论文部分内容阅读
摘 要：堆取料机是当今一种自动化程度较高的大型散料装卸设备，是发电、矿山、建筑、水利等领域采用较多的设施之一。目前，堆取料机按照其布局我们可以将其分为斗轮堆取料机、圆形料场堆取料机等。从圆形料场堆取料机的金属结构进行分析，提出了其金属结构优化措施。
关键词：圆形料场堆取料机；有限元分析；模拟分析；优化设计
近年来，随着人们环保意识的逐渐增强，对圆形料场堆取料机的研究越来越深入，其以占地面积小、自动化程度高、抵抗恶劣天气能力强、环保性能好的优势受到各界人士的好评，其发展前景十分广阔。在这种时代背景下，该圆形堆取料机的设计方案主要是参考国外相关设备的布局，然后根据料场的实际情况进行分析，并且制定出最初的设计方案，为了确保设计方案的合理性和科学性，在设计审查阶段要严格进行，确保堆料机的刚度、强度以及动态性能都能够达到预计标准，从而保证设计方案的可行性，进而减少设计成本。
1 圆形料场堆取料机概述
堆取料机是近几年兴起的一个高自动化大型设备，其按照结构的不同又可以分为圆形料场堆取料机、斗轮堆取料机以及欧洲耙式堆取料机等。在目前这些堆取料机主要被应用在码头、矿山、建筑等领域，成为散装货物堆放、储存、装卸的重要设施之一。这里我们主要针对圆形料场堆取料机进行系统、全面的研究。
1.1 圆形料场堆取料机概述
圆形料场堆取料机是堆取料机的重要组成部分，它有着自动化程度高、占地面积小、环保性能强、适应恶劣环境能力强的特点，是一种以钢桁架封闭式出料系统为主构成的堆取料机，它是将堆取料机的核心系统置放在料场的中心，然后向四周进行堆料的一种设备。近年来，随着人们环保意识的日益增强，圆形料场堆取料机的应用越来越受到社会各界人士的重视，其发展空间也得到了进一步扩大。
1.2 圆形料场堆取料机功能分析
圆形料场堆取料机在工作的过程中主要是以栈桥式输送机作为主要基础，是以此将物料运输到回转堆料机当中，并以回转堆料机为中转环节将物料堆放在圆形的料场当中，然后通过刮板机将物料取出，并且经过下方的输送机输送到需要对方的位置。整个物料堆放的过程中都是由钢结构、网架结构、彩钢板共同组成的，是一个封闭式工作流程，因此其环保功能得到最大的发挥，同时整个设备是围绕着中心柱开展的，这样更加有利于自动化作业的实施和开展。
圆形堆取料机在取料的过程中，由于刮板数量较多，且各种变化工作十分复杂，这使得刮板在运行的过程中经常会产生变形和损坏，为了避免变形和损坏问题的发生，因此禁止将取料机置放在对聊上面，在正常运行的过程中其取料机所承担的重量都能够满足钢结构承力性能的要求。但是因为取料机本身重量较大，因此其稳定性控制难度十分复杂，为了有效保证稳定性控制，因此对圆形堆取料机金属结构进行分析和优化至关重要，也势在必行，是为整个机械设备设计提供可靠依据的重要途径。
2 圆形料场取料机门架分析
圆形料场堆取料机门架钢结构的分析包括强度分析、静力学分析和钢度分析。
2.1 强度分析
门架的任意截面都存在着纵向剪切力、横向力以及弯矩，对于圆形料场取料机门架的强度分析包括剪应力和正应力两个方面。根据材料力学强度性质分析得出，材料的最大应力可以按照公式进行计算和分析。其中Q为剪切力，D为横截面直径，X为弯矩力系数。
2.2 静力学分析
圆形料场堆取料机是通过门架利用钢丝绳拉起刮板机来进行工作的。当刮板机在进行维修或者放在地面上的时候，钢丝绳不受力；当刮板机在与物料不进行接触时，钢丝绳一直都存在拉力。
2.3 钢度分析
门架与车轮连接的地方会产生水平方向的位移，而门架钢结构受刮板机的重量以及自身重量的影响，在整个受载的过程中存在垂向位移，所以在对门架进行钢度分析时应分为垂直位移和水平方向的位移。垂直位移的计算过程可以使用有限差分法。
在整个运算过程中将门架等分为n份，yn为第n点的垂直位移，任意相邻两点的距离为h，第n点的弯矩为，门架的抗弯钢度为EI，等分数n越大，h越小，计算精确度越高。门架水平位移的计算过程采用单位载荷法，距离B点x处点的位移f。在应用的过程中需要严格按照有关公式进行计算。
3 圆形料场堆取料机门架的优化
门式刮板取料机是电力、煤炭、化工、水泥等行业原料场的有效堆取混匀设备。门式刮板取料机根据料堆形状分为左侧取料、右侧取料、中间取料、两端取料的取料运行工艺。在此过程中门式刮板取料机按燃煤成份比例进行取料，有效提高了电厂燃料的预均化程度和燃烧经济性，保障了电厂恒定的发电量。
3.1 条件约束
条件约束包括钢度条件约束和强度条件约束。
