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【摘 要】通过悬臂带式输送机堆料运行，来料车将物料抛向料场实现堆料作业。它在悬臂式堆料机中属于相对独立的一个机构，主要是由结构件构成的，其结构性能直接影响堆取料机的综合性能，因此，本文对来料车的力学性能进行研究，以便为来料车的结构改进提供依据。
【关键词】堆料机；来料车；有限元分析；ANSYS
1.堆料機的主要结构
堆料机主要由：悬臂、行走机构、液压系统、来料车、轨道系统、电缆坑、电缆卷盘、检测系统几部分构成。堆料机在轨道上往复运行，根据要求运行到指定的料仓。悬臂前端垂吊一个料位探测仪。随着堆料机一边往复运动，一边堆积物料，料堆逐渐升高。当料堆与探测仪接触时，探测仪发出信号，传回控制室。控制室开动变幅液压系统，通过油缸推动悬臂提升一个预先给定的高度，往复运动。
2.来料车的结构介绍
来料车又称进料车或卸料车，通过悬臂带式输送机堆料运行，将物料抛向料场实现堆料作业。
来料车带式输送机上托辊槽角为35°，上托辊间距不大于1200mm，下托辊间距不大于3000mm，上、下带面均设置适当的自动调心托辊，受料处设置缓冲托辊，且间距不大于400mm。全部托辊直径均为159mm，托辊正常使用寿命不小于30000h，摩擦阻力系数不大于0.022。来料车带式输送机最大倾斜角度不大于16°。来料车的设计应能防止地面带式输送机启动时输送带跳起。带式输送机不撒料，输送带跑偏量最大不超过70mm。输送带承料面和非承料面均设置清扫装置。
3.来料车所受载荷的计算
来料车跨在主输送带上，与主机配合，以实现往返取料，建立直通道，堆料，多方向堆料等功能。来料车是整个堆料机的承载机构，皮带机铺设在来料车上，物料随皮带机的运转而上升，经过前部的漏斗流到主机的悬臂皮带机上。来料车本身无任何机构，由主机牵引进行行走，其受力来源于其承载的部件如皮带机自重，物料自重等，以及受到输送机皮带的张进力的作用。
3.1皮带机受力计算的已知条件
设计依据：
DB1300/19.5侧式悬臂堆料机设计技术规格书。
钢结构设计规范（GB50007-2003）：
移动式散料连续搬运设备钢结构设计规范（JB/T 8849-2005）。
3.2计算条件
查阅堆料机图纸，可知堆料机的各部件载荷大小及作用点位置，如下所描述：
结构自重，载荷值15187kg/m，加载位置：体载荷，加载方向：垂直向下。
梯子重，载荷值129kg/m，加载位置：集中载荷，加载方向：垂直向下。
漏斗重，载荷值1300kg/m，加载位置：均匀线载荷，加载方向：垂直向下。
司机室重，载荷值2500kg/m，加载位置：集中载荷，加载方向：垂直向下。
托辊物料胶带走台，载荷值430kg/m， 加载位置：均布线载荷，加载方向：垂直向下。
滚筒Φ800，载荷值2300kg/m，加载位置：集中载荷，加载方向：垂直向下。
滚筒Φ630，载荷值2600kg/m，加载位置：集中载荷，加载方向：垂直向下。
压带轮，载荷值350kg/m，加载位置：集中载荷，加载方向：垂直向下。
控制电缆及卷盘，载荷值2000kg/m，加载位置：集中载荷，加载方向：垂直向下。
动力电缆及卷盘，载荷值2500kg/m，加载位置：集中载荷，加载方向：垂直向下。
3.3计算来料车承载的各部件重量
（1）每米物料质量qG=Qmax/3.6V=9800/（3.6×5.6）=486kg/m。
（2）初选胶带ST800，=1.8×23.1=42kg/m；其中ST1000型钢绳芯输送带每平方米质量qp=23.1kg/m2。
（3）上分支托辊转动部分质量 31.95kg/m。沈矿牌三辊式托辊组、辊径 159mm，轴径 40mm，每个托辊转动部分质量为12.78kg，承载分支托辊组间距 1.2m，则托辊组每米长转动部分质量（kg/m）。
（4）下分支托辊每米长转动部分质量11.03kg/m，沈矿牌回空分支V形两辊式托辊组，槽角15°，辊径159mm，每辊转动部分质量为16.55kg，回空分支托辊组间距[14]，=3.0m，则回空分支托辊组每米长转动部分质量（kg/m）。
4.来料车的有限元分析
4.1 来料车分析的基本技术参数
