LBQ2000配料機(jī)三斗機(jī)架結(jié)構(gòu)分析1前言LBQ2000型配料機(jī)是修筑高速公路用的穩(wěn)定土配料設(shè)備，它能夠?qū)⒋笮〔煌奈锪习凑找蟮谋壤浜?，然后通過輸送設(shè)備將配好的物料送入到穩(wěn)定土攪拌器中。配料機(jī)上共有5個(gè)級(jí)配斗，其中3個(gè)放在三斗機(jī)架上，另外2個(gè)放在兩斗機(jī)架上。三斗機(jī)架承受著級(jí)配斗重力、隔網(wǎng)重力、物料重力、級(jí)配單元重力、級(jí)配帶拉力和裝載機(jī)卸料時(shí)的沖擊力，但長期以來一直采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)的合理性有待研究。為使其結(jié)構(gòu)更加合理、安全、可靠，避免發(fā)生材料浪費(fèi)等現(xiàn)象，以降低生產(chǎn)成本，論文采用有限元分析方法，對(duì)配料機(jī)三斗機(jī)架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)方案。2三斗機(jī)架結(jié)構(gòu)及工作情況介紹三斗機(jī)架屬于鋼架結(jié)構(gòu)，主要由標(biāo)準(zhǔn)槽鋼焊接而成，材料均為 Q235A。機(jī)架總長10.186m、總寬2.024m、總高1.762m（不包括支腿），三斗機(jī)架自重1519Kg。機(jī)架上裝有三個(gè)級(jí)配斗，每個(gè)級(jí)配斗內(nèi)分別裝有疏密程度不同的隔網(wǎng)，如圖1所示。圖1.三斗機(jī)架結(jié)構(gòu)工作時(shí)裝載機(jī)將大小不同的物料分別裝入各個(gè)級(jí)配斗內(nèi)，物料通過隔網(wǎng)落到級(jí)配帶上，級(jí)配帶運(yùn)動(dòng)時(shí)即可將物料下落到輸送帶上，物料通過輸送帶運(yùn)送到穩(wěn)定土攪拌器中。級(jí)配斗每斗裝載量7.4m3，物料密度1600kg/m3，裝載機(jī)每次裝載量5000kg，裝載機(jī)裝載時(shí)卸料高度3600mm，每個(gè)級(jí)配斗自重977.62kg，每個(gè)隔網(wǎng)自重140.66kg，每個(gè)級(jí)配單元自重641kg。施加載荷時(shí)將重量換算為重力。4加約束和載荷4.1加約束根據(jù)三斗機(jī)架工作時(shí)的實(shí)際情況，對(duì)其相應(yīng)節(jié)點(diǎn)施加約束。對(duì)三斗機(jī)架支腿與地面相連的節(jié)點(diǎn)及建模時(shí)另外增設(shè)的4個(gè)參考點(diǎn)K施加全約束，即使其AllDOF=0。如圖4所示。4.2施加重力載荷通過輸入沿Z軸正向的加速度9.8m/s2，來施加三斗機(jī)架本身的重力載荷。ANSYS認(rèn)為，如果模擬重力，必須使結(jié)構(gòu)沿重力反向加速。也就是說，施加的重力其實(shí)是反向加速度。4.3施加工作載荷工作載荷主要包括：級(jí)配斗內(nèi)物料重力、裝載機(jī)卸料時(shí)的沖擊載荷（加載時(shí)通過將動(dòng)載荷乘上動(dòng)荷系數(shù)Kd的方法，將動(dòng)載荷轉(zhuǎn)換為靜載荷）、級(jí)配斗和隔網(wǎng)的自重力、級(jí)配單元自重力和級(jí)配帶拉力（級(jí)配電機(jī)功率P=1.5KW,級(jí)配帶速度V=1.25m/s,級(jí)配帶拉力F=些L=10001.5=1200N。級(jí)配帶拉力分別作用于三斗機(jī)架的本單元的下縱梁與支腿相V1.25交的4個(gè)節(jié)點(diǎn)上，大小相等，方向相反，其中2個(gè)節(jié)點(diǎn)上施加F=600N，另外2個(gè)節(jié)點(diǎn)上施x加F=-600N。三個(gè)單元共8個(gè)節(jié)點(diǎn)都以相同的方法施加。）。分別將上述載荷施加到相應(yīng)的x節(jié)點(diǎn)上。施加約束和載荷后的有限元模型如圖4所示。配料給料機(jī)兩斗機(jī)架結(jié)構(gòu)分析配料給料機(jī)是修筑高速公路時(shí)的穩(wěn)定土配料、上料設(shè)備，它能夠?qū)⒋笮〔煌奈锪习凑找蟮谋壤浜?，然后通過上料架將配好的物料送入穩(wěn)定土攪拌器中。配料給料機(jī)上共有5個(gè)級(jí)配斗，其中2個(gè)放在兩斗機(jī)架上，另外3個(gè)放在三斗機(jī)架上。兩斗機(jī)架承受著巨大的工作載荷，但長期以來一直采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)的合理性有待研究。