首先，刚度条件约束：在刚度条件约束的计算过程中，门架在水平方向的位移在一定程度上会车轮与轨道踏面的接触位置造成影响，进行架的钢度分析时，在刮板机完全被钢丝绳吊和完全着地的时候，钢丝绳的拉力T的取值围在0T。对应这两种情况，水平位移存在两值，经研究表明，刚度条件约束的差值为250m。其次，强度条件约束：圆形料场堆取料机的门架结构，对于不同位置的弯矩和受力情况进行分析，在弯矩和内力的计算过程中，将门架的自身重量等效为均布载荷。根据材料力学和理论力学相关的弯矩和内力计算方法得出弯矩图和内力。
3.2 目标函数
门架钢结构要求金属重量小，影响其金属结构自重函数的因素是截面宽高尺寸和板厚。计算过程中将板厚看做常量，截面宽度和高度为连续变量。一般门架钢结构选用的都是低合金金属Q345，密度取值为p：7850kg/m，腹板距离翼缘板外边缘15mm，其设计变量为x。因此，目标函数及为：
F（x）=2×0.00000785×x1x2+2×1.15×0，00000785×[（x1+2t1+30）×）] ×（L+Lm）
金属板厚取值为常量，经研究可以取盖板厚度为t=10mm，翼缘板厚度为t=16mm。
3.3 通过模型来进行求解
还可以运用列举法来进行求解，根据给出的门架尺寸大小，均以1作为步长进行求解，在整个范围之内最小质量对应的变量尺寸，即为最优解。
结束语
圆形物料场堆取料机因其环保、自动化程度高被越来越多的应用到港口、电力、化工和煤炭等行业中。在整个设备工作运行的过程中，对于设备的整体结构要求也比较高。对圆形物料堆取料机的分析主要包括静力学分析、钢度分析以及强度分析，这几种分析给圆形料场堆取料机的设计提供了很大帮助，可以使其更好的应用到各个工业领域，提高工作效率。
参考文献
[1]王英洁，朱绚文，李毅民.圆形料场堆取料机型式及其应用[J].重工与起重技术，2011（01）.
[2]吕淼，赵歆冬，丁怡洁.三层空间钢架模型模态试验的两种方法对比[J].水利与建筑工程学报，2010（03）.
[3]杜运东，史宝军，杨廷毅，季加东，李芳芬.基于状态空间法的结构动力学建模与简化算法[J].山东建筑大学学报，2009（04）.
[4]方芳.大型圆形料场堆取料机取料主粱结构分析[J].武汉理工大学学报，2009（07）.
[5] 王基维，熊伟，李会玲，汪振华.现代优化设计方法的现状和发展趋势[J]. 机械制造与自动化，2007（06）.
关键词：圆形料场堆取料机；有限元分析；模拟分析；优化设计
近年来，随着人们环保意识的逐渐增强，对圆形料场堆取料机的研究越来越深入，其以占地面积小、自动化程度高、抵抗恶劣天气能力强、环保性能好的优势受到各界人士的好评，其发展前景十分广阔。在这种时代背景下，该圆形堆取料机的设计方案主要是参考国外相关设备的布局，然后根据料场的实际情况进行分析，并且制定出最初的设计方案，为了确保设计方案的合理性和科学性，在设计审查阶段要严格进行，确保堆料机的刚度、强度以及动态性能都能够达到预计标准，从而保证设计方案的可行性，进而减少设计成本。
1 圆形料场堆取料机概述
堆取料机是近几年兴起的一个高自动化大型设备，其按照结构的不同又可以分为圆形料场堆取料机、斗轮堆取料机以及欧洲耙式堆取料机等。在目前这些堆取料机主要被应用在码头、矿山、建筑等领域，成为散装货物堆放、储存、装卸的重要设施之一。这里我们主要针对圆形料场堆取料机进行系统、全面的研究。
1.1 圆形料场堆取料机概述
圆形料场堆取料机是堆取料机的重要组成部分，它有着自动化程度高、占地面积小、环保性能强、适应恶劣环境能力强的特点，是一种以钢桁架封闭式出料系统为主构成的堆取料机，它是将堆取料机的核心系统置放在料场的中心，然后向四周进行堆料的一种设备。近年来，随着人们环保意识的日益增强，圆形料场堆取料机的应用越来越受到社会各界人士的重视，其发展空间也得到了进一步扩大。
1.2 圆形料场堆取料机功能分析
圆形料场堆取料机在工作的过程中主要是以栈桥式输送机作为主要基础，是以此将物料运输到回转堆料机当中，并以回转堆料机为中转环节将物料堆放在圆形的料场当中，然后通过刮板机将物料取出，并且经过下方的输送机输送到需要对方的位置。整个物料堆放的过程中都是由钢结构、网架结构、彩钢板共同组成的，是一个封闭式工作流程，因此其环保功能得到最大的发挥，同时整个设备是围绕着中心柱开展的，这样更加有利于自动化作业的实施和开展。