本课题研究的是DB1300/19.5侧式悬臂堆料机，其堆料能力1300吨，臂架有效长19.5m。来料车部分高9.45m，长30.1m，主要完成物料的传送工作，其钢结构全部由型钢和钢板焊接而成，为提高经济效益，确保设计安全，现对来料车钢结构静强度进行校核，计算分析如下。
4.2 来料车分析的受力模型
4.2.1前处理模块PREP7
双击实用菜单中的“Preprocessor”，进入ANSYS 的前处理模块。这个模块主要有两部分内容：实体建模和网格划分。
来料车钢结构是有桁架构成的空间结构，是钢材与角钢等进行焊接的结构。我们将他们定义为梁单元和壳单元。
4.2.2三维弹性梁单元（BEAM189）
三维弹性梁单元是具有拉伸、压缩、扭转和弯曲功能的单轴单元，在每个节点上具有6个自由度，即沿X、Y、Z轴移动和绕X、Y、Z 轴转动。该单元由三个节点确定。
模型中节点的确定遵循如下原则：
①来料车结构的节点为模型的节点。
②来料车结构的连接点或施力点为模型的节点。
为了表示清楚节点坐标、节点位移及节点载荷方向等有关参数，建立有限元模型时取坐标系为右手坐标系，其中Y坐标轴方向为竖直向上。
5.结论
来料车的常规理论计算很复杂，并且为了保证设备具有较大的安全系数，设计人员倾向于使用更多的材料，造成了设备笨重和生产成本的增加。因此本文介绍的就是应用CAD辅助计算，首次对来料车进行强度计算，目的是可以根据计算结果对强度不足处进行加强，对强度充裕处进行适当减重。针对以上情况，本文主要进行了以下的研究工作：
（1）对堆料机的主要结构分别进行了介绍，介绍了堆料机主要结构来料车的几种结构形式。在此基础上，结合实际使用条件，确定本文研究对象为固定式来料车。
（2）进行静力学分析，计算来料车所受载荷，由于多数载荷为自重产生，受力方向垂直向下。因此只需要对带式输送机的皮带产生的力进行详细的求解，并得出力的大小及载荷作用位置，为来料车的有限元分析提供力学分析的基础。
（3）对来料车进行有限元分析，首先我们在三维软件中建立模型，并对局部特征进行简化，消除掉不必要的倒圆角和倒角，孔等结构，以便在有限元分析中进行计算。将三维图形导入ansys软件，通过划分网格，并施加载荷，建立起有限元模型。对模型进行有限元分析得出应力云图，可直观的了解来料车各个部位的受力情况。对于来料车斜梁部分，变形量大小的依次顺序是来料车尾部，中部，头部；对于平台部分，主梁端部应力最大。据此，可对结构进行改进，在最大应力位置处，焊上加强筋，以避免受力变形，与失效破坏。
【关键词】堆料机；来料车；有限元分析；ANSYS
1.堆料機的主要结构
堆料机主要由：悬臂、行走机构、液压系统、来料车、轨道系统、电缆坑、电缆卷盘、检测系统几部分构成。堆料机在轨道上往复运行，根据要求运行到指定的料仓。悬臂前端垂吊一个料位探测仪。随着堆料机一边往复运动，一边堆积物料，料堆逐渐升高。当料堆与探测仪接触时，探测仪发出信号，传回控制室。控制室开动变幅液压系统，通过油缸推动悬臂提升一个预先给定的高度，往复运动。
2.来料车的结构介绍
来料车又称进料车或卸料车，通过悬臂带式输送机堆料运行，将物料抛向料场实现堆料作业。
来料车带式输送机上托辊槽角为35°，上托辊间距不大于1200mm，下托辊间距不大于3000mm，上、下带面均设置适当的自动调心托辊，受料处设置缓冲托辊，且间距不大于400mm。全部托辊直径均为159mm，托辊正常使用寿命不小于30000h，摩擦阻力系数不大于0.022。来料车带式输送机最大倾斜角度不大于16°。来料车的设计应能防止地面带式输送机启动时输送带跳起。带式输送机不撒料，输送带跑偏量最大不超过70mm。输送带承料面和非承料面均设置清扫装置。
3.来料车所受载荷的计算
来料车跨在主输送带上，与主机配合，以实现往返取料，建立直通道，堆料，多方向堆料等功能。来料车是整个堆料机的承载机构，皮带机铺设在来料车上，物料随皮带机的运转而上升，经过前部的漏斗流到主机的悬臂皮带机上。来料车本身无任何机构，由主机牵引进行行走，其受力来源于其承载的部件如皮带机自重，物料自重等，以及受到输送机皮带的张进力的作用。
3.1皮带机受力计算的已知条件
设计依据：
DB1300/19.5侧式悬臂堆料机设计技术规格书。
钢结构设计规范（GB50007-2003）：
移动式散料连续搬运设备钢结构设计规范（JB/T 8849-2005）。
3.2计算条件
查阅堆料机图纸，可知堆料机的各部件载荷大小及作用点位置，如下所描述：
