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廢鋼運輸加料斗的設(shè)計與強(qiáng)度有限元分析

發(fā)布于:2021-06-08 19:13
有限元分析

       廢鋼運輸加料斗是鋼廠冶煉過程中經(jīng)常使用的設(shè)備,用于運輸并根據(jù)冶煉過程的需要隨時向鋼爐中添加廢鋼,使用頻繁。廢鋼運輸加料斗的設(shè)計需要滿足這樣一些要求:強(qiáng)度上要滿足裝載量與各種裝載、傾倒廢鋼工況的要求;與運輸廢鋼的方式—鐵路運輸或是公路運輸相適應(yīng);與冶煉現(xiàn)場的吊裝設(shè)備配合。
       討論一種公路運輸方式的廢鋼運輸加料斗,裝量為30t,由鐵路運輸?shù)膹U鋼運輸加料斗改造而成,原結(jié)構(gòu)自重47t,為適應(yīng)公路運輸?shù)奶攸c,采用有限元分析的方案,新設(shè)計的廢鋼運輸加料斗在保證強(qiáng)度的情況下盡量減輕質(zhì)量,并在結(jié)構(gòu)上做一些改動,自重降到21.5t,降低了運輸與使用的能耗。
       整體結(jié)構(gòu)分為槽口、罐體兩部分。罐體兩側(cè)有四個耳軸,側(cè)面與底面分布著槽形筋板,耳軸所在筋板較大并在內(nèi)部用小筋板加強(qiáng)。由于頻繁傾倒廢鋼,為了增加耐磨性能,罐體與槽口的底面附一層鋼板。罐體的底部為圓弧狀,可以使廢鋼在重力的作用下盡量堆放在罐體的中間,以方便運輸與吊裝。罐體的后部設(shè)計一個臺階狀的結(jié)構(gòu),用來與運輸罐體的拖車配合,使罐體放置盡量向前,減少拖車的長度,方便運輸。所有鋼板采用16mm與6mm兩種,材料選用16MnNb,σb為530~680N/mm2,當(dāng)厚度小于16mm時σS不小于390N/mm2,泊松比取0.3。
       冶煉生產(chǎn)要求的廢鋼限定容量是30t,由專用的汽車拖車運到車間。一般輕廢鋼放置于罐體的前部,重廢鋼放置于后部。運輸時罐體平置,傾倒廢鋼時,通過四個耳軸將廢鋼運輸加料斗吊起,并抬高后面兩個耳軸將廢鋼倒出。
       在利用有限元方法對罐體強(qiáng)度進(jìn)行分析時主要考慮了兩種工況。第一種是在滿載廢鋼的情況下起吊,此時罐體的受力較為惡劣,并且廢鋼的形態(tài)較為復(fù)雜,質(zhì)量分布不勻,有可能造成局部載荷很大。另一種工況是向罐體內(nèi)裝廢鋼,廢鋼以一定的速度落下,造成對罐體底部的沖擊,但是每次裝的質(zhì)量有限。
       由于模型較大,均為鋼板焊接結(jié)構(gòu),構(gòu)建有限元模型時采用了抽象的面,劃分單元時按照不同部位指定鋼板的厚度。由于局部存在圓弧面連接與較小的平面形狀,整個罐體均采用三角形單元。
       把載荷簡化為瞬態(tài)動力學(xué)的加載方式,罐體的額定載荷是30t,將30~60t按時間變化的載荷均勻加載到罐體的底面,檢驗罐體整體應(yīng)力分布情況由于廢鋼的形態(tài)不統(tǒng)一,有重與輕之分,罐體的局部有可能會出現(xiàn)較高的載荷,為了模擬這種工況,將15~30t按照時間變化的載荷分別加載到罐體的前部、中部與后部,檢驗局部應(yīng)力的分布情況,如圖所示。約束四個耳軸處三個方向的位移。
       將額定載荷均勻加載到整個罐體底面,應(yīng)力分布如圖所示。底面產(chǎn)生的最大應(yīng)力17.5MPa。前耳軸處(圖中所示)產(chǎn)生的最大應(yīng)力4.1MPa,處于耳軸與罐體內(nèi)側(cè)立板連接部分,靠近罐體底面一側(cè)。后耳軸處(圖中處)的應(yīng)力值6.1MPa,處于耳軸與罐體內(nèi)側(cè)立板連接部分,靠近罐體中部一側(cè)。耳軸的外側(cè),即與耳軸連接的槽形筋板的外側(cè)也有應(yīng)力分布,但是應(yīng)力不大,也比較均勻。罐體底面與筋板的應(yīng)力分布較為均勻,筋板的布局合理。



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