鄭科偉1張曉俠王玉芳
(1.沈陽施道克電力設(shè)備有限公司,遼寧 沈陽 110027;2.沈陽皆愛喜輸送設(shè)備有限責(zé)任公司,遼寧 沈陽 110141)
印度SASAN 14.2km越野皮帶機水平轉(zhuǎn)彎段承載托輥支架ANSYS分析
鄭科偉1張曉俠2王玉芳2
(1.沈陽施道克電力設(shè)備有限公司,遼寧 沈陽 110027;2.沈陽皆愛喜輸送設(shè)備有限責(zé)任公司,遼寧 沈陽 110141)
本文詳細介紹了14.2KM越野皮帶機水平轉(zhuǎn)彎段承載托輥支架的結(jié)構(gòu),對支架材料特性及設(shè)計指標進行探討,對托輥支架有限元分析的力學(xué)模型進行了研究。
SASAN;越野皮帶機;水平轉(zhuǎn)彎段承載托輥支架;ANSYS
托輥是帶式輸送機的主要部件,作用是支撐輸送帶,減少阻力,保證輸送帶正常運行。托輥總重量占皮帶機總重30%-40%,因此托輥好壞直接影響皮帶輸送機運行和運營費用。托輥按用途不同分為普通承載托輥和專用托輥。普通承載托輥是在正常段的上分支和下分支托輥,作用是支撐輸送帶和物料;專用托輥作用是輸送帶的過渡導(dǎo)向、輸送帶運行的防偏及緩沖。托輥都是成組地安裝在輸送機上。上托輥組可由單個托輥和兩個、三個托輥槽型托輥組。槽型托輥組中間托輥水平布置,側(cè)托輥的槽角一般為35°和45°。最常用的托輥組是三個托輥的長度相等并布置在同一平面內(nèi)。SASAN 14.2km越野皮帶機項目是印度Reliance公司用在SASAN超巨型電站項目中,由煤礦區(qū)向電廠區(qū)輸送原料的唯一一條輸煤長距離皮帶輸送機。項目簡介如下:(1)輸送距離14.08km、輸送量4500t/h、帶度1.8m、驅(qū)動功率4×1700kW。皮帶機沿線全部是鋼結(jié)構(gòu)通廊。(2)皮帶機要跨躍兩座橋梁,一處675m,一處736m,共1411m。每座橋墩跨距45m。(3)皮帶機要跨過16處靜空6m以上的路還有幾十條小路。(4)沿途有16處高低壓輸電線網(wǎng)。(5)上托輥間距是2m,下托輥間距是4m。(6)機頭在業(yè)主的一個料倉上,機尾與Reliance公司另一個項目聯(lián)接。作為連接礦山和電廠唯一輸煤線路,此條皮帶機很重要。而要確保此皮帶機正常運轉(zhuǎn),托輥設(shè)計是重中之重,托輥好壞直接決定項目成功與否,支撐托輥的支架合理設(shè)計是難點也是重點,由于托輥間距大、運量高、皮帶重量大對托輥支架剛度和強度要求更高,所以托輥支架的強度和剛度校核是托輥支架的設(shè)計重點。在設(shè)計中采用ANSYS對此項目中的托輥支架進行剛度和強度分析。ANSYS軟件是世界增長最快的CAE軟件,在航天、汽車、機械等領(lǐng)域內(nèi)有廣泛應(yīng)用??梢詫Πā?、電、流體和結(jié)構(gòu)等諸多模型進行分析求解,為解決復(fù)雜、龐大工程項目和致力于高水平科研攻關(guān)提供優(yōu)良工作環(huán)境。
14.2 km用水平轉(zhuǎn)彎段托輥支架與正常皮帶機用托輥支架不同,結(jié)構(gòu)如圖1,托輥支架主體采用方鋼設(shè)計,為防止轉(zhuǎn)彎段撒料側(cè)輥槽角為45°。為方便調(diào)整托輥傾斜角度,將中間架設(shè)計為圓管,托輥支架與中間架連接處設(shè)計為兩個半圓管與中間架圓管夾緊,這樣可根據(jù)現(xiàn)場情況而調(diào)整托輥支架角度。橫輥和側(cè)輥并不在同一平面上,橫輥安裝在托輥支架的前面,而側(cè)輥安裝在托輥支架后面,這樣布置能減小托輥間距,防止因托輥輥子意外脫落而對輸送帶造成損壞。沿輸送機弧度方向設(shè)有擋輥,防止膠帶在水平轉(zhuǎn)彎處跑偏。
托輥支架采用Q235B,彈性模量E為210Gpa,泊松系數(shù)為0.3,密度均為7.85×103kg/m3。這兩種鋼材的屈服應(yīng)力σs及破壞應(yīng)力σb如表1所示。
表1 鋼材的力學(xué)特性
設(shè)計指標:Q235鋼材強度設(shè)計值:f=206 N/mm2;構(gòu)件變形許用值:1/500。
托輥支架由型鋼和鋼板焊接成的結(jié)構(gòu),根據(jù)結(jié)構(gòu)特點和受力情況,有限元分析時各桿件均等效為彈性板單元(SHELL63)。彈性板單元每個節(jié)點有6個自由度,即沿X、Y、Z軸移動和繞X、Y、Z 軸轉(zhuǎn)動。模型中節(jié)點的確定遵循如下原則:(1)托輥支架型材的連接點為模型的節(jié)點;(2)托輥支架型材與板的連接點或施力點為模型的節(jié)點。
托輥支架通過下邊支撐板用螺栓與中間架聯(lián)接。有限元分析時將與中間架聯(lián)接點約束X、Y、Z三個方向的線位移。
圖1
圖2
托輥重量60.42kg、物料質(zhì)量223.2×2kg、膠帶重量75.6×2kg、支架自重73.3kg、運行阻力85.5N,考慮動載系數(shù)1.2。將上述載荷全部加載在托輥支撐點位置。
ANSYS的計算結(jié)果如圖2,托輥支架受力最大點是在托輥橫梁拐點托輥支撐處,最大應(yīng)力為σ=71Mpa,小于許用應(yīng)力,安全系數(shù)2.9。最大變形在橫梁中間,最大垂直撓度Δ=0.24mm,小于許用撓度。
利用ANSYS建立的托輥支架有限元模型,滿足帶式輸送機托輥支架的計算精度要求。滿足托輥支架的剛度和強度的要求,修證了托輥支架的結(jié)構(gòu)和型材的選取,使其更合理,更具有經(jīng)濟性。
[1]皮帶運輸機下托輥支架改進[J].新疆鋼鐵,2003(04).
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