、行走機構、回轉機構、尾車、拉桿系統等部件和機構組成。斗輪堆取料機的前臂架一般由雙工字梁通過回形筋板焊接而成，其長度一般在20～60m之間，在前臂架的頭部有一質量為6～20t的斗輪機構，在靠近斗輪機構處兩根拉桿通過銷軸連接起前臂架，拉桿的另一端連接在立柱頂部，前臂架的尾部通過銷軸與立柱下部相連，前臂架上面布置帶式輸送機用于物料的輸送[2]。

圖1 斗輪堆取料機

前臂架、斗輪機構、皮帶機系統、物料等重力均由前臂架鋼結構與前拉桿承受。前臂架與皮帶機系統的載荷可以近似認為兩側工字梁均分，引起的前拉桿拉力是相等的。但是斗輪機構是布置在前臂架的一側工字梁上，這一側前拉桿承受的拉力也因為斗輪機構的偏心布置影響變大了。這樣前臂架兩側工字梁受力不同，引起兩側前拉桿受力不同，前臂架的垂向變形不同，使前臂架處于一種受扭狀態，造成兩側工字梁的回形筋受垂向載荷，因此我們有必要，采取措施，減小這種偏差引起的變形。

2 前拉桿受力分析

我們以一臺太原的斗輪堆取料機為例，其前臂架工字梁結構的受力分析如圖2、圖3所示，我們取前臂架水平工況，其中GA代表前臂架及皮帶機系統的自重、GB代表斗輪機構的自重。由于自重影響，斗輪側和非斗輪側的拉桿拉力分別為F1和F2，忽略拉桿自重產生的影響，計算拉桿受到的拉力及變形。

兩側的拉桿，其彈性模量：

當兩根拉桿橫截面積相同時，產生的變形與拉力成正比。兩根拉桿受力不同，即F1≠F2的時候，兩側拉桿的伸長量不同，此時要使前臂架還能保持水平不受扭，可以有以下兩種方法。

圖2 前拉桿受力圖

圖3 有限元模型圖

2.1 縮短斗輪側拉桿長度

在拉桿橫截面積相同的情況下，拉桿的伸長量與拉桿受到的拉力成正比。因此減少斗輪側拉桿長度，可以達到目的：拉桿受力狀態下，前臂架呈水平狀態不受扭。減少的長度為：？駐l=？駐l1-？駐l2。太原斗輪機的參數為：拉桿設計長度l=21000mm，橫截面積A=10000mm2，斗輪側拉桿受到的拉力為：F1=480kN，非斗輪側拉桿受到的拉力為：F2=400kN，鋼材的彈性模量為：E=2.1e5N/mm2。

斗輪側拉桿產生的變形量為：

有限元計算結果與公式計算結果非常接近（因為前臂架兩側工字梁中間有筋板相連，有一定的剛度）。要實現斗輪側與非斗輪側拉桿工作時候，前臂架水平不受扭，斗輪側拉桿需要預先減少長度為？駐l=0.8mm，在有限元模型中，加入預應變：

？著=？駐l/l=0.8/21000

如圖6所示。

圖6 拉桿的實常數值設置

計算變形，水平變形結果如圖7，垂直變形結果如圖8所示。

圖7 斗輪機前臂架變形圖-水平

圖8 斗輪機前臂架變形圖-垂直

有限元計算結果顯示，兩側拉桿受力后，變形基本一致。

2.2 增大斗輪側拉桿橫截面積

計算變形，水平變形結果如圖9，垂直變形結果如圖10所示。

圖9 斗輪機前臂架變形圖-水平

圖10 斗輪機前臂架變形圖-垂直

有限元計算結果顯示，兩側拉桿受力后，變形基本一致。因此，通過增加斗輪側前拉桿的橫截面積，也可以使斗輪堆取料機前臂架水平而不發生扭曲。

3 結論

對于斗輪堆取料機前臂架，由于斗輪在前臂架的一側，造成兩側拉桿受力不同，如果使用完全相同的兩根拉桿，會造成前拉桿受拉變形量不同，進而造成前臂架不平而受扭。

本文提出的通過預先減短斗輪側拉桿長度或者增加斗輪側拉桿的橫截面積，可以使前拉桿受拉變形后，前臂架的兩側工字梁近似處于同一平面，消除受扭情況。

兩種處理方式都可以實現相同的效果，那么實際（下轉第44頁）（上接第10頁）工程中，該選用哪種處理方式呢？我們需要進一步評估前拉桿的兩種處理方式。

兩根拉桿由于受力大小不同，采用第一種處理方式：預減少斗輪側拉桿長度。可以通過調節拉桿連接板長度，處理簡便。易實現。采用第二種處理方式：增大斗輪側拉桿橫截面積。可以實現兩側拉桿拉應力相同，即兩側拉桿，受力大的，橫截面積大，有相同的安全系數，使拉桿受力更合理。材料的利用和設備安全性更好。因此，第一種方法簡單，便捷；第二種方法偏安全，合理。

【參考文獻】

[1]百度百科-斗輪堆取料機[OL].

[2]萬正喜，丁寧.斗輪堆取料機前臂架受力分析及優化設計[J].起重運輸機械，2013.

[3]材料力學（第五版）[M].

[責任編輯：王楠]