大型圓形堆取料機中心柱設計

胡建軍 陶瑛 張超

中材建設有限公司（100176）

大型圓形堆取料機中心柱設計

胡建軍 陶瑛 張超

中材建設有限公司（100176）

首先介紹了大型圓形堆取料機中心柱的結構，然后利用有限元軟件對中心柱進行模擬研究，保證中心柱系統支撐穩固，變形合理可控。

中心柱；圓形堆取料機；模擬計算

圓形堆取料機具有結構緊湊，占地面積小，廠房、基礎等一次性投資低的優勢。圓柱堆取料機按照功能分為三大部分：堆料機、取料機和中心柱。中心柱是其中非常重要的結構單元。上部支撐著來料膠帶機,并把物料導入懸臂膠帶機的導料槽內；中部支撐著整個懸臂堆料系統，并通過中柱的回轉帶動堆料機進行堆料作業。取料機主梁一端鉸接在中心柱下部的回轉軸承上，并圍繞回轉軸承進行回轉動作。最下面是中心料槽,中心料槽將取料機刮板刮取來的物料流入后,導入到出料膠帶機。

1 中心柱結構介紹

中心柱系統分為四個部分：上部回轉、中部傳動、下部支撐和中心料槽。

1）上部回轉

上部回轉部分最上面是滑動支撐座，用于支撐來料膠帶機及其鋼結構，這種支座只承受垂直載荷，可有效避免結構變形導致的水平巨大推力。中間部位配備回轉軸承，用于保持滑動支座不動，而下部結構隨堆料機一起回轉。下部是門式鋼結構，用來和中部傳動單元連接。

2）中部傳動

懸臂堆料系統通過鉸支座固定在中心傳動結構部件上。中心傳動部分配有大型傳動回轉軸承，軸承外圈是大齒圈。雙驅動減速電機輸出軸端配有小齒輪，通過齒輪傳動，驅動懸臂堆料機的回轉動作。液壓缸一端支撐在堆料機懸臂梁上，下部鉸接在結構上，驅動懸臂堆料機的仰俯動作。

3）下部支撐

下部支撐部分不但支撐上面傳遞下來的壓力，還要承擔取料機的部分重量，是受力最大的部件單元。下部支撐部分采用圓筒形設計，內徑有橫向和縱向加強筋，底部基座是十字形式的支撐箱梁，用螺栓固定在土建基礎上。

4）中心料槽

中心料槽部分位于結構最下面，基本都在地坑中,用于把取料機刮取來的物料導入到出料膠帶上。料槽表面鋪設有12 mm的不銹鋼耐磨層，既保證料槽的長使用壽命，又利于物料順利流入，避免堵料。

中心柱整體結構設計如圖1所示。

圖1 中心柱結構圖

圖2 中心柱有限元模型

2 中心柱有限元模擬計算及結果分析

2.1 模型的建立

模型見圖2，模型簡化原則及計算說明：

建模時不計焊縫體積；

焊縫的質量為理想狀態；

忽略不重要區域的小孔及小尺寸結構；

忽略工藝結構；

此計算為靜態載荷狀態下線性計算；

計算結果不含焊縫的殘余應力。

中心柱材質全部選用Q345-B鋼板，材料厚度小于16 mm時，屈服強度為345 MPa；當厚度為16～40 mm時，屈服強度為325 MPa。

2.2 邊界條件

約束：中柱底部基座四個底面固定。

載荷：自重，來料膠帶機、堆料機和取料機對其的壓力等。

2.3 計算結果

模擬結果見圖3和圖4。模擬結果顯示：

最大綜合變形量約為36 mm；

最大等效應力為498 MPa，應力偏大。

圖3 中心柱變形情況

圖4 中心柱應力分布

圖5為局部應力放大圖。模擬結果顯示，中心柱最下面十字支撐梁的加強立筋應力過大。原因是由于水平載荷引起的彎矩和豎直載荷都很大，而且對部件共同作用。根據上述結果進行了結構改進：將應力最大處的豎直鋼板（共4處）高度加高，端部長度伸出100 mm，并將相連的兩鋼板（共4處）的厚度由20 mm增加到30 mm,見圖6。

圖5 中心柱最大應力處

圖6 中心柱改進方案

改進后重新計算結果：

最大綜合變形量約為35 mm；

最大等效應力為228 MPa，安全系數為325/ 228=1.43，安全。

綜上所述，經過結構改進后，中心柱結構的強度和剛度滿足要求。

3 結語

利用ANSYS軟件對圓形堆取料機的中心柱進行模擬研究，建立了近似模型。通過計算模擬，改進了結構，保證了整個中心柱系統的穩定性。