為使其結(jié)構(gòu)更加合理、安全、可靠，避免發(fā)生材料浪費(fèi)等現(xiàn)象，以降低生產(chǎn)成本，論文采用有限元分析方法，對(duì)配料給料機(jī)兩斗機(jī)架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，根據(jù)計(jì)算結(jié)果提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)方案。1兩斗機(jī)架結(jié)構(gòu)及工作情況介紹兩斗機(jī)架屬于鋼架結(jié)構(gòu)，主要由標(biāo)準(zhǔn)槽鋼焊接而成，材料均為 Q235A。機(jī)架總長6.546m、總寬2.024m、總高1.762m（不包括支腿），兩斗機(jī)架自重1034Kg。機(jī)架上裝有兩個(gè)級(jí)配斗，每個(gè)級(jí)配斗內(nèi)分別裝有疏密程度不同的隔網(wǎng)，如圖1所示。圖1.兩斗機(jī)架結(jié)構(gòu)工作時(shí)裝載機(jī)將大小不同的物料分別裝入各個(gè)級(jí)配斗內(nèi)，物料通過隔網(wǎng)落到級(jí)配帶上，級(jí)配帶運(yùn)動(dòng)時(shí)即可將物料下落到輸送帶上，物料通過輸送帶運(yùn)送到穩(wěn)定土攪拌器中。級(jí)配斗每斗裝載量7.4m3，物料密度1600kg/m3，裝載機(jī)每次裝載量5000kg，裝載機(jī)裝載時(shí)卸料高度3.6m，每個(gè)級(jí)配斗自重977.62kg，每個(gè)隔網(wǎng)自重140.66kg，每個(gè)級(jí)配單元自重641kg。3加約束和載荷3.1加約束根據(jù)兩斗機(jī)架工作時(shí)的實(shí)際情況，對(duì)其相應(yīng)節(jié)點(diǎn)施加約束。對(duì)兩斗機(jī)架支腿與地面相連的節(jié)點(diǎn)和建模時(shí)另外增設(shè)的4個(gè)參考點(diǎn)K施加全約束，即使其AllDOF=0。如圖4所示。圖4.施加約束和載荷后的有限元模型3.2施加重力載荷通過輸入沿Z軸正向的加速度9.8m/s2，來施加兩斗機(jī)架本身的重力載荷。ANSYS認(rèn)為，如果模擬重力，必須使結(jié)構(gòu)沿重力反向加速。也就是說，施加的重力其實(shí)是反向加速度。3.3施加工作載荷工作載荷主要包括：級(jí)配斗內(nèi)物料重力、裝載機(jī)卸料時(shí)的沖擊載荷（加載時(shí)通過將動(dòng)載荷乘上動(dòng)荷系數(shù)Kd的方法，將動(dòng)載荷轉(zhuǎn)換為靜載荷）、級(jí)配斗和隔網(wǎng)的自重力、級(jí)配單元自重力和級(jí)配帶拉力。分別將上述載荷施加到相應(yīng)的節(jié)點(diǎn)上。施加約束和載荷后的有限元模型如圖4所示。配料倉濾網(wǎng)有限元分析1前言集料給料機(jī)是修筑高速公路時(shí)的穩(wěn)定土配料、上料設(shè)備，它能夠?qū)⒋笮〔煌奈锪习凑罩付ǖ谋壤浜茫缓笸ㄟ^上料架將配好的物料送入到穩(wěn)定土攪拌器中。集料給料機(jī)上共有4個(gè)配料倉，每個(gè)配料倉內(nèi)放置有疏密程度不同的濾網(wǎng)。工作時(shí)濾網(wǎng)承受著物料下落時(shí)所產(chǎn)生的巨大沖擊載荷，但長期以來一直采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)的合理性有待研究。為使其結(jié)構(gòu)更加合理、安全、可靠，避免發(fā)生材料浪費(fèi)等現(xiàn)象，以降低生產(chǎn)成本，論文采用有限元分析方法，對(duì)配料倉濾網(wǎng)的結(jié)構(gòu)進(jìn)行計(jì)算，并根據(jù)計(jì)算結(jié)果提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)方案。2濾網(wǎng)的結(jié)構(gòu)及工作情況介紹濾網(wǎng)屬于鋼架結(jié)構(gòu)，它的四周是用L63X6角鋼、中間是用50X6的扁鋼焊接而成，材料均為Q235A。濾網(wǎng)總長3.52m、總寬3.36m、總高0.063m。其結(jié)構(gòu)如圖1所示。工作時(shí)濾網(wǎng)分別放置在各個(gè)配料倉內(nèi)，裝載機(jī)將大小不同的物料分別裝入各個(gè)配料倉內(nèi)，物料通過濾網(wǎng)進(jìn)入配料倉，從而篩分出物料的大小，達(dá)到過濾的目的。裝載機(jī)每次裝載量5000kg，裝載機(jī)裝載時(shí)卸料高度3.5m，濾網(wǎng)距離地面高度2.5m。4.加約束和載荷4.1加約束根據(jù)濾網(wǎng)工作時(shí)的實(shí)際情況，對(duì)分布在濾網(wǎng)四周的節(jié)點(diǎn)施 加位移平動(dòng)約束，使其UX=UY=UZ=0，另外對(duì)建模時(shí)作為參考點(diǎn)的節(jié)點(diǎn)施加全約束alldof=0，從而使其不參加運(yùn)算。