王輝　馮學(xué)慧 劉冬梅

摘 要：橋梁的拱度設(shè)計(jì)是橋式刮板取料機(jī)設(shè)計(jì)過(guò)程中非常重要的環(huán)節(jié)，并且暫時(shí)還沒(méi)有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范進(jìn)行參考，設(shè)計(jì)部門一般均參照機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)中的推薦曲線進(jìn)行設(shè)計(jì)及生產(chǎn)，但由于其曲線方程相對(duì)復(fù)雜，工程圖的繪制及生產(chǎn)工作周期較長(zhǎng)。該文以QG150/31型橋式刮板取料機(jī)的橋梁拱度設(shè)計(jì)為例，利用以往的設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)并結(jié)合電算的方式確定出一種切實(shí)可行的拱度設(shè)計(jì)方法即圓弧曲線法，經(jīng)實(shí)際驗(yàn)證后，該方法既可以滿足設(shè)備穩(wěn)定工作要求，又大大提高了橋梁的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)效率，是一種簡(jiǎn)單易行的設(shè)計(jì)方法。

關(guān)鍵詞：橋梁 拱度 有限元分析 曲線

中圖分類號(hào)：U67 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1674-098X（2015）04（c）-0050-03

作為水泥建材行業(yè)的散料輸送設(shè)備，橋式刮板取料機(jī)的混勻效果突出，被廣泛的應(yīng)用在原料，石灰石，砂巖等物料的混勻輸送工作，大部分的的水泥工業(yè)現(xiàn)場(chǎng)工況比較惡劣，設(shè)備工作時(shí)間長(zhǎng)，為保證設(shè)備長(zhǎng)期穩(wěn)定的工作，料耙系統(tǒng)運(yùn)行過(guò)程中的阻力最小，降低設(shè)備故障率，保證鋼結(jié)構(gòu)部分的使用壽命，橋梁的預(yù)拱值的設(shè)計(jì)至關(guān)重要，下面就運(yùn)用在華潤(rùn)集團(tuán)某水泥項(xiàng)目上的QG150/31型橋式刮板取料機(jī)的橋梁進(jìn)行分析，并用ANSYS軟件電算進(jìn)行校核，以確定合理實(shí)用的拱度曲線。

1 橋式刮板取料機(jī)的結(jié)構(gòu)組成及工作原理

（1）橋式刮板取料機(jī)的組成如圖1所示，由箱形橋梁、刮板輸送部分、料耙系統(tǒng)、固定端梁、擺動(dòng)端梁、動(dòng)力電纜卷盤等主要部分組成。其中，橋梁為箱型結(jié)構(gòu)，在長(zhǎng)度方向上有若干個(gè)空心隔板起抗扭作用，內(nèi)壁四周每邊設(shè)有2道由槽鋼組成的加強(qiáng)筋，用來(lái)提高箱形梁的穩(wěn)定性。該梁由三段組成，段與段之間的連接在工地焊接。在段之間的連接處設(shè)有定位塊，用螺栓預(yù)聯(lián)接，以保證各段連接到位。橋梁的下面設(shè)若干個(gè)支架座，用以懸吊刮板吊架。橋梁頭部下面有安裝頭部鏈輪組及改向鏈輪組的頭架及溜槽。梁頭部與固定端梁上的固定支座連接，梁尾部下面設(shè)刮板尾部鏈輪組和拉緊裝置的吊架。尾部端頭下面與擺動(dòng)端梁的球鉸支承相接，糾偏裝置用槽鋼現(xiàn)場(chǎng)焊在擺動(dòng)端梁側(cè)面及橋梁端面。人可以通過(guò)橋梁上部的小門利用腳登架垂直進(jìn)出橋梁內(nèi)部，以便鋪設(shè)電纜等用。梁的頭、尾部上面設(shè)有護(hù)欄。梁頭部上面放置控制室。

（2）取料機(jī)的工作原理：與之配合的堆料機(jī)在按規(guī)定程序?qū)⑽锪隙殉蓸?biāo)準(zhǔn)堆高后，取料機(jī)從料場(chǎng)中間開始進(jìn)行全斷面取料。料耙沿橋梁長(zhǎng)度方向往復(fù)移動(dòng)，將物料耙松后滾落至料堆底部，刮板沿橋梁長(zhǎng)度方向轉(zhuǎn)動(dòng)，大車并進(jìn)行進(jìn)給，將物料刮走至導(dǎo)料槽，通過(guò)出料皮帶將物料運(yùn)出。