圆形堆取料机在取料的过程中，由于刮板数量较多，且各种变化工作十分复杂，这使得刮板在运行的过程中经常会产生变形和损坏，为了避免变形和损坏问题的发生，因此禁止将取料机置放在对聊上面，在正常运行的过程中其取料机所承担的重量都能够满足钢结构承力性能的要求。但是因为取料机本身重量较大，因此其稳定性控制难度十分复杂，为了有效保证稳定性控制，因此对圆形堆取料机金属结构进行分析和优化至关重要，也势在必行，是为整个机械设备设计提供可靠依据的重要途径。
2 圆形料场取料机门架分析
圆形料场堆取料机门架钢结构的分析包括强度分析、静力学分析和钢度分析。
2.1 强度分析
门架的任意截面都存在着纵向剪切力、横向力以及弯矩，对于圆形料场取料机门架的强度分析包括剪应力和正应力两个方面。根据材料力学强度性质分析得出，材料的最大应力可以按照公式进行计算和分析。其中Q为剪切力，D为横截面直径，X为弯矩力系数。
2.2 静力学分析
圆形料场堆取料机是通过门架利用钢丝绳拉起刮板机来进行工作的。当刮板机在进行维修或者放在地面上的时候，钢丝绳不受力；当刮板机在与物料不进行接触时，钢丝绳一直都存在拉力。
2.3 钢度分析
门架与车轮连接的地方会产生水平方向的位移，而门架钢结构受刮板机的重量以及自身重量的影响，在整个受载的过程中存在垂向位移，所以在对门架进行钢度分析时应分为垂直位移和水平方向的位移。垂直位移的计算过程可以使用有限差分法。
在整个运算过程中将门架等分为n份，yn为第n点的垂直位移，任意相邻两点的距离为h，第n点的弯矩为，门架的抗弯钢度为EI，等分数n越大，h越小，计算精确度越高。门架水平位移的计算过程采用单位载荷法，距离B点x处点的位移f。在应用的过程中需要严格按照有关公式进行计算。
3 圆形料场堆取料机门架的优化
门式刮板取料机是电力、煤炭、化工、水泥等行业原料场的有效堆取混匀设备。门式刮板取料机根据料堆形状分为左侧取料、右侧取料、中间取料、两端取料的取料运行工艺。在此过程中门式刮板取料机按燃煤成份比例进行取料，有效提高了电厂燃料的预均化程度和燃烧经济性，保障了电厂恒定的发电量。
3.1 条件约束
条件约束包括钢度条件约束和强度条件约束。
首先，刚度条件约束：在刚度条件约束的计算过程中，门架在水平方向的位移在一定程度上会车轮与轨道踏面的接触位置造成影响，进行架的钢度分析时，在刮板机完全被钢丝绳吊和完全着地的时候，钢丝绳的拉力T的取值围在0T。对应这两种情况，水平位移存在两值，经研究表明，刚度条件约束的差值为250m。其次，强度条件约束：圆形料场堆取料机的门架结构，对于不同位置的弯矩和受力情况进行分析，在弯矩和内力的计算过程中，将门架的自身重量等效为均布载荷。根据材料力学和理论力学相关的弯矩和内力计算方法得出弯矩图和内力。
3.2 目标函数
门架钢结构要求金属重量小，影响其金属结构自重函数的因素是截面宽高尺寸和板厚。计算过程中将板厚看做常量，截面宽度和高度为连续变量。一般门架钢结构选用的都是低合金金属Q345，密度取值为p：7850kg/m，腹板距离翼缘板外边缘15mm，其设计变量为x。因此，目标函数及为：
F（x）=2×0.00000785×x1x2+2×1.15×0，00000785×[（x1+2t1+30）×）] ×（L+Lm）
金属板厚取值为常量，经研究可以取盖板厚度为t=10mm，翼缘板厚度为t=16mm。
3.3 通过模型来进行求解
还可以运用列举法来进行求解，根据给出的门架尺寸大小，均以1作为步长进行求解，在整个范围之内最小质量对应的变量尺寸，即为最优解。
结束语
圆形物料场堆取料机因其环保、自动化程度高被越来越多的应用到港口、电力、化工和煤炭等行业中。在整个设备工作运行的过程中，对于设备的整体结构要求也比较高。对圆形物料堆取料机的分析主要包括静力学分析、钢度分析以及强度分析，这几种分析给圆形料场堆取料机的设计提供了很大帮助，可以使其更好的应用到各个工业领域，提高工作效率。
参考文献
[1]王英洁，朱绚文，李毅民.圆形料场堆取料机型式及其应用[J].重工与起重技术，2011（01）.
[2]吕淼，赵歆冬，丁怡洁.三层空间钢架模型模态试验的两种方法对比[J].水利与建筑工程学报，2010（03）.
[3]杜运东，史宝军，杨廷毅，季加东，李芳芬.基于状态空间法的结构动力学建模与简化算法[J].山东建筑大学学报，2009（04）.
[4]方芳.大型圆形料场堆取料机取料主粱结构分析[J].武汉理工大学学报，2009（07）.
[5] 王基维，熊伟，李会玲，汪振华.现代优化设计方法的现状和发展趋势[J]. 机械制造与自动化，2007（06）.