施加約束后的濾網(wǎng)有限元模型如圖4所示。4.2加載荷施加重力載荷通過輸入沿Z向的重力加速度9.8m/s2ANSYS軟件自動(dòng)會(huì)把它換算為濾網(wǎng)自身相應(yīng)的重力⑶。施加工作載荷濾網(wǎng)總面積：S=3.52x3.36=11.827(m2)，其中橫支梁面積：S1=3.52x0.006x26=0.549(m2)，縱支梁面積：S2=3.36x0.006x16=0.323(m2)，裝載機(jī)卸料時(shí)只有縱橫支梁承受沖擊載荷，打在濾網(wǎng)空隙部分的物料穿過空隙而落下，濾網(wǎng)不承受此部分載荷?？v橫支梁面積占濾網(wǎng)總面積的比例為：(5=(S1+S2):S=(0.549+0.323):11.827=0.0737=7.37%，裝載機(jī)每斗裝載量F=5000Kg，所以濾網(wǎng)實(shí)際承受沖擊載荷F1=5000x7.37%=368.5(Kg)=3611.3(N)。通過將載荷乘上動(dòng)載荷系數(shù)的方法將動(dòng)載荷轉(zhuǎn)換為靜載荷，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)取動(dòng)載荷系數(shù)Ki=3，轉(zhuǎn)化后的靜載荷F.=F1Kd=3611.3X3=10833.9(N)；受動(dòng)載荷節(jié)點(diǎn)個(gè)數(shù)n=26X16=416(個(gè))；平均每個(gè)節(jié)點(diǎn)受力Fp=F.：n=10833.9『416=26(N)。施加約束和載荷后的濾網(wǎng)有限元模型如圖4所示。 PJ成品輸送機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)分析0前言帶式輸送機(jī)因其具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、工作可靠性強(qiáng)、占據(jù)空間小，并能適應(yīng)在各種惡劣環(huán)境下工作，包括潮濕、泥濘、粉塵多等特點(diǎn)。因此帶式輸送機(jī)被廣泛地應(yīng)用于礦山、煤炭、冶金、建材、電力、港口、化工等領(lǐng)域，成為散料運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中扮演越來越重要的角色。帶式輸送機(jī)機(jī)架承受著巨大的工作載荷，但長期以來一直采用經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法進(jìn)行設(shè)計(jì)，其結(jié)構(gòu)的合理性有待研究。為使其結(jié)構(gòu)更加合理，避免發(fā)生材料浪費(fèi)等現(xiàn)象，以降低生產(chǎn)成本，論文采用有限元分析方法［1］，對(duì)帶式輸送機(jī)機(jī)架進(jìn)行有限元分析，并根據(jù)分析結(jié)果提出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)改進(jìn)方案。1帶式輸送機(jī)結(jié)構(gòu)介紹帶式輸送機(jī)機(jī)架屬于鋼架結(jié)構(gòu)，主要由槽鋼、角鋼、方鋼、鋼板及鋼板折彎后焊接而成，材料均為Q235A，機(jī)架總長21.242m、總寬1.598m、總高6.7m。機(jī)架由三段組成：水平機(jī)架、下段斜機(jī)架和上段斜機(jī)架，水平機(jī)架和下段斜機(jī)架之間用圓柱銷連接，下段斜機(jī)架和上段斜機(jī)架之間用螺栓和墊圈連接。水平機(jī)架平行于地面水平放置，下段斜機(jī)架和上段斜機(jī)架與地面成18°夾角傾斜放置。機(jī)架上裝有電動(dòng)機(jī)、減速器、鏈輪、主動(dòng)滾筒、被動(dòng)滾筒、托輥、輸送帶和壓帶輪等。工作時(shí)電動(dòng)機(jī)和減速器通過鏈傳動(dòng)帶動(dòng)主動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)滾筒通過放置在托輥上的輸送帶帶動(dòng)被動(dòng)滾筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)，物料就放置在輸送帶上，通過輸送帶的傳動(dòng)，可以將物料運(yùn)走。該帶式輸送機(jī)輸送量為600噸/小時(shí)，電機(jī)功率18.5KW，輸送速度1.83m/s。2建立有限元模型2.1單元的選擇和單元坐標(biāo)系的確定根據(jù)帶式輸送機(jī)機(jī)架結(jié)構(gòu)和工作時(shí)的受力情況，建模時(shí)選用三維彈性梁單元BEAM4，BEAM4單元為空間剛架單元，它有兩個(gè)節(jié)點(diǎn)(I、J)，每個(gè)節(jié)點(diǎn)上有六個(gè)自由度，即沿著坐標(biāo)X軸、Y軸、Z軸方向的平動(dòng)自由度和繞著X軸、Y軸、Z軸的旋轉(zhuǎn)自由度?？蛇x擇的K節(jié)點(diǎn)用于該單元在空間的定位，圖1表示了幾種BEAM4單元的空間放置情況。定義單元時(shí)，

