大跨距帶式轉(zhuǎn)載機(jī)中間架截面的優(yōu)選分析

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1、大跨距帶式轉(zhuǎn)載機(jī)中間架截面的優(yōu)選分析溫建剛1,2(11中國地質(zhì)大學(xué)(武漢),湖北武漢430074;21煤炭科學(xué)研究總院太原研究院,山西太原030006)摘要:針對(duì)目前掘錨機(jī)后配套用大跨距帶式轉(zhuǎn)載機(jī)重量較大、牽引困難及對(duì)巷道底板適應(yīng)性差等問題,在對(duì)大跨距帶式轉(zhuǎn)載機(jī)結(jié)構(gòu)形式及受力分析的基礎(chǔ)上,采用有限元分析軟件對(duì)主要承載單元———中間架進(jìn)行了較為詳細(xì)的多截面形式及尺寸的優(yōu)選分析。優(yōu)選后大跨距帶式轉(zhuǎn)載機(jī)中間架的實(shí)際應(yīng)用結(jié)果表明中間架截面形式和尺寸選取合理,中間架重量輕,且中間架未發(fā)生塌腰及扭曲變形,使用效果

2、明顯提高,可為類似條件下的設(shè)計(jì)提供參考。關(guān)鍵詞:大跨距帶式轉(zhuǎn)載機(jī);中間架截面;有限元;橫梁結(jié)構(gòu)中圖分類號(hào):TD42117+4文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼:文章編號(hào):1671-0959(2010)0120105203B1概述帶式轉(zhuǎn)載機(jī)是給料破碎機(jī)和帶式輸送機(jī)之間的銜接裝置,其功能是將來自給料破碎轉(zhuǎn)載機(jī)的煤轉(zhuǎn)運(yùn)到巷道主帶式輸送機(jī)上。對(duì)帶式轉(zhuǎn)載機(jī)的要求是運(yùn)量大、跨距大、重量輕及可靠性高。但目前使用中的大跨距帶式轉(zhuǎn)載機(jī)存在牽引困難、對(duì)巷道底板適應(yīng)性差等問題,究其原因是由于中間架重量較大。大運(yùn)量、大跨距必然加大帶式轉(zhuǎn)載機(jī)機(jī)身載荷

3、和重量,跨距大、重量輕是本機(jī)設(shè)計(jì)中所需解決的主要矛盾。帶式轉(zhuǎn)載機(jī)中間架設(shè)計(jì)的任務(wù)是在保證運(yùn)量和跨距的前提下盡量減少其重量,為此本文以DZQ100/40型大跨距帶式轉(zhuǎn)載機(jī)的技術(shù)參數(shù)作為參考,從中間架結(jié)構(gòu)和截面形式及尺寸入手,探討解決這一問題的技術(shù)方法和程序,求得問題較合理的解決。2總體結(jié)構(gòu)及工作原理DZQ100/40型大跨距帶式轉(zhuǎn)載機(jī)主要由擋煤板、行走小車、機(jī)頭部、中間架和機(jī)尾部等五部分組成(見圖1)。帶式轉(zhuǎn)載機(jī)采用橋形結(jié)構(gòu),即帶式轉(zhuǎn)載機(jī)的中間架設(shè)計(jì)成和機(jī)頭機(jī)尾相連的懸空布置形式,其機(jī)頭部通過底座與行走

4、小車以鉸接形式相連,機(jī)尾部鉸接在給料破碎轉(zhuǎn)載機(jī)的后面,行走小車騎在帶式輸送機(jī)機(jī)尾段的剛性導(dǎo)軌上。帶式轉(zhuǎn)載機(jī)在給料破碎轉(zhuǎn)載機(jī)的牽引下可隨掘錨機(jī)前進(jìn),同時(shí)可將來自給料破碎轉(zhuǎn)載機(jī)的煤轉(zhuǎn)運(yùn)到后續(xù)帶式輸送機(jī)上。帶式輸送機(jī)中間架共布置了9節(jié)結(jié)構(gòu)形式相同的單元架,每架長(zhǎng)3125m,單元架之間通過聯(lián)接板和銷軸連接。單元架采用4根相同矩形鋼管為上下主梁、矩形鋼管為立柱和斜撐、槽鋼為左右連接的組焊式桁架結(jié)構(gòu),如圖2所示。1—擋煤板;2—機(jī)頭部;3—行走小車;4—中間架;5—聯(lián)接板;6—聯(lián)接銷;7—墊片;8—卡簧;9—帶式

