配重式顶堆侧取堆取料机结构研究

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1、配重式顶堆侧取堆取料机结构研究　　摘要：本文针对目前国内应用比较广泛的配重式顶堆侧取堆取料机这种机型，阐述了设备的结构及工作原理方面。并根据设备实际受载荷情况，对金属结构的刚度、强度进行计算校核。模态分析得出了结构的前十阶模态振型和固有频率，结合对外部激励频率的分析，验算得出外部激励不会造成设备的共振。关键词：堆取料机；动静力学分析及优化；模态分析；安装顺序中图分类号：TH23文献标识码：A目前在我国包括国际上的料场设备都在向占地小、储量大、产能大、污染小、自动化程度高等方面发展。顶堆侧取式堆取料机正是针对该发展方向而设计的一种全新型

2、工艺设备。本类型设备堆料工艺采用顶部锥壳堆料法，取料工艺采用分区分层侧式刮板取料法。该类设备根据取料机支撑形式的不同分为配重式和门架式，堆料机又可分为水平不变幅和液压俯仰可变幅型。本文阐述的是堆料机水平不变幅，取料机采用配重式结构。型号为YGC2000·3000/120，取料能力2000t/h，堆料能力3000t/h，料场直径120m的配重式顶堆侧取堆取料机。1设备的结构及工作原理7一个完整的料仓系统主要包括入料（栈桥胶带机）系统、堆取料机、出料（胶带机）系统、土建及穹形网架等几部分。本文仅介绍堆取料机内容，一个完整的堆取料机主要由中

3、柱、堆料机、取料机、中心落煤斗几部分组成。堆料机和取料机可以同时或分别围绕中柱回转完成堆料及取料作业。堆料时堆料机将堆料机顶部的栈桥胶带机上运来的物料通过料斗转运至悬臂胶带机上并在料场内实施定点堆料，当料堆达到设定的高度时堆料机回转3度继续堆料，如此往复直至将料场堆满。取料时取料机在料堆的另一侧进行取料作业，取料的方式为分层取料，即刮板深入到料堆的一个预定深度后回转取料。刮板将物料连续刮落到中柱底部的中心落料斗内并通过地坑胶带机将物料运出，取料过程中取料臂围绕中柱回转，当取完一层物料后由钢丝绳卷扬控制的取料臂下降一个设定的高度继续逆向

4、回转取料，直至将区域内的物料取净，期间如需换堆时可将取料臂提升至设定高度进行回转调车作业。2结构的动静力学分析该圆形料场堆取料机的金属结构主要采用碳素结构钢Q235和Q345。这两种材料许用应力按照σ=（0.5σs+0.35σb7）/n计算，二者的许用应力分别为165.8MPa和224.7MPa，通常将阈值设定在160MPa和220MPa。根据设备实际受载荷情况，结构的静力学分析主要对金属结构的强度、刚度计算及校核，参照材料的需用应力对受力集中部位进行优化加强，对受力偏小的部位进行合理的减重设计以降低设计制造和使用成本。计算金属结构上

5、关键点在不同组合工况下的位移值，对位移值大的部位根据结构特点，通过改变结构或加大构件截面或改变联接的方法来增加金属结构的刚度。圆形堆取料机在进行作业的过程中，往往还受到很多外部振动激励的作用。如果这些外部激励的频率与设备自身的固有频率接近或一致，就会产生共振现象而导致设备破坏。因此，不仅需要对设备结构进行静力校核，还需要对设备进行振动特性分析。模态分析是振动分析的一种，也是振动分析的基础。通过对设备进行模态分析，可以对设备的基本振动参数有一个初步的了解，同时模态分析也是机械结构设计阶段避免振动破坏的一个重要手段。堆取料机的外部激励主要

6、集中表现在以下几个方面：第一，外部随机载荷激励。物料经栈桥落入堆料落煤斗瞬时冲击的随机振动。由于风载的幅值也呈现随机性，使得中柱支腿抵抗倾翻的力矩呈随机性。7第二，回转部件引起的激励。堆取料机回转作业及刮板臂变幅的动力驱动装置，驱动电机转子的旋转导致基座法兰与固定法兰之间的连接螺栓产生松动，使得驱动电机的输出扭矩不平稳，在与减速器齿轮啮合的过程中容易产生振动。另外，胶带机托辊由于长期的磨损引起质量偏心，导致堆料臂的不规则振动。第三，刮板与物料的撞击及刮板每次刮取物料时与料堆的撞击，以及链条绕过链轮时链节撞击链轮和链条的拍动，这两种撞击

7、也会引起设备的晃动。第四，堆料机回转堆料过程中，需频繁的进行起停动作。由于堆料机臂架尺寸较大，启停瞬时产生的制动力将对中柱产生较大的扭矩，加剧设备的晃动等。模态分析的主要目的是计算结构的振动特征参数，尤其是结构的固有频率。机械设备的固有频率与结构本身的尺寸、质量以及刚度有关。模态是结构的固有特性，圆形料场堆取料机的模态分析就是求解它的固有频率和固有振型，这些振动特征与结构的载荷无关，因此，模态分析的有限元模型需要将结构的外部载荷隐含。这里采用PRO/E对模型进行前处理以后导入ANSYS中进行求解，得到前10阶的模态振型图，各阶模态振动

8、情况以及固有频率如表1所示。模态结果分析如下：取料输送机的运行速度是0.7m7/s，刮板间距是1m，刮板冲击载荷的频率为f1=（0.7m/s）/1m=0.7Hz。刮板输送机尾部链轮的半径为0.809m，改向滚筒的转速为ω