如果不定義K節(jié)點(diǎn)，單元坐標(biāo)Y軸與空間坐標(biāo)系Y坐標(biāo)軸方向相同。如果定義了K節(jié)點(diǎn)，I節(jié)點(diǎn)到J節(jié)點(diǎn)為單元坐標(biāo)系的X軸，Y軸在節(jié)點(diǎn)I、J和K構(gòu)成的平面上且與X軸垂直，應(yīng)用右手定則可以得到Z軸［2］。本文在建立模型時(shí)都定義了K節(jié)點(diǎn)。圖1.BEAM4的單元坐標(biāo)系2.2添加實(shí)常數(shù)確定了單元坐標(biāo)系后，即可定義單元截面的幾何屬性。需要輸入的實(shí)常數(shù)包括材料截面面積、對(duì)Y軸的慣性矩IYY、對(duì)Z軸的慣性矩IZZ、Y方向的梁厚度TKY、Z方向的梁厚度TKZ，以及梁的線質(zhì)量，如圖1所示。圖2.上段機(jī)架和下段機(jī)架左右大梁截面形狀該機(jī)架模型共有15種實(shí)常數(shù)：有的是標(biāo)準(zhǔn)型鋼，實(shí)常數(shù)可以直接從表中查出；有的是查出后再經(jīng)移軸計(jì)算而得到；但上段機(jī)架和下段機(jī)架的左右大梁是用厚度為6mm的鋼板折彎而成，其截面形狀如圖2所示，屬于非標(biāo)準(zhǔn)型材，其實(shí)常數(shù)需要計(jì)算。將添加實(shí)常數(shù)的全部APDL程序以文本文件的格式另存到工作目錄下，通過“readinputfrom”命令讀入文本文件名即可完成實(shí)常數(shù)的添加［3］。2.3添加材料屬性取彈性模量E=2.1e11Pa,泊松比以二0.3。2.4建模（1） 創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)先計(jì)算出各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值，在APDL程序中，通過“n”命令寫入各節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)值，之后將其保存到工作目錄下，通過“readinputfrom”命令讀入文本文件名即可完成節(jié)點(diǎn)的創(chuàng)建。共創(chuàng)建213個(gè)節(jié)點(diǎn)（包括參考點(diǎn)）（2） 創(chuàng)建單元用上述同樣的方法，通過e命令創(chuàng)建單元，共創(chuàng)建259個(gè)單元，如圖3所示。3加約束和載荷3.1加約束根據(jù)帶式輸送機(jī)機(jī)架工作時(shí)的實(shí)際情況，對(duì)其相應(yīng)節(jié)點(diǎn)施加約束。由于水平機(jī)架支腿平放在地面上，故約束其下部與地面接觸的節(jié)點(diǎn)，使UX=UY=UZ=0；由于傾斜機(jī)架支腿下部使用的有圓柱銷（間隙配合），故約束其下部與圓柱銷接觸的節(jié)點(diǎn)，使UX=UY二UZ二RY二RZ=0；對(duì)參考點(diǎn)施加全約束，使AllDOF=0,即不參加運(yùn)算。如圖3所示。3.2耦合操作水平機(jī)架與下段斜機(jī)架之間，三個(gè)支腿與斜機(jī)架之間由于使用圓柱銷連接（間隙配合），故對(duì)相連的節(jié)點(diǎn)自由度進(jìn)行耦合，使它們的UX=UY=UZ=RY=RZ，留下RX自由活動(dòng)。上段斜機(jī)架和下段斜機(jī)架之間用螺栓緊固連接，對(duì)相連的節(jié)點(diǎn)自由度進(jìn)行耦合，使它們的所有自由度全相等，即將其視為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。耦合后模型如圖3所示。3.3施加重力載荷通過輸入沿Z軸正向的加速度9.8m/s2，來對(duì)機(jī)架本身施加重力載荷。ANSYS認(rèn)為，如果模擬重力，必須使結(jié)構(gòu)沿重力反向加速。也就是說，施加的重力其實(shí)是反向加速度。3.4施加工作載荷工作載荷主要包括：主動(dòng)滾筒、被動(dòng)滾筒、輸送帶、物料和電機(jī)的重力，輸送帶拉力等。主動(dòng)滾筒、被動(dòng)滾筒和電機(jī)的重力分別施加到其安裝位置所在的節(jié)點(diǎn)上；輸送帶和物料的重力計(jì)算后均勻施加到輸送帶所經(jīng)過的各個(gè)節(jié)點(diǎn)上（包括水平機(jī)架、下段斜機(jī)架和上段斜機(jī)架）；先將輸送帶拉力分解為水平分力和垂直分力，在主動(dòng)滾筒所在的上段斜機(jī)架右端節(jié)點(diǎn)上施加沿Y軸負(fù)方向的水平分力和Z軸負(fù)方向的垂直分力，在被動(dòng)滾筒所在的水平機(jī)架的左端節(jié)點(diǎn)上施加沿Y軸正方向的水平分力，在安裝壓帶輪的水平機(jī)架和下段斜機(jī)架相連處的節(jié)點(diǎn)上施加沿Z軸負(fù)方向的垂直分力。