门架式圆形料场堆取料机结构分析

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门架式圆形料场堆取料机结构分析

叶阜王俊华韩刚华黄振国

中国华电工程（集团）有限公司物料输送技术上海中心

摘要：根据多年设计和制造圆形料场的经验，分析了圆形料场门架式取料设备的特点；对门架的强度、刚度进行分析，找出粱宽、梁高、挡墙高度、上滑轮吊挂点位置、刮板机吊点位置等岗素对强度和刚度的影响。

关键词：圆形料场；门架式堆取料机；变形；应力；刚度

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圆形料场以其存储量大、环保性能好、自动化程度高、作业不受气候环境影响等诸多优点，逐渐在电力、港１３、煤炭、化１二、冶金等行业得到广泛应用。中国华电Ｔ程物料输送技术上海中心经过近】０年的努力，消化吸收国外的先进技术，自主研发出可代替进口设备的圆形料场成套技术和设备，经过不断的研究、开发与创新，已经拥有了圆形料场的许多创新技术和专利。

１

受垂直方向的力。但是它对挡墙的轨道铺设是有要求的，在设计时要考虑工作过程中圆形料场料堆的各种情况以及当放下或提起刮板机时其承载车轮不会离开轨道。

悬臂式取料机采用“撑杆一拉杆一配重”形

式来支撑刮板机（见图２）。其结构特点是：悬臂式结构由于自身平衡，其力流通过中心立柱传递给地基，没有设备在挡墙上，其对挡墙的要求不高。所以这种结构形式多用于地质比较软，挡墙产生漂移较大的丁况。但其缺点也比较明显，整个堆取料机的莺力全部加载在中心立柱上，力所经过的地方都需要比较强的承载能力，地基处理的费用较高。

圆形料场的原理、结构形式及特点…

１．１圆形料场的功能

圆形料场堆取料机是把经过栈桥带式输送机的物料转载到回转堆料机，堆存到圆形料场内，通过回转刮板取料机（以下简称刮板机），从圆形料场内把物料取出，经过地下廊道带式输送机输送出去的设备。整个料场由挡墙、钢结构网架和彩钢板组成封闭的储料场，环保性好。圆形料场通过挡墙来提高物料的储存量，堆取料设备都是围绕中心柱工作，便于实现全自动化作业。１．２圆形料场的分类

圆形料场按堆料机形式可分为固定式和俯仰式；按刮板取料机支撑结构形式可分为悬臂式和门架式。

图１门架式圆形料场

门架式圆形料场采用１根桥式梁来支撑刮板

取料机，梁的两端分别由中心立柱回转平台处的铰点和挡墙轨道处的车轮来支承（见图１）。这样的形式受力比较明确，中心立柱处和车轮都只承

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图２悬臂式取料机圆形料场

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万方数据　

１．３

门架式圆形料场的受力特征

门架的作用是支撑刮板机，门架钢结构承受

着门架自身的重量和刮板机的载荷，构成了门架结构所受的２个主要载荷。在受载时，门架中部附近的位置会产生整个门架最大的应力和垂向变形，而在受载时门架车轮端水平方向上会产生位移。门架中部的垂直变形对门架的正常工作无影响，但是水平方向上的变形则会影响车轮与轨道的接触位置。

２

问题的提出与解决思路

２．１

现象

取料机钢结构的工作状态与诸多因素有关，

在边界条件发生变化时，门架的应力状态和变形会有很大的差异。例如在２个直径相同、取料能力差不多的圆形料场中，其门架所受刮板机提升钢丝绳的力也相差不大，但是２个门架的梁高却可能有较大差异。

在门架和刮板机的设计中，经常会根据需要设定一些参数，如门架的截面尺寸、刮板机上滑轮吊点位置、刮板机吊点位置、挡墙上的轨道面高度、物料堆积角（即门架倾斜角）、门架结构等。这些参数之间相互制约，有滑轮的钢丝绳最大偏摆角的约束（刮板机上滑轮吊点位置和刮板机吊点位置）；有空间位置干涉的约束（刮板机上滑轮吊点位置避让悬臂堆料机、门架结构避让其他设备）；还有标书里面的规定（挡墙高度、物料堆积角）。

在设计中，希望能找出上述参数对强度和刚度的影响，在可行的范同内选择最合适的参数值，设计最合理的门架和刮板机钢结构来满足工作的要求。

２．２解决思路

门架与承重挡墙之间的支撑关系是通过轨道和车轮来实现的。在工作状态或正常停机状态下，门架通过钢丝绳拉起整个刮板机，来满足刮板机的工作要求。钢丝绳的拉力根据刮板机的重量、吊点位置、钢丝绳角度等确定，在通常的项目中，钢丝绳的工作总拉力为６００～１

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ｋＮ。在刮板机

检修状态下，钢丝绳放松，刮板机放在检修支架或地面上，这时候钢丝绳不受力。在钢丝绳的受力变化时，门架的应力和车轮沿水平方向的位移

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万　

方数据也发生变化，由于钢丝绳的力差较大，导致了门架在放下和支撑刮板机时的位移差值很大。目前解决车轮水平位移的方法主要有：（１）通过车轮来释放水平位移；（２）在车轮上方设计１个球铰，通过球铰释放水平位移；（３）用随动装置（华电工程研发的专利技术）。

