单车翻车机主钢结构的载荷计算及有限元分析

1单车翻车机主钢结构的载荷计算及有限元分析摘要：通过对C型翻车机本体结构在不同工况下的受载情况进行详细分析，给出了翻车机的载荷计算式。运用Ansys有限元分析软件，得出翻车机转子的应力应变分布情况，为此类翻车机的设计及优化提供了翻车机广泛应用于国内外的港口、化工、水泥、煤炭等工业部门，用来翻卸铁路敞车输运的各种散装物料，是一种高效的卸车专用设备。随着货物装卸量的增加，翻车机工作负荷也随之增大。翻车机工作过程受到的载荷工况复杂，翻卸频繁，久而久之，钢结构会在应力集中部位以及应力幅较大部位开裂或开焊，导致结构失效[1]。为保证机械设备的正常运行，利用先进的计算机技术对其整体钢结构进行有限元仿真，查找应力集中以及应力较大区域，为结构优化提供必要的数据。1翻车机载荷的计算翻车机载荷的确定是进行翻车机钢结构有限元计算的第一步，作用在翻车机上的主要载荷有：翻车机结构自重、敞车以及载运散货重力、压在物料翻转卸载过程中，靠车梁、顶梁、靠车机构和压车机构承受着不断变化的弯矩、扭矩等。翻车机的载荷计算比较复杂，本文依据翻车机在不同翻转角度时的实际工作情况来求解载荷的变化情况[2]。敞车中的物料质量随翻车角度的变化规律计算如下[3]。2取物料的安息角φ=40°,以C80敞车为例，,车体参数为：车内高约H=2750mm，车内宽B=2946mm，车内长L=10728mm，容积87m3，车体质量M=18.3t。1)翻车角为θ=0～40°时，由于物料摩擦作用不被卸出，车体内最大质量W0=101.7t。2)车体中物料卸载一半之前，计算模型如图1。设α为物料倾卸面与车箱顶面的夹角，当卸载一半物料时，α=arctan(2946/2750)≈47°,即车体翻转40～87°过程中车体内物料质量为W=W0(A/A0)。其图1物料卸载一半前模型3)当车体翻转角为θ=87°~130°时，敞车内的物料质量计算模型如b=H·tanβ,β为物料上表面与车厢侧壁的夹角，且有β=130°-θ,此时，车厢内物料质量W=W0(A/A0)。3图2物料卸载一半后模型2转子的载荷分布翻车机在翻转过程中，托车梁、靠车梁、顶梁以及敞车随翻车机端盘一起旋转，敞车中的物料随着倾翻不断减少，这些因素影响到翻车机在不同角度时的受力。翻车机在翻转工作时的载荷主要包括：敞车自重以及物料重力、转子自重。本文在不同翻转角度下来分析计算转子的受力大小以及方向，进而确定结构的应力分布和变形情况。4图3翻转角0～90°计算模型1)单翻翻车机每翻转一次卸下一节车厢物料，车厢质量为20t，当卸载物料时，物料的质量随着翻转角度的变化而减少，敞车质量虽然不变，但其作用于垂直轨道面和平行轨道面方向的载荷是变化的，根据车厢内物料在不同翻转角度的载荷，并加上车厢自重，将其分解成垂直于轨道面的载荷和平行于轨道面的载荷，即可得到不同翻转角度时的载荷数据，图3为翻转角0～90°时的计算模型，图4为翻转角90°~180°时的计算模型，靠车梁和托车梁为承载结构，其中M+W为物料与敞车的5质量。在不同翻转角条件下，将载荷进行矢量分解，得到作用于压车梁、靠车梁顶梁的载荷。图4翻转角90°