施加約束、耦合和載荷后的模型如圖3所示。圖3.施加約束、耦合和載荷后的有限元模型4求解依次單擊Solution-Solve-CurrentLS,單擊OK按鈕，求解結(jié)束后保存數(shù)據(jù)庫。5計(jì)算結(jié)果與分析通過ANSYS后處理，得出機(jī)架最大變形值為DMAX=3.264mm，位置在下段斜機(jī)架上，如圖4所示。根據(jù)GB50017—2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，最大變形小于L/250CL為機(jī)架總長度)，即可安全工作，該機(jī)架總長度L=21.242m，L：250=0.084968(m)=84.968(mm)，該機(jī)架最大變形量DMAX=3.263mm遠(yuǎn)小于允許變形量84.968mm。通過定義單元表，得到最大應(yīng)力值為50.827MPa，位置在水平機(jī)架與斜機(jī)架相連的支腿處，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Q235A的屈服強(qiáng)度235MPa。6改進(jìn)措施鑒于上述計(jì)算結(jié)果，提出如下改進(jìn)措施：將水平機(jī)架左、右大梁由槽鋼C12改為C10；將上段斜機(jī)架和下段斜機(jī)架的左、右大梁由原來的鋼板折彎(圖2所示)改為型材C12；改變斜機(jī)架支腿的位置，并將其由原來的傾斜于地面改為垂直于地面，還對(duì)其中一個(gè)支腿的結(jié)構(gòu)進(jìn)行改動(dòng)，去掉一根橫撐和兩根斜撐。7結(jié)語對(duì)改進(jìn)后的機(jī)架進(jìn)行分析，分析結(jié)果如圖5所示。改進(jìn)后最大變形量DMAX=2.776mm遠(yuǎn)小于允許變形量84.968mm。最大應(yīng)力值為43.13MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于Q235A的屈服強(qiáng)度235MPa。查閱國家標(biāo)準(zhǔn)GB50017-2003《鋼結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》，改進(jìn)后的機(jī)架結(jié)構(gòu)不會(huì)因失穩(wěn)而產(chǎn)生屈曲現(xiàn)象。改進(jìn)后結(jié)構(gòu)不僅變形減小，且每臺(tái)機(jī)架直接節(jié)約鋼材400Kg。另外，由于上段斜機(jī)架和下段斜機(jī)架的左、右大梁由原來的鋼板折彎改為型材C12，減少了大梁的折彎加工工藝，不僅使產(chǎn)品在工藝方面節(jié)省加工費(fèi)用，同時(shí)也縮短了生產(chǎn)周期?？傆?jì)每臺(tái)機(jī)架改進(jìn)后節(jié)約費(fèi)用約5000元。

圖4.顯示變形的等效有限元模型圖5.改進(jìn)后的機(jī)架分析結(jié)果斜皮帶運(yùn)輸機(jī)8米支架屈曲特性有限元分析斜皮帶運(yùn)輸機(jī)因其具有結(jié)構(gòu)緊湊、運(yùn)轉(zhuǎn)穩(wěn)定、工作可靠性強(qiáng)、占據(jù)空間小，并能適應(yīng)在各種惡劣環(huán)境下工作，包括潮濕、泥濘、粉塵多等特點(diǎn)。因此斜皮帶運(yùn)輸機(jī)被廣泛地應(yīng)用于礦山、煤炭、冶金、建材、筑路、電力、港口、化工、糧食加工等領(lǐng)域，成為散料運(yùn)輸?shù)闹饕O(shè)備，在社會(huì)經(jīng)濟(jì)結(jié)構(gòu)中扮演越來越重要的角色［11屈曲分析(又稱穩(wěn)定性分析)和穩(wěn)定性驗(yàn)算已經(jīng)成為各類細(xì)長受壓結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中必須考慮的關(guān)鍵性問題。斜皮帶運(yùn)輸機(jī)承受著巨大的工作載荷，其上的8m支架支撐高度大，屬于細(xì)長且受壓部件，結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定性問題變得尤為突出，所以對(duì)其進(jìn)行抗壓穩(wěn)定性屈曲分析十分必要。2斜皮帶運(yùn)輸機(jī)結(jié)構(gòu)和工作情況介紹2.1結(jié)構(gòu)和工作情況介紹斜皮帶運(yùn)輸機(jī)總長47.4m、總寬2.835m、總高11.72m。