３刮板机吊点的确定

刮板机吊点位置的确定取决于刮板机头部和跨中的刚性以及吊点处和跨中处的强度。即要取合适的吊点位置来达到强度和刚度的和谐（见图３）。

图３中，把刮板机钢结构受力简化后分为２种力加载到模型中，即代替头部张紧和改向轮重力的集中力Ｆ；代替刮板机钢结构和刮板机构的均布载荷ｑ。在上述２种力的作用下，在刚度方面，希望Ａ点的下挠度与Ｂ、Ｃ间中点的下挠度相近，同时在强度方面又希望Ｂ点处的应力大小与Ｂ、Ｃ间中点处的应力大小相当。这样Ｂ点的位置在满足刚度相等条件和强度相等条件时分别会有一个值，也就说ＡＢ与ＢＣ的比值根据强度或者刚度相等的目标不一样会有２个不同的值。在实际的设计数据中头部张紧和改向链轮的质量相对于均布质量并不大，在计算中若不计Ｆ的影响，不管ＡＣ的长度为多少，仅仅在均布载荷ｑ的作用下，在以强度或刚度相等为取值条件时Ａ曰与ＢＣ的比值分别相等。这样，刮板机吊点Ｂ点的位置就可以确定下来。

图３刮板机钢梁受力简图

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门架式取料机各参数对强度与横向刚度

的影响

４．１参数的确定

门架与刮板机简图见图４，根据门架的尺寸和受力、受约束情况，可以统一归纳各种参数，通过简化，建立与实际比较接近的数学模型，然后根据模型分别列出门架结构的最大应力值和水

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平位移值的解析式。分别通过对应力值解析式和位移解析式的整理与简化，得出应力与位移值中各种参数的影响以及影响的比重。这样可以在以后的设计中更简单地确定出优化的参数组合。

图４门架与刮板机简陶

１．轨道面２．门架钢结构３．钢丝绳上吊点４．钢丝绳

５．刮板机６．门架铰点

图５中的参数有相关性，选择所需的参数作为基本变量，本文选取的基本参数有：门架根部水平段Ｌ．，物料堆积角０，门架铰点离轨道的距离Ｌ，吊点水平位置如，中部水平段厶，轨道面相对铰点高日，钢丝绳力ｒ。可以推导出来的参数有：上吊点垂直位置Ｙ：，门架倾斜段戈。和菇：，倾斜高度门，钢丝绳出力角ａ。４．２强度的推导

由图５可以画出由上述基本参数表达的在钢丝绳拉力ｒ作用下产生的门架弯矩图（见图６）并得到其解析式。从而可以结合门架的截面参数确定在钢丝绳拉力作用下最大应力发生的位置和应力值。

自重产生的弯矩图也用类似的方式，这里为了简化计算，把￡，和厶段的均布载荷也取平均均布载荷，由于这２段的相对长度比较小，所以对计算结果影响很小。上述２个弯矩图叠加的结果就是门架所受的弯矩图。

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图５门架数学模型的边界条件

４．３刚度的推导

为了得出位移表达式，这里采用图乘法‘２｜，

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方数据具体做法为：分别对受钢丝绳力和均布力作用下产生的位移用解析式表达出来（表达式很长），然后根据参数间的约束关系进行解析式简化。这个过程比较繁杂耗时，最终计算的结果两者相加即为门架的位移表达式。

（ｂ）

图６门架在集中载荷７１作用时的图乘法图解

（ａ）ＭＴ图（ｂ）Ｍ．图

结论

（１）强度和刚度对应的截面参数分别是弯曲

截面系数和截面惯性矩，计算结果有时体现出位移或者强度中１个量超出了许用值，需要调节截面尺寸参数来满足要求。

（２）在各种参数条件下，钢丝绳力的大小和门架铰点离轨道的距离对门架强度有直接的影响；物料堆积角和钢丝绳力的方向对门架强度有一定影响；挡墙高度对门架强度无明显影响。钢丝绳力的大小和门架铰点离轨道的距离对门架横向刚度有直接的影响；物料堆积角和挡墙高度对门架横向刚度有较大的影响；钢丝绳力的方向对门架横向刚度有一定影响。

（３）刮板机的吊点位置可以由强度和刚度条件统一在某个比例点上。

参考文献

１

王汝贵，黄亚夫．圆形储料场及其在火力发电厂的应

用．起重运输机械，２００６（７）：３５—３７

２余崇义．结构力学．北京：人民交通出版社，１９８６

作者：叶阜

地址：上海市世纪大道１５００号东方大厦７０２Ｄ邮

编：２００１２２

收稿日期：２００９—０３—１０

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门架式圆形料场堆取料机结构分析

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：

叶阜， 王俊华， 韩刚华， 黄振国

中国华电工程(集团)有限公司物料输送技术上海中心起重运输机械

HOISTING AND CONVEYING MACHINERY2009(10)

参考文献(2条)

1. 余崇义 结构力学 1986

2. 王汝贵;黄亚夫 圆形储料场及其在火力发电厂的应用[期刊论文]-起重运输机械 2006(07)

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