5、輸送機(jī);10—機(jī)尾部;11—給料破碎轉(zhuǎn)載機(jī)圖1大跨距帶式轉(zhuǎn)載機(jī)結(jié)構(gòu)示意圖的結(jié)構(gòu)力學(xué)模型簡(jiǎn)化為受均布載荷q的簡(jiǎn)支梁。對(duì)中間架進(jìn)行受力分析可得:1)單位長(zhǎng)度運(yùn)送物料質(zhì)量為:3中間架受力分析根據(jù)DZQ100/40型大跨距帶式轉(zhuǎn)載機(jī)與帶式輸送機(jī)及給料破碎轉(zhuǎn)載機(jī)的聯(lián)接特點(diǎn),以及通常情況下,帶式轉(zhuǎn)載機(jī)上物料沿縱向是均勻分布的,可以將帶式轉(zhuǎn)載機(jī)中間架q=Q(1)316v收稿日期:2009-10-26作者簡(jiǎn)介:溫建剛(1973-),男,山西祁縣人,高級(jí)工程師,1996年畢業(yè)于沈陽建筑大學(xué)機(jī)械設(shè)計(jì)與制造專業(yè),現(xiàn)在煤炭科

6、學(xué)研究總院太原研究院運(yùn)輸支護(hù)機(jī)械研究所從事煤礦運(yùn)輸機(jī)械的研究和設(shè)計(jì)工作。105裝備技術(shù)煤炭工程2010年第1期式中q———單位長(zhǎng)度運(yùn)送物料質(zhì)量,Q———輸送量,取1000t/h;v———帶速,取3115m/s。方法建立。中間架材料為Q345,將其材料屬性輸入系統(tǒng)。kg/m;圖2單元架結(jié)構(gòu)圖3中間架有限元模型2)中間架靜載受力為:F=(nLq+nW)g式中F———中間架靜載荷,N;n———單元架數(shù);L———單元架長(zhǎng)度,m;W———單元架質(zhì)量,kg。2)網(wǎng)格劃分。采用橫梁?jiǎn)卧獙?duì)中間架模型進(jìn)行網(wǎng)格劃分,最大

7、限度減小單元數(shù)量過多造成的冗余自由度。3)運(yùn)行算例。模型經(jīng)網(wǎng)格劃分后進(jìn)行后處理計(jì)算,得到機(jī)架的應(yīng)力和位移圖解(如圖4所示),并據(jù)此進(jìn)行比較,得到最合理的截面設(shè)計(jì)形式。412截面形式優(yōu)選在整體桁架結(jié)構(gòu)固定的情況下,上下主梁矩形鋼管按橫置和豎置布置可將中間架截面分為四種形式,以80mm×60mm×7mm的矩形鋼管為例,排列方式如圖5(a,b,c,d)所示。中間架受相同外力作用時(shí),截面尺寸相同而截面形式不同時(shí),中間架內(nèi)應(yīng)力也不同,因此首先應(yīng)選取合理的截面形式。根據(jù)前述有限元分析方法,在載荷相同的條件下,分別

8、對(duì)這四種截面形式的中間架進(jìn)行有限元分析。經(jīng)分析計(jì)算得出4種截面形式的最大應(yīng)力與位移數(shù)值,如表2所示。(2)根據(jù)設(shè)計(jì)要求n=9,L=3125m,W單元架質(zhì)量根據(jù)不同矩形鋼管模型計(jì)算得出。依據(jù)上述計(jì)算公式,可計(jì)算出機(jī)架靜載受力情況,考慮115倍的動(dòng)載系數(shù),可得出中間架的動(dòng)載受力。依據(jù)設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn),選擇以下幾種重量遞減的矩形鋼管作比較計(jì)算,如表1所示。表1中間架的靜載受力及動(dòng)載受力矩形鋼管/mm×mm×mm單元架質(zhì)量/kg中間架重/kg靜載受力/N動(dòng)載受力/N10