斗輪堆取料機前臂架結構優化與設計

許源遠

摘 要：斗輪堆取料機是一種應用于散料堆取中的大型成套設備，其活躍于港口碼頭、發電廠以及礦山等地，并發揮出了極為重要的作用。隨著技術的進步以及經濟的發展斗輪堆取料機的需求及應用范圍也在不斷地擴大，為滿足這一需求及適應各種應用環境，斗輪堆取料機正在向著大型化、自動化以及系列化的方向發展。傳統的斗輪堆取料機前臂架由于結構形式導致前臂架的變形和局部應力都較大，從而對斗輪堆取料機的正常使用造成了極大的安全隱患。本文在分析斗輪堆取料機前臂架結構受力分析的基礎上提出了一種新的斗輪堆取料機前臂架結構形式，以滿足越來越大型化的斗輪堆取料機的安全需求。

關鍵詞：斗輪堆取料機；前臂架；結構優化；受力分析

中圖分類號：U260 文獻標識碼：A

斗輪堆取料機在現今的散料輸送中應用十分廣泛，其工作效率高、散料輸送能力強，因此在港口散料裝卸、電力煤炭運輸以及冶金等行業中得到了極為廣泛的應用。斗輪堆取料機按照主要結構主要分為斗輪機構、前臂架、帶式輸送機、回轉平臺門座以及行走機構和尾車等的部分組成，傳統的斗輪堆取料機前臂架多采用的是雙工字梁與回形鋼筋焊接的形式，其長度多控制在20m～50m的區間范圍內，并在斗輪堆取料機前臂架的前段頭部加裝一個重量在6t～20t范圍的斗輪機構，斗輪機構與斗輪堆取料機前臂架之前通過兩根拉桿銷之間進行相互連接。斗輪堆取料機前臂架是斗輪堆取料機中極為重要的組成部分，其主要承擔起斗輪回轉機構和物料輸送帶的重量，因此在斗輪堆取料機前臂架的結構形式上需要具備足夠的剛度。本文在對傳統斗輪堆取料機前臂架結構形式進行受力分析的基礎上提出了一種新型的斗輪堆取料機前臂架結構形式以解決傳統斗輪堆取料機前臂架形式所存在的一些不足。

1.斗輪堆取料機前臂架結構受力分析

1.1 傳統斗輪堆取料機前臂架結構受力分析

在傳統的斗輪堆取料機前臂架結構形式中存在著應力和變形過大的問題，從而導致斗輪堆取料機前臂架存在著局部剛性較差的問題，從而對斗輪堆取料機的正常使用造成了較大的安全隱患。在傳統的斗輪堆取料機前臂架結構形式中主要采用的有桁架和梁柱兩種結構形式，其中桁架結構多數采用的是型材和鋼板焊接的形式，桁架結構所采用的這一形式具有良好的受力，且斗輪堆取料機前臂架頭部不會存在積料的缺陷，但是采用桁架的結構形式將會帶來極大的焊接工作量，且如在焊接過程中未能做好質量把控致使焊接的過程中斗輪堆取料機前臂架中的某一處存在焊接缺陷將會導致斗輪堆取料機前臂架存在重大的安全隱患。現今的斗輪堆取料機前臂架中主流采用的是梁柱結構形式的斗輪堆取料機前臂架，其主體主要采用的是雙工字梁通過回型鋼筋板焊接而成的，在對其進行加工的過程中需要將腹板平行下斜采用此種方式制作的斗輪堆取料機前臂架具有制作方便、結構合理運輸方便等的特點。

斗輪堆取料機前臂架在運行的過程中會受到斗輪堆取料機頭部斗輪的重量以及斗輪在運行過程中所受到的挖掘力、拉桿的拉力以及前臂架自身機構上各部件自身的重力等力的作用。在斗輪堆取料機工作的過程中斗輪堆取料機前臂架會因所受到的力而產生變形，通過對斗輪堆取料機前臂架的變形趨勢進行研究分析后發現，在斗輪堆取料機前臂架的變形中斗輪堆取料機頭部斗輪部分的變形量最大，造成這一現象的主要原因是斗輪堆取料機前臂架自身以及斗輪堆取料機前臂架上各部所承受的重力所造成的。

1.2 斗輪堆取料機前臂架結構形式所存在的缺陷

傳統斗輪堆取料機前臂架由于受到結構的影響通過對其進行受力分析后可以發現其存在著一些缺陷：（1）通過對斗輪堆取料機前臂架進行受力分析后發現在斗輪堆取料機前臂架的拉絞桿處由于受力較大導致應力集中從而致使其存在著較大的安全隱患。此外，斗輪堆取料機前臂架會手受到斗輪堆取料機前臂架及其上面部件自重所產生的力的作用，從而使得斗輪堆取料機前臂架的拉絞桿處受到水平向右的拉力的作用，通過對這一向右的拉力進行分解后將其分為水平方向的力和豎直方向的力，其中拉絞桿處所受到的水平力與斗輪堆取料機前臂架自重對拉絞點所產生力的水平分力進行相互疊加將會導致拉絞桿處受到極大的水平力的作用。在對此處通過有限元進行受力分析時其所受到的應力值較大。此外，在斗輪堆取料機前臂架工作的過程中，斗輪堆取料機前臂架在進行俯仰運動時其拉絞點所受到的力是持續變化的，為確保斗輪堆取料機的安全使用應當對斗輪堆取料機前臂架進行疲勞強度的考慮。斗輪堆取料機中的鉸座焊接于斗輪堆取料機前臂架的上面，因此鉸座與斗輪堆取料機的安全性密切相關。在斗輪堆取料機工作的過程中斗輪堆取料機前臂架會受到重力以及自重的作用，從而導致斗輪堆取料機前臂架承受較大的變形作用，因此斗輪堆取料機前臂架需要具備較大的剛度，避免因剛度不足而導致斗輪堆取料機前臂架在運行的過程中出現振動等的缺陷，從而對斗輪堆取料機前臂架的正常運行帶來極大的安全隱患。

2.新型斗輪堆取料機前臂架的設計及受力分析

上面對傳統斗輪堆取料機前臂架的結構形式及受力進行分析后對斗輪堆取料機前臂架所存在的缺陷進行分析。為解決斗輪堆取料機前臂架所存在的問題，本文提出了一種新型的斗輪堆取料機前臂架結構形式，通過對斗輪堆取料機前臂架上一些關鍵的受力部分進行了改進，從而有效地增強了斗輪堆取料機前臂架的安全性與穩定性。新設計的斗輪堆取料機前臂架的結構形式主要采用的是將臂架形式更改為向上拱的弧形，其上拱的弧度控制在1/1000～2/1000的區間范圍內，對于弧度的選擇需要充分考慮斗輪堆取料機的噸位和斗輪堆取料機前臂架的長度來對其進行選取。新型斗輪堆取料機前臂架的截面圖如圖1所示。

采用新型的斗輪堆取料機前臂架由于在設計和制作的過程中使其具有一定的向上的預拱使得其預拱變形能夠抵消一部分的自重變形，進而減小斗輪堆取料機前臂架的變形量提高斗輪堆取料機前臂架的剛度。對于斗輪堆取料機前臂架上的拉絞點處，通過受力分析后發現其所受到的水平拉桿力與其他力之間相互抵消，從而極大地提高了斗輪堆取料機前臂架運行的安全性。

結語

采用新型的斗輪堆取料機前臂架能夠使得斗輪堆取料機前臂架的受力更為均衡，斗輪堆取料機前臂架的強度和剛性大為提高，運行的安全性也大為加強。

參考文獻

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