干熄焦矩形焦罐大跨度底閘門結構設計

曹雨龍　蔣娟娟

摘 要：本文針對干熄焦矩形焦罐大跨度底閘門進行了結構的設計，且利用Solidworks軟件對其進行了力學分析，證實筋板設計及布置滿足使用要求。

關鍵詞：干熄焦，矩形焦罐，大跨度，結構設計，靜力分析

0引言

因裝焦量的要求，焦罐的尺寸及底閘門的跨度必須相對應，以滿足用戶現場的需要。本文針對某種干熄焦矩形焦罐大跨度底閘門（如圖1），該底閘門是由不銹鋼板焊接而成，因其跨度較大，特對底閘門進行了結構的優化設計[1]。

1.結構設計

因底閘門跨度較大，需保證襯板的安裝緊固（采用螺柱安裝），由此在底閘門基本結構的基礎上，將立板開孔，同時開孔處焊接小環板，以起到對立板的增強的作用，因上述小環板的存在，立板外側的筋板需要改短，同時因跨度較大，筋板需布置合理，同時還應考慮重量問題，因此將立板間的筋板間斷性改短，為確保設計的合理性及穩定性，特利用Solidworks軟件對其進行了力學分析[2]。

2.靜力分析

2.1幾何模型建立

底閘門為整體對稱結構，依據圖紙建立了底閘門的1/2幾何模型，采用Solidworks軟件，未經任何簡化而構建的，其幾何模型如圖1。底閘門內側立板形狀及筋板布置分別如圖2及圖3所示。

2.2有限元模型[3]

通過設置網格密度大小來進行網格劃分，網格因子越大，花費時間越短，分析得到的結果偏差大，網格因子越小，花費時間越長，分析得到的結果越準確，但是對計算機硬件的要求較高。

底閘門為整體對稱結構，為減少計算量，有限元分析時簡化成1/2模型，并且底閘門的三個銷軸中只有兩端的起到支撐作用，在Solidworks中將其轉化成有限元模型時只保留兩端的銷軸。利用軟件的智能劃分網格工具，將底閘門進行網格劃分，網格劃分后的有限元模型如圖4所示。

2.3約束條件設定及變應力加載

根據現場實際使用情況，將底閘門本體與車架接觸部分固定并且在兩端銷軸處添加鉸鏈約束。

2.4靜力分析結果

根據分析結果，可以看出，除局部應力超過70MPa外，其余絕大部分的應力值均在20MPa以下，不銹鋼材質在300℃的條件下的許用應力為114MPa，根據分析，此底閘門的結構完全滿足強度要求。并且底閘門的撓度最大為0.2mm，完全滿足剛度要求[4]。

3.結論

根據底閘門的應力分析結果及位移變形結果，可以推斷出此底閘門結構的設計滿足強度及跨度要求，且此種結構滿足了襯板的安裝要求，也減少了大跨度底閘門的重量，便于筋板的焊接。據考查，現場使用情況良好。通過理論與實踐均證明了此種底閘門結構的合理性及實用性，為以后大跨度底閘門的設計提供參考。

參考文獻：

[1]徐穎，周華. 現代結構優化設計理論淺析[J].礦山機械. 2003（11）.

[2]張鑫.優化設計在機械設計中的應用淺析[J].工業設計.2016（02）