斜皮帶運(yùn)輸機(jī)由皮帶托輥架、支架、料斗等裝置組成，皮帶托輥架與地面成18°傾角。皮帶托輥架上裝有電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、主動(dòng)滾筒、被動(dòng)滾筒、托輥、輸送帶、張緊機(jī)構(gòu)等。工作時(shí)電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)通過鏈傳動(dòng)帶動(dòng)主動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)滾筒通過放置在托輥架上的輸送帶帶動(dòng)被動(dòng)滾筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)，物料就放置在輸送帶上，通過輸送帶的傳動(dòng)，可以將物料運(yùn)走。該斜皮帶運(yùn)輸機(jī)的輸送量為350T/h，電機(jī)功率37KW，輸送帶速度2m/s，其工作示意圖如圖1所示。斜皮帶運(yùn)輸機(jī)8米支架總長1.3m、總寬0.4m，總高8.081m，由熱軋等邊角鋼L63X6和L80X7焊接而成，材料為Q235A，彈性模量2.0E+11Pa，泊松比0.3，密度為7850kg/m3,其立體結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖1.斜皮帶運(yùn)輸機(jī)工作示意圖圖2.8米支架立體圖2.2支架受力計(jì)算8米支架承受的力包括電纜橋架重、聚料罩重、減速機(jī)重、連接架重、走道板重、樓梯重、上料機(jī)架重、輸送帶重、機(jī)架重、接道管重、中部機(jī)架重、表1各物件重量名稱重量(Kg)名稱重量(Kg)電纜橋架N=632.59接道管N10=6.82聚料罩1N=114.62中部機(jī)架N11=4242.87減速機(jī)2N3=250接料盤N12=440.76連接架N4=604.47張緊機(jī)構(gòu)N13=1121.12

走道板N5=2500.69密封護(hù)罩N14=657.72樓梯N6=98.45接料斗N15=73.63上料機(jī)架N7=944.10下托輥總成N16=545.16輸送帶N8=1791.0槽型托輥總成N17=2259.16清掃器N9=8.2物料N18=2304.11接料盤重、清掃器重、密封護(hù)罩重、接料斗重、下托輥總成重、槽型托輥總成重、張緊機(jī)構(gòu)重和物料重。各物件重量如表1所示。通過一個(gè)繁瑣的計(jì)算過程，得出8米支架承受的垂直向下的壓力為P=30517.9牛頓。3.5加約束和載荷根據(jù)8m支架工作時(shí)的實(shí)際情況，對(duì)其相應(yīng)節(jié)點(diǎn)施加約束。由于支架底端緊固在地面上，故約束其下部與地面接觸的4個(gè)節(jié)點(diǎn)，使AllDOF=0，施加約束后的模型如圖3所示。選擇節(jié)點(diǎn)41為加力點(diǎn)，沿著Z方向施加單位力-1，完成載荷施加操作。加載之后的8m支架模型如圖3所示。上料架總成靜態(tài)特4圖3施加約束和有限元模型元分析過程上料架總成靜態(tài)特4圖3施加約束和有限元模型元分析過程4.1產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)和工作情況介紹買制4.1上料架總成屬于鋼架結(jié)構(gòu)，主要由槽鋼、石鋼、鋼板及鋼板折彎后焊接而成，材料均為Q235A，機(jī)架總長21.091m、總寬0.8542m、總高2.04398m。機(jī)架由三段組成：底架后段、底架前段和斜機(jī)架，底架后段和底架前段之間用螺栓和墊圈連接，底架前段和斜機(jī)架之間通過圓柱銷連接。底架后段、底架前段平行于地面水平放置，斜機(jī)架與地面成18°夾角傾斜放置。機(jī)架上裝有電動(dòng)機(jī)、減速機(jī)、鏈條、張緊機(jī)構(gòu)、被動(dòng)滾筒、托輥、輸送帶和刮料器等。工作時(shí)電動(dòng)機(jī)和減速機(jī)通過鏈傳動(dòng)帶動(dòng)主動(dòng)滾筒轉(zhuǎn)動(dòng)，主動(dòng)滾筒通過放置在托輥上的輸送帶帶動(dòng)被動(dòng)滾筒一起轉(zhuǎn)動(dòng)，物料就放置在輸送帶上，通過輸送帶的傳動(dòng)，可以將物料運(yùn)走。該成品輸送系統(tǒng)輸送量為170噸/小時(shí)，電機(jī)功率5.5KW，輸送帶速度1.25m/s。4.6.5耦合和加約束4.6.5.1耦合兩支架與支座之間，底架前段與斜機(jī)架總成之間由于使用圓柱銷連接（間隙配合），故對(duì)相連的節(jié)點(diǎn)自由度進(jìn)行耦合，使它們的UX=UY=UZ=RY=RZ，留下RX自由活動(dòng)。