單車翻車機主鋼結(jié)構的載荷計算及有限元分析

1單車翻車機主鋼結(jié)構的載荷計算及有限元分析摘要：通過對C型翻車機本體結(jié)構在不同工況下的受載情況進行詳細分析，給出了翻車機的載荷計算式。運用Ansys有限元分析軟件，得出翻車機轉(zhuǎn)子的應力應變分布情況，為此類翻車機的設計及優(yōu)化提供了翻車機廣泛應用于國內(nèi)外的港口、化工、水泥、煤炭等工業(yè)部門，用來翻卸鐵路敞車輸運的各種散裝物料，是一種高效的卸車專用設備。隨著貨物裝卸量的增加，翻車機工作負荷也隨之增大。翻車機工作過程受到的載荷工況復雜，翻卸頻繁，久而久之，鋼結(jié)構會在應力集中部位以及應力幅較大部位開裂或開焊，導致結(jié)構失效[1]。為保證機械設備的正常運行，利用先進的計算機技術對其整體鋼結(jié)構進行有限元仿真，查找應力集中以及應力較大區(qū)域，為結(jié)構優(yōu)化提供必要的數(shù)據(jù)。1翻車機載荷的計算翻車機載荷的確定是進行翻車機鋼結(jié)構有限元計算的第一步，作用在翻車機上的主要載荷有：翻車機結(jié)構自重、敞車以及載運散貨重力、壓在物料翻轉(zhuǎn)卸載過程中，靠車梁、頂梁、靠車機構和壓車機構承受著不斷變化的彎矩、扭矩等。翻車機的載荷計算比較復雜，本文依據(jù)翻車機在不同翻轉(zhuǎn)角度時的實際工作情況來求解載荷的變化情況[2]。敞車中的物料質(zhì)量隨翻車角度的變化規(guī)律計算如下[3]。2取物料的安息角φ=40°,以C80敞車為例，,車體參數(shù)為：車內(nèi)高約H=2750mm，車內(nèi)寬B=2946mm，車內(nèi)長L=10728mm，容積87m3，車體質(zhì)量M=18.3t。1)翻車角為θ=0～40°時，由于物料摩擦作用不被卸出，車體內(nèi)最大質(zhì)量W0=101.7t。2)車體中物料卸載一半之前，計算模型如圖1。設α為物料傾卸面與車箱頂面的夾角，當卸載一半物料時，α=arctan(2946/2750)≈47°,即車體翻轉(zhuǎn)40～87°過程中車體內(nèi)物料質(zhì)量為W=W0(A/A0)。其圖1物料卸載一半前模型3)當車體翻轉(zhuǎn)角為θ=87°~130°時，敞車內(nèi)的物料質(zhì)量計算模型如b=H·tanβ,β為物料上表面與車廂側(cè)壁的夾角，且有β=130°-θ,此時，車廂內(nèi)物料質(zhì)量W=W0(A/A0)。3圖2物料卸載一半后模型2轉(zhuǎn)子的載荷分布翻車機在翻轉(zhuǎn)過程中，托車梁、靠車梁、頂梁以及敞車隨翻車機端盤一起旋轉(zhuǎn)，敞車中的物料隨著傾翻不斷減少，這些因素影響到翻車機在不同角度時的受力。翻車機在翻轉(zhuǎn)工作時的載荷主要包括：敞車自重以及物料重力、轉(zhuǎn)子自重。本文在不同翻轉(zhuǎn)角度下來分析計算轉(zhuǎn)子的受力大小以及方向，進而確定結(jié)構的應力分布和變形情況。4圖3翻轉(zhuǎn)角0～90°計算模型1)單翻翻車機每翻轉(zhuǎn)一次卸下一節(jié)車廂物料，車廂質(zhì)量為20t，當卸載物料時，物料的質(zhì)量隨著翻轉(zhuǎn)角度的變化而減少，敞車質(zhì)量雖然不變，但其作用于垂直軌道面和平行軌道面方向的載荷是變化的，根據(jù)車廂內(nèi)物料在不同翻轉(zhuǎn)角度的載荷，并加上車廂自重，將其分解成垂直于軌道面的載荷和平行于軌道面的載荷，即可得到不同翻轉(zhuǎn)角度時的載荷數(shù)據(jù)，圖3為翻轉(zhuǎn)角0～90°時的計算模型，圖4為翻轉(zhuǎn)角90°~180°時的計算模型，靠車梁和托車梁為承載結(jié)構，其中M+W為物料與敞車的5質(zhì)量。在不同翻轉(zhuǎn)角條件下，將載荷進行矢量分解，得到作用于壓車梁、靠車梁頂梁的載荷。圖4翻轉(zhuǎn)角90°