铝电解多功能天车回转下支架有限元分析.pdf

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1、第3O卷第4期有色矿冶VoI．3O．№42O14年8月NoN—FERRoUSMININGANDMETALLURGYAugust2014文章编号：lOO7—967X(2o14)04—59—03铝电解多功能天车回转下支架有限元分析马云飞，李承山[中国有色(沈阳)冶金机械有限公司设计研究院，辽宁沈阳110141]摘要：介绍了铝电解多功能天车主要结构及回转下支架用途，利用有限元分析方法对铝电解多功能天车回转下支架的静力学特性进行理论计算和研究，得出回转下支架的整体应力和变形情况，并根据计算结果对结构合理性进行分析和评价。关键词：

2、铝电解多功能天车；回转下支架；有限元中图分类号：TH213文献标识码：A铝电解天车又称铝电解多功能机组(以下称冶铝天车)，其英文名为pottendingmachine，简称PTM，是现代预焙阳极铝电解生产的关键辅助操作设备，能满足铝电解车间高熔盐、大电流、强磁场、多粉尘、HF烟气的恶劣工作环境需要，完成敲击电解质结壳、更换阳极、添加氧化铝粉、出铝水等功能。其机械部分主要由大车、工具小车和出铝小车组成。图1回转下支架结构与承载各种工具的位置关系回转下支架是铝电解多动能机组的各项工具实现全2结构有限元基本理论方位作业的关键支

3、承结构，位于工具小车门架横梁上，承担打壳、抓斗、换极、料仓、液压站的重量。研结构有限元静态分析是对结构刚强度、可靠性、究它的的静力学特性，对其进行安全性校核和优化稳定性等分析的基础。在铝电解多功能机组的设计设计，在保证支架回转过程的稳定性和可靠性的同中，机组的功能应首先得到保证，故该结构框架的设时，对节省材料、降低成本、缩短研发周期、提高天车计寿命应高于机组或大车寿命。根据机组的实际设的性能寿命及安全系数都是非常必要及重要的。计要求，对该机构可只进行静态校核。静态分析有本文紧紧围绕这一问题，对冶铝天车回转下支限元法是指求

4、解不随时间变化的系统平衡问题，如架进行有限元分析，分析回转下支架在实际工况下线弹性系统的应力等，线性方程的等效方程为：的应力和变形分布，为回转下支架的设计进行验证rK]×{U}=：={F}(1)和提供理论依据。厂K]×{u}一fF)+{F)(2)1回转下支架的结构及主要参数式中．[K]为总刚度矩阵，[K]一∑EKe]；{u)为节点位移矢量；N为单元数；[-Ke]为单元刚度矩阵；回转下支架主要是由12mm及10mm厚的{F)为支反载荷矢量；{F“)为所受的总外载荷。q345B钢板焊接而成的异形框架结构，主要起到承通过解有限

5、元方程(1)和(2)，得出各节点位移载各种工具的作用，其结构与承载各种工具的位置矢量{U)。根据位移插值函数，由弹性力学中给出关系见图1。模拟工况为满载时回转下支架静止。的应变和位移及应变和应力的关系，得出单元节点主要材质屈服应力为345MPa。密度为7．850×的应变和应力表达式：10kg／mm。，弹性模量为2×10MPa，泊松比为{e}一rB_×{u)一{￡小)(3)0．3。其机械性能要求最大应力不大于其材料的许{d)一rD]×{￡)(4)用应力上限。变形满足文献]GB50017—2003钢式中：{￡)为由应力引起的

6、应变；[B]为节点上结构设计规范中对受弯构件的挠度许用值。的应变一位移矩阵；{u}为节点的位移矢量；{e“)为*收稿日期：2014—06一l5作者简介：马云飞(1986)男，本科，助理工程师，主要从事科技研发和有限元计算方面工作。32有色矿冶第3O卷经统计分析：在1#空区西侧2～0线，1#空区收。15Om中段的底柱和100m中段的顶柱是用分东侧至O一1线处，在+50m中段至一50m中段之层崩落采矿方法进行回采。矿石经过100m中段间是矿石品位大于0．200的区段，由胶结充填空相对应的天井放出，在100m中装矿。区49．2

7、万m。，可获得开采储量91．1万t，平均品位100m中段的间柱是用分段崩落阶段出矿的分0．271，金属量2466．76t。段采矿法进行回采，在100m中段底柱用电耙出这部分矿石用浅孔留矿法回采。采矿回采率矿。100m中段底柱与5Om中段的顶柱一起用分9O，贫化率为1O，采出矿量91．1O万t，品位层崩落采矿法进行回采。0．244，金属量2220．09t。见表l。50m中段和0m中段的间柱采矿方法与100要采这部分矿石需要充填49．2万m。采空区，m中段间柱采矿方法相同。一个充填系统需要充填一年的时间，也就是在回采50m中

8、段阶段矿柱不回采。本段矿体应提前一年开始充填。0m中段的阶段矿柱回采方法与lO0in中段的除了这部份以外的矿柱回采与空区处理采用阶段矿柱采矿方法相同。“崩空”方案回采。一50m中段以上矿柱回采后，原则上不再进行3．3矿柱回采的工艺充填。一5Om中段以上的采空区被充填后，矿柱回采4结语是由上向下回采。50m、一50m中