斜機(jī)架總成兩邊的大梁與支架相連接的地方用螺栓緊固連接，對(duì)相連的節(jié)點(diǎn)自由度進(jìn)行耦合，使它們的所有自由度全相等，即將其視為一個(gè)節(jié)點(diǎn)。表4中的數(shù)據(jù)輸入ANSYSCommandPrompt窗口執(zhí)行命令，即可耦合所要耦合的點(diǎn)。4.6.5.2加約束根據(jù)上料架總成工作時(shí)的實(shí)際情況，對(duì)其相應(yīng)節(jié)點(diǎn)施加約束。由于底架后段、底架前段的支腿和斜機(jī)架總成的支座平放在地面上，故約束其下部與地面接觸的節(jié)點(diǎn)，節(jié)點(diǎn)為1、2、9、10、29、30、51、52、71、72、91、92、141、142，使UX=UY=UZ=0；對(duì)參考點(diǎn)施加全約束，參考點(diǎn)為137、138、139、140，使AllDOF=0,即不參加運(yùn)算，完成約束操作。4.7施加載荷4.7.1計(jì)算載荷4.7.1.1分析上料架總成的受力上料架總成的最大輸送量是170噸/時(shí)，電機(jī)功率是5.5Kw，輸送帶帶速是1.25米/秒，托輥直徑是中273mm，鏈輪直徑是中233.17mm，托輥轉(zhuǎn)速是n轉(zhuǎn)/秒，物料密度是1600千克/立方米。架子承受的力包括物料重、皮帶重、托輥總重、電機(jī)重、電機(jī)支架重、被動(dòng)滾筒和張緊機(jī)構(gòu)的重力。4.7.1.2計(jì)算工作載荷上料架總成的總長L=L1+L2=8.6+7.2+0.15+0.45+4.98=21.382（米）其中L1為底架后段和底架前段長，L2為斜機(jī)架總成長度。（1） 計(jì)算土重T（時(shí)間）=L：1.25二21.382：1.25=17.1（秒）=0.00475（時(shí)）S（輸送量）=TX170=0.00475X170=0.8075（噸）=7913.5（牛頓）（2） 計(jì)算皮帶重皮帶重二419.24^2=209.62（千克）二2054.276（牛頓）（3） 計(jì)算托輥總重托輥總重二124+139.5+77.5=341（千克）二3341.8（牛頓）分析結(jié)構(gòu)可知，將所受總力F總分成3份F總二（土重+皮帶重+托輥總重）+3=13309.576+3=4436.525（牛頓）圖6托輥受力分析n1點(diǎn)數(shù)=n2點(diǎn)數(shù)=22個(gè)，F(xiàn)=4436.525+22=201.66（牛頓），F(xiàn)+2=2218.26+22=100.83（牛頓）.分配載荷：節(jié)點(diǎn)6、7、14、15、18、19、22、23、26、27、34、35、38、39、42、43、48、49、56、57、60、61、64、65、68、69、76、77、80、81、84、85、88、89、102、103、106、107、110、111、126、127、130、131承受力為F,方向均為Z軸負(fù)方向；節(jié)點(diǎn)5、8、13、16、17、20、21、24、25、28、33、36、37、40、41、44、47、50、55、58、59、62、63、66、67、70、75、78、79、82、83、86、87、90、101、104、105、108、109、112、125、128、129、132承受力為F/2,方向均為Z軸負(fù)方向。其中：n1、n2為托輥中間節(jié)點(diǎn)，F(xiàn)為各個(gè)位置所受的力。（4） 計(jì)算電機(jī)重和電機(jī)支架重電機(jī)重和電機(jī)支架重二175+45.66=220.66（千克）=2162.468（牛頓）將所求的電機(jī)重和電機(jī)支架重分配到節(jié)點(diǎn)147、148、149、150上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)受力為2162.468/4=540.617（牛頓），方向均為Z軸負(fù)方向。（5） 計(jì)算被動(dòng)滾筒和張緊機(jī)構(gòu)重被動(dòng)滾筒和張緊機(jī)構(gòu)重二72.39（千克）二709.422（牛頓）將所求的被動(dòng)滾筒和張緊機(jī)構(gòu)重分配到節(jié)點(diǎn)143、144、145、146上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)受力為709.422+4=177.35555（牛頓），方向均為Z軸負(fù)方向。（6） 計(jì)算皮帶拉力皮帶拉力二皮帶重+2+2=209.62+2=104.81（千克）二1027.138（牛頓）將所求的皮帶拉力分配到節(jié)點(diǎn)143、144、145、146上，每個(gè)節(jié)點(diǎn)受力為1027.138+4=256.7845（牛頓）節(jié)點(diǎn)143、144、145、146上重力為256.7845+177.35555=434.14（牛頓）（7）計(jì)算皮帶和鏈輪拉力

