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斗輪堆取料機(jī)是從用于露天煤礦開采的斗輪挖掘機(jī)發(fā)展而來的散料連續(xù)搬運(yùn)設(shè)備，從誕生至今己經(jīng)有百年歷史。它廣泛應(yīng)用于碼頭、礦山、電廠以及水泥廠等領(lǐng)域，用于礦石、煤炭、土方、石灰石和糧食等松散物料的連續(xù)搬運(yùn)。
堆取料機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)目前有國際標(biāo)準(zhǔn)ISO 5049，歐洲標(biāo)準(zhǔn)FEM Section II、澳洲標(biāo)準(zhǔn)AS 4324.1以及各國根據(jù)國際標(biāo)準(zhǔn)制定的國家標(biāo)準(zhǔn)，我國目前執(zhí)行的是JB/T 8849-2005標(biāo)準(zhǔn)。ISO 5049和FEM Section II在結(jié)構(gòu)載荷計(jì)算方面的內(nèi)容是一致的，而AS4324.1則針對澳洲當(dāng)?shù)氐V山的使用條件在FEM Section II標(biāo)準(zhǔn)基礎(chǔ)上參照德國DIN標(biāo)準(zhǔn)和英國BS標(biāo)準(zhǔn)重新進(jìn)行了編寫，要求更嚴(yán)格，規(guī)定更細(xì)致，目前僅應(yīng)用于澳洲。
各設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)均要求對設(shè)備進(jìn)行必要的結(jié)構(gòu)計(jì)算，而有限元分析作為一門成熟的仿真技術(shù)，在當(dāng)今散料設(shè)備結(jié)構(gòu)計(jì)算領(lǐng)域的應(yīng)用己非常廣泛。結(jié)構(gòu)工程師利用該技術(shù)對散料設(shè)備的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、變形、屈曲以及固有模態(tài)等方面進(jìn)行分析，校核設(shè)備傾覆穩(wěn)定性和輪壓，并為其他結(jié)構(gòu)計(jì)算內(nèi)容提供輸入數(shù)據(jù)。在此基礎(chǔ)上對結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)行優(yōu)化和指導(dǎo)，己經(jīng)產(chǎn)生了非常好的經(jīng)濟(jì)效益。
本研究針對某超大型斗輪取料機(jī)進(jìn)行結(jié)構(gòu)有限元分析，敘述其主要思路和過程，提出注意事項(xiàng)。該斗輪取料機(jī)是由國內(nèi)企業(yè)依據(jù)《FEM Section II移動式散料搬運(yùn)設(shè)備設(shè)計(jì)規(guī)范》(以下簡稱《規(guī)范》)自主設(shè)計(jì)和制造，并出口馬來西亞用于某礦業(yè)巨頭的礦石中轉(zhuǎn)碼頭項(xiàng)目。設(shè)備設(shè)計(jì)取料能力8000 t/h，回轉(zhuǎn)半徑50 m。本機(jī)采用鋼絲繩卷揚(yáng)的四連桿俯仰機(jī)構(gòu)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用臺車形式。
采用許用應(yīng)力法，依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備技術(shù)協(xié)議確定結(jié)構(gòu)計(jì)算工況和載荷，在I-DEAS軟件環(huán)境下建立結(jié)構(gòu)有限元網(wǎng)格模型、施加載荷和約束并針對不同的工況進(jìn)行組合，分析結(jié)構(gòu)強(qiáng)度和變形，進(jìn)行結(jié)構(gòu)固有模態(tài)分析，根據(jù)輸出數(shù)據(jù)進(jìn)行結(jié)構(gòu)屈曲分析和銷軸計(jì)算，根據(jù)反力校核設(shè)備輪壓和俯仰系統(tǒng)載荷。
在結(jié)構(gòu)有限元分析之前，必須依據(jù)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)和設(shè)備技術(shù)協(xié)議確定取料機(jī)的結(jié)構(gòu)計(jì)算工況和載荷。本設(shè)備依據(jù)規(guī)范，計(jì)算工況通常都是在設(shè)計(jì)規(guī)范要求的基礎(chǔ)上針對設(shè)備工藝進(jìn)行合理假設(shè)，技術(shù)協(xié)議里面也會對需要特殊考慮的工況進(jìn)行說明。
自重載荷主要取決于設(shè)備的質(zhì)量分布表，除了鋼結(jié)構(gòu)本身還應(yīng)該涵蓋斗輪、帶式輸送機(jī)、物料轉(zhuǎn)載系統(tǒng)、司機(jī)室、電氣室、配重、走臺欄桿、驅(qū)動等機(jī)上設(shè)備的質(zhì)量和質(zhì)心分布。設(shè)備的質(zhì)量分布表應(yīng)該得到足夠的重視，如果最終質(zhì)量和用于結(jié)構(gòu)計(jì)算的質(zhì)量的誤差大于5%，設(shè)備需要重新進(jìn)行結(jié)構(gòu)計(jì)算，可能會出現(xiàn)系列的問題。
其他載荷，如正常和非正常物料載荷、積料載荷、正常和非正常挖掘阻力、膠帶張緊力、工作和非工作風(fēng)載荷、堵料載荷、斗輪停頓載荷、頭部側(cè)向碰撞載荷、緩沖器載荷和地震載荷都應(yīng)當(dāng)嚴(yán)格依據(jù)見規(guī)范的要求進(jìn)行計(jì)算。
結(jié)構(gòu)載荷的計(jì)算參數(shù)和機(jī)械計(jì)算的參數(shù)應(yīng)當(dāng)是互相匹配的，結(jié)構(gòu)計(jì)算載荷的大小通常與設(shè)備安全系統(tǒng)參數(shù)的設(shè)定有關(guān)，不得隨意降低規(guī)范中強(qiáng)制要求的參數(shù)。這些載荷也應(yīng)當(dāng)用于設(shè)備的傾覆穩(wěn)定性分析和機(jī)構(gòu)分析，在這些分析初步完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析會更有效率。
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