2 橋梁拱度值的確定方法

拱度的設(shè)計(jì)目的是消除橋梁結(jié)構(gòu)自重及所受載荷引起的下?lián)希M可能的減小料耙小車的運(yùn)行阻力，使其能夠在橋梁上大致呈水平狀態(tài)運(yùn)行。這樣料耙系統(tǒng)在啟動(dòng)和制動(dòng)時(shí)就會(huì)相對(duì)平穩(wěn)，減少了能耗及沖擊對(duì)整機(jī)的影響。理論上，理想的等截面簡(jiǎn)支梁的預(yù)拱度值應(yīng)該保證小車在橋梁上進(jìn)入撓度最大點(diǎn)和離開撓度最大點(diǎn)時(shí)的阻力相等，小車在梁端時(shí)，設(shè)預(yù)拱度值為S，小車運(yùn)行至撓度最大點(diǎn)時(shí)，撓度也為S。這樣梁的受力也較為合理。據(jù)相關(guān)資料推導(dǎo)，這樣的曲線為一條關(guān)于橋梁軸線位置的4次方變化曲線，制作起來(lái)相對(duì)復(fù)雜，不適用于實(shí)際生產(chǎn)，并且長(zhǎng)時(shí)間的使用下，拱度會(huì)逐漸較少，一些設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦采用二次曲線（拋物線）下料，預(yù)拱度為跨度值的0.9‰～1.4‰，使橋梁在使用壽命的期限內(nèi)一直在拱度大于零的狀態(tài)下服役，穩(wěn)定受力狀態(tài)。

然而，由于設(shè)備體積龐大，并考慮到生產(chǎn)率的影響，2次曲線的下料方法依然相對(duì)復(fù)雜，為解決這個(gè)問(wèn)題，設(shè)計(jì)上采用圓弧曲線下料，參照相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)并結(jié)合設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)，拱度值采用跨度的1.5‰，這樣可以保證橋梁在使用后，即使拱度有所減少，但仍會(huì)保留拱度值。使設(shè)備在規(guī)定壽命之內(nèi)穩(wěn)定運(yùn)行?，F(xiàn)用兩種下料方法對(duì)本設(shè)備中跨度31米的簡(jiǎn)支橋梁進(jìn)行各坐標(biāo)點(diǎn)下料尺寸的詳細(xì)對(duì)比，其中拱度y0=1.5‰L=1.5‰×31000=46.5（mm）

（1）二次曲線法的曲線方程取各參數(shù)意義見圖2。

（2）圓弧曲線法的曲線方程采用3點(diǎn)圓弧法，通過(guò)坐標(biāo)點(diǎn)A（-L/2，0），B（0，），C（L/2，0）3點(diǎn)做圓弧，3點(diǎn)位置見圖3。

根據(jù)橋梁結(jié)構(gòu)取如下坐標(biāo)位置，經(jīng)過(guò)計(jì)算后，將兩種方法確定的下料尺寸匯總于表1，其中Y1是二次曲線法確定的下料尺寸值，Y2是圓弧曲線法確定的下料尺寸值。

對(duì)表1進(jìn)行比較后可知，兩種下料方法的結(jié)果高度吻合。其中下料尺寸差值最大的坐標(biāo)值在X=4800 mm處，差值△=0.000105mm，誤差極小，可忽略不計(jì)。所以從上例看出，用圓弧曲線法對(duì)橋梁進(jìn)行拱度設(shè)計(jì)和下料是可行的。

3 運(yùn)用ANSYS軟件對(duì)橋梁的拱度進(jìn)行校驗(yàn)

ANSYS是近些年來(lái)比較流行的通用有限元軟件，通過(guò)電算的方式對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是現(xiàn)代機(jī)械設(shè)計(jì)不可缺少的先進(jìn)手段，為了更加真實(shí)的反應(yīng)橋梁實(shí)際的變形狀態(tài)，對(duì)該項(xiàng)目中的31m橋梁進(jìn)行建模分析，確定工作狀態(tài)下拱度值，已驗(yàn)證設(shè)計(jì)拱度值的正確性。整個(gè)橋梁采用SHELL63單元，網(wǎng)格尺寸采用50 mm，簡(jiǎn)支約束，工況采用撓度最大狀態(tài)，受力分析過(guò)程從略，計(jì)算模型見圖4，計(jì)算結(jié)果見圖5。

計(jì)算結(jié)果中，橋梁的最大變形為27.6 mm.本橋梁施工圖紙拱度設(shè)計(jì)值為46 mm，即在料耙小車運(yùn)行至橋梁中點(diǎn)時(shí)的理論拱度值為46-27.6=18.4（mm），約為跨度值的6‰，把它作為隨著設(shè)備使用時(shí)間的增加，對(duì)拱度減少的補(bǔ)償值是合理的。該設(shè)備安裝投產(chǎn)后，運(yùn)行穩(wěn)定，實(shí)測(cè)的工作狀態(tài)下的拱度值與理論拱度值誤差不超過(guò)理論值的15%。

4 結(jié)論

（1）經(jīng)過(guò)長(zhǎng)時(shí)間的設(shè)計(jì)及生產(chǎn)實(shí)踐，對(duì)于水平布置的橋式刮板取料機(jī)的橋梁的拱度設(shè)計(jì)，

圓弧曲線下料法與機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)推薦的二次曲線下料法相比，下料尺寸誤差極小，并且便于施工圖的設(shè)計(jì)，大大提高了設(shè)計(jì)及生產(chǎn)效率。

（2）利用大型通用有限元分析軟件ANSYS進(jìn)行分析計(jì)算，結(jié)合實(shí)際工程項(xiàng)目驗(yàn)證了拱度值取跨度值的1.5‰是合理可行的。

（3）為今后的類似產(chǎn)品的橋梁結(jié)構(gòu)拱度曲線的設(shè)計(jì)生產(chǎn)積累了經(jīng)驗(yàn)和數(shù)據(jù)。

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