鏈輪轉(zhuǎn)速n轉(zhuǎn)/秒1.25+3.14X0.273=1.458（轉(zhuǎn)/秒）1.25+3.14X0.273=1.458（轉(zhuǎn)/秒）鏈速V1米/秒V1=3.14X0.23317X1.458=1.067（米/秒）鏈工作拉力F1=1000P：V1=1000X5.5+1.067二5154.64（牛頓）近似作用在軸上的力Fc=1.2XF1=1.2X5154.64=6185.57（牛頓）帶兩邊拉力差F,緊邊F1,松邊F2F=F1-F2=1000P+V=1000X5.5+1.25=4400（牛頓）F1：F2=3一F1=3XF23XF2-F2=4400 一F2=2200（牛頓）F1=6600（牛頓）作用在軸上的力Fd=F1+F2=8800（牛頓）圖7皮帶和鏈輪拉力受力分析F1=FdXcos18°=8320.56（牛頓）F1’=8320.56（牛頓）F2=FdXsin18°=2865（牛頓）F2’=2865（牛頓）F1’分到143、144、145、146,4個(gè)節(jié)點(diǎn)上Fy1=F1’+4=8320.56+4=2080.2（牛頓），方向?yàn)閅軸正方向。F2’分到93、94,2個(gè)節(jié)點(diǎn)上Fz1=F2’+2=2865+2=1432.5（牛頓），方向?yàn)閆軸正方向。Fd分到135、136,2個(gè)節(jié)點(diǎn)上Fy2=F1+2=8320.56+2=4160.28（牛頓），方向?yàn)閅軸負(fù)方向。Fz2=F2+2=2865+2=1432.5（牛頓），方向?yàn)閆軸負(fù)方向。其中F1為軸上的力的水平分力，F(xiàn)2為軸上的力的垂直分力，F(xiàn)1’為底架后段張緊機(jī)構(gòu)所受皮帶拉力，F(xiàn)2’為支撐托輥的支撐力，F(xiàn)y1為F1’的1/4力，F(xiàn)z1為F2’的1/2力，F(xiàn)y2為F1的1/2力，F(xiàn)z2為F2的1/2力。4.7.2施加載荷4.7.2.1施加重力載荷選擇Solution,依次選中DefineLoads,Apply,Structual,Inertia,Gravity,在彈出的對(duì)話框里面，輸入重力加速度9.8m/s2o4.7.2.2整理和施加工作載荷將以上計(jì)算的力的結(jié)果進(jìn)行整理在表5中，將表5中的數(shù)據(jù)輸入ANSYSCommandPrompt窗口執(zhí)行命令，即看到上料架總成的受力模型，如圖8所示。防爆風(fēng)機(jī)風(fēng)門靜強(qiáng)度有限元分析4.7加約束和載荷4.7.1加約束根據(jù)風(fēng)門的工作條件，進(jìn)行自由度分析，根據(jù)自由度添加位移約束。依次單擊SolutionfDefineLoads^Apply^Structural^Displacement^OnNodes,在節(jié)點(diǎn)上定義位移約束。運(yùn)行主菜單之后，彈出ApplyU，ROTOnNodes拾取對(duì)話框。在GraphicsWindow中拾取如圖4-2所示1一10節(jié)點(diǎn)、左右兩邊節(jié)點(diǎn)以及輔助節(jié)點(diǎn)91、92之后，單擊Apply彈出添加約束的對(duì)話框，對(duì)于節(jié)點(diǎn)1-10添加UX=UY=UZ=RX=RZ=0，即VALUE設(shè)置為0；風(fēng)門左右兩邊的節(jié)點(diǎn)添加UY=UZ=RY=RZ=0，即VALUE設(shè)置為0；輔助節(jié)點(diǎn)91、92添加（ALLDOF）全約束。施加約束后如圖4-3所示。圖4-3添加位移約束后4.7.2加載荷施加重力載荷由于風(fēng)門屬于空間梁單元，且其結(jié)構(gòu)比較大，其本身質(zhì)量比較大，所以我們必須考慮其自身的重力對(duì)于結(jié)構(gòu)的影響。因此我們須如下添加模擬重力。依次單擊Solution—DefineLoads—Apply—Structural—Inertia一Gravity，彈出對(duì)話框。在X軸負(fù)方向輸入重力加速度9.8m/s2(如果模擬重力，必須使結(jié)構(gòu)沿重力反向加速。也就是說，我們施加的重力其實(shí)也就是加速度)單擊OK按鈕，GraphicsWindow中會(huì)出現(xiàn)一個(gè)沿X軸負(fù)向的箭頭。施加工作載荷根據(jù)工作條件計(jì)算風(fēng)門受力情況，風(fēng)門受力面積為A=5X5=25mg每平方米承受風(fēng)力載荷為P=4400Pa，因?yàn)镻=F/A，所以F=PA=25X4400=110000(N)，風(fēng)門受力的節(jié)點(diǎn)數(shù)共有56個(gè)，平均每個(gè)節(jié)點(diǎn)受力F=110000/56=1964.29(N)。依次單擊