摘 要：通过有限元法对顶堆侧取中堆料装置的钢结构进行了静力学分析，得出了变形和强度；并对其进行了模态分析，得出其固有频率和振型，为设计提供了理论依据。
关键词：顶堆侧取；钢结构；有限元
1 顶堆侧取式堆取料机是一种新型的混匀堆取料机，一般用于大型原煤储料车间。由于采用封闭式厂房，对于环境保护有着很大的好处，现在广泛应用于电厂、钢厂等领域。
作为顶堆侧取中重要的一部分，堆料装置承担了堆料的任务。由于其承受了来料栈桥的重量，同时由于自身重量过大，以及堆料时很容易产生振动的现象，因此其结构的合理性是顶堆侧取产品设计和提高性能的关键。
2 堆料装置钢结构强度、刚度分析
2.1 有限元分析模型的建立
堆料装置采用悬臂式带式输送机堆料，不带有俯仰功能。堆料装置布置在中心柱上部，通过两套回转支承分别与中心柱和来料栈桥固定并绕中心柱回转；堆料装置主要由上部回转平台、下部回转平台、堆料臂架、配重箱、胶带机等几部分组成。
为了更好的模拟整个堆料装置，在各个位置采用不同类型的单元进行模型。在上部回转平台、中部回转平台处模拟成板单元，堆料臂架处模拟成梁单元，前后拉杆则模拟成杆单元。整体有限元分析模型如图1所示。
2.2 载荷、约束及工况的确定
堆料装置的载荷包括配重、改向滚筒、驱动滚筒、挡料板、平台栏杆、物料、驱动装置重量、张紧机构、溜槽重量以及栈桥对整个堆料装置的作用力。载荷多数为钢结构上面的机构的重量。
约束中部回转平台下面与回转轴承连接的坐圈，约束三个方向线位移即可。
本次计算分为二种工况进行，工况一为空载没有物料的情况，工况二为满载有物料的情况。
2.3 配重的确定
配重的作用为平衡前臂架以及上面的胶带机和物料的重量。配重选取的依据为在满载有物料工况上，整个堆料装置的重心在回转中心处。这样空载时，堆料装置的重量比较轻，由于偏心所产生的对于中柱的弯矩相对比较小。
2.4 计算结果
通过对堆料装置的计算，得出总变形云图如图2所示，各主要部位的应力及整机最大位移如表1所示。
由表1的数据清楚的看出，各主要部位的应力均小于其许用应力，整机的变形也小于其许用变形。由此可以看出，结构的刚度、强度均满足要求。其中一些部位的应力比较小，有必要对其进一步优化。
3 顶堆侧取堆料装置臂架的模态分析
3.1 模态分析方法
在模态分析时，必须用质量单元去模拟堆料装置上面机构的重量。这样计算出的结果才准确。而约束则可以与静力学计算的方式相同。其余模型均与静力学计算的模型一致。
本文模态计算方法采用分块BlockLanczos法。通过计算得出钢结构前4阶振动的固有频率和振型。
3.2 模态分析结果
经过计算，堆料装置的前四阶固有频率及主要振型如表2所示。第1阶振型（如图3所示）为臂架垂直方向的振动，为影响钢结构的主要振型。
堆料装置上面胶带机中托辊、头部滚筒和驱动滚筒为主要激励源。胶带机带速为4m/s，托辊的辊径159mm，得出托辊振动频率为8Hz，头部滚筒直径为800mm，即滚筒振动频率为1.59Hz，驱动滚筒直径为1000mm，则驱动滚筒振动频率为1.27Hz，均不在臂架固有频率范围内，说明上述激励源虽然会引起振动，但不会与堆料装置发生共振现象。
4 结束语
堆料装置在实际工作中，钢结构及其受力均较为复杂，使用有限单元法分析，可以很好的模拟其真实的应力情况。大幅提高了设计的可靠性及安全性。
通过计算，得到了各部分的应力及变形，均满足强度及刚度要求。并且其部分区域应力较小，可对其进行进一步的优化，使整体应力分布最优化。计算得出其固有频率和相应的振型，可判定能否发生共振，为设计提供了重要的依据。
参考文献
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[2]JB/T 8849-2005.移动式散料连续搬运设备钢结构设计规范[S].
[3]成建民.有限单元法及其在车辆强度计算中的应用[M].北京：中国铁道出版社，1988.
作者简介：赵兴钢，男，北方重工集团有限公司装卸设备分公司，硕士，专业：载运工具运用工程，工程师。
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