结构自重，载荷值15187kg/m，加载位置：体载荷，加载方向：垂直向下。
梯子重，载荷值129kg/m，加载位置：集中载荷，加载方向：垂直向下。
漏斗重，载荷值1300kg/m，加载位置：均匀线载荷，加载方向：垂直向下。
司机室重，载荷值2500kg/m，加载位置：集中载荷，加载方向：垂直向下。
托辊物料胶带走台，载荷值430kg/m， 加载位置：均布线载荷，加载方向：垂直向下。
滚筒Φ800，载荷值2300kg/m，加载位置：集中载荷，加载方向：垂直向下。
滚筒Φ630，载荷值2600kg/m，加载位置：集中载荷，加载方向：垂直向下。
压带轮，载荷值350kg/m，加载位置：集中载荷，加载方向：垂直向下。
控制电缆及卷盘，载荷值2000kg/m，加载位置：集中载荷，加载方向：垂直向下。
动力电缆及卷盘，载荷值2500kg/m，加载位置：集中载荷，加载方向：垂直向下。
3.3计算来料车承载的各部件重量
（1）每米物料质量qG=Qmax/3.6V=9800/（3.6×5.6）=486kg/m。
（2）初选胶带ST800，=1.8×23.1=42kg/m；其中ST1000型钢绳芯输送带每平方米质量qp=23.1kg/m2。
（3）上分支托辊转动部分质量 31.95kg/m。沈矿牌三辊式托辊组、辊径 159mm，轴径 40mm，每个托辊转动部分质量为12.78kg，承载分支托辊组间距 1.2m，则托辊组每米长转动部分质量（kg/m）。
（4）下分支托辊每米长转动部分质量11.03kg/m，沈矿牌回空分支V形两辊式托辊组，槽角15°，辊径159mm，每辊转动部分质量为16.55kg，回空分支托辊组间距[14]，=3.0m，则回空分支托辊组每米长转动部分质量（kg/m）。
4.来料车的有限元分析
4.1 来料车分析的基本技术参数
本课题研究的是DB1300/19.5侧式悬臂堆料机，其堆料能力1300吨，臂架有效长19.5m。来料车部分高9.45m，长30.1m，主要完成物料的传送工作，其钢结构全部由型钢和钢板焊接而成，为提高经济效益，确保设计安全，现对来料车钢结构静强度进行校核，计算分析如下。
4.2 来料车分析的受力模型
4.2.1前处理模块PREP7
双击实用菜单中的“Preprocessor”，进入ANSYS 的前处理模块。这个模块主要有两部分内容：实体建模和网格划分。
来料车钢结构是有桁架构成的空间结构，是钢材与角钢等进行焊接的结构。我们将他们定义为梁单元和壳单元。
4.2.2三维弹性梁单元（BEAM189）
三维弹性梁单元是具有拉伸、压缩、扭转和弯曲功能的单轴单元，在每个节点上具有6个自由度，即沿X、Y、Z轴移动和绕X、Y、Z 轴转动。该单元由三个节点确定。
模型中节点的确定遵循如下原则：
①来料车结构的节点为模型的节点。
②来料车结构的连接点或施力点为模型的节点。
为了表示清楚节点坐标、节点位移及节点载荷方向等有关参数，建立有限元模型时取坐标系为右手坐标系，其中Y坐标轴方向为竖直向上。
5.结论
来料车的常规理论计算很复杂，并且为了保证设备具有较大的安全系数，设计人员倾向于使用更多的材料，造成了设备笨重和生产成本的增加。因此本文介绍的就是应用CAD辅助计算，首次对来料车进行强度计算，目的是可以根据计算结果对强度不足处进行加强，对强度充裕处进行适当减重。针对以上情况，本文主要进行了以下的研究工作：
（1）对堆料机的主要结构分别进行了介绍，介绍了堆料机主要结构来料车的几种结构形式。在此基础上，结合实际使用条件，确定本文研究对象为固定式来料车。
（2）进行静力学分析，计算来料车所受载荷，由于多数载荷为自重产生，受力方向垂直向下。因此只需要对带式输送机的皮带产生的力进行详细的求解，并得出力的大小及载荷作用位置，为来料车的有限元分析提供力学分析的基础。
（3）对来料车进行有限元分析，首先我们在三维软件中建立模型，并对局部特征进行简化，消除掉不必要的倒圆角和倒角，孔等结构，以便在有限元分析中进行计算。将三维图形导入ansys软件，通过划分网格，并施加载荷，建立起有限元模型。对模型进行有限元分析得出应力云图，可直观的了解来料车各个部位的受力情况。对于来料车斜梁部分，变形量大小的依次顺序是来料车尾部，中部，头部；对于平台部分，主梁端部应力最大。据此，可对结构进行改进，在最大应力位置处，焊上加强筋，以避免受力变形，与失效破坏。