本文選題：圓形堆取料機 + PRO/ENGINEER��； 參考：《吉林大學(xué)》2012年碩士論文

【摘要】：堆取料機是一種自動化程度較高的大宗散料裝卸設(shè)備，目前堆取料機按照其結(jié)構(gòu)布局可以分為斗輪堆取料機、圓形料場堆取料機和StakRake（即歐洲耙式堆取料機）等幾種類型[1]，主要用于儲煤廠、發(fā)電廠、港口碼頭等場所的散料混勻與堆存。內(nèi)蒙古熱電廠空冷機組工程堆取料機是一種在圓形料場內(nèi)作業(yè)的大型機械設(shè)備。與StakRake不同的是，它可以同時進行堆、取料作業(yè)。圓形料場是一種由半球形鋼架穹頂封閉的儲料系統(tǒng)，儲料系統(tǒng)的核心是位于料場中心的圓形堆取料機。圓形料場具有占地面積小、自動化程度高、能夠抵抗惡劣天氣以及環(huán)保功能顯著等優(yōu)點。隨著人們環(huán)保意識的逐漸提高，圓形料場越來越受到人們的重視，發(fā)展空間十分廣闊。該圓形堆取料機的設(shè)計方案主要參考國外相關(guān)設(shè)備的布局。設(shè)計人員結(jié)合料場的具體情況，制定出初始的結(jié)構(gòu)設(shè)計方案。為了確保設(shè)計方案的合理性和可靠性，需要對堆取料機進行剛度校核、強度分析及動態(tài)特性校核，以達到優(yōu)化設(shè)計方案，減少設(shè)計成本的目的。 PRO/ENGINEER是美國參數(shù)技術(shù)公司開發(fā)的大型參數(shù)化設(shè)計軟件，該軟件以模塊的形式集成了三維建模、結(jié)構(gòu)分析、CAD出圖等功能[2]。PRO/ENGINEER中的子模塊MECHANICA是一個集線性靜力分析、幾何非線性分析、動態(tài)特性分析、疲勞分析等多種分析功能于一體的有限元計算模塊。MECHANICA采用更為智能的P-method技術(shù)，可以精確的計算大應(yīng)力梯度區(qū)域的應(yīng)力分布，并且可以自動進行收斂求解。本次分析主要以PRO/ENGINEER軟件為平臺，根據(jù)初始設(shè)計方案的圖紙建立堆取料機的三維模型，并針對組合工況的計算要求對模型進行參數(shù)化驅(qū)動。有限元模型的主體結(jié)構(gòu)采用板單元建模，拉桿、斜撐、圍板以及型鋼桁架采用梁單元建模。鉸接位置、回轉(zhuǎn)支承以及鋼絲繩卷揚機構(gòu)采用桿梁組合單元進行簡化模擬，以降低計算規(guī)模。 組合工況的計算以批處理的形式進行，共完成了自重、正常堆取、超載堆取三個工況下的線性靜力分析。每種工況又分別計算了刮板臂變幅（水平、上仰41°和下俯7.38°）與堆料機回轉(zhuǎn)（夾角180°和135°）的六種組合姿態(tài)。對設(shè)備進行了18種組合工況下的靜強度分析、剛度校核以及穩(wěn)定性分析，并結(jié)合靜力分析的結(jié)果給出了堆取料機結(jié)構(gòu)的初步改進建議。 堆取料機在工作過程中除了受到靜載荷作用以外，還受到很多沖擊載荷以及其他外部激勵的影響。本文對斗輪機的金屬結(jié)構(gòu)進行了動態(tài)特性分析，提取出結(jié)構(gòu)前若干階的振型，并將堆取料機的固有頻率與有可能使設(shè)備產(chǎn)生共振的震源頻率進行了對比分析，為設(shè)計人員合理改進設(shè)計方案提供依據(jù)。 為了進一步提高材料的利用率，結(jié)合第二章結(jié)構(gòu)靜力分析的結(jié)果，對應(yīng)力盈余較大的部位進行了堆料機配重臂架進行了輕量化設(shè)計，給出了優(yōu)化建議，進一步挖掘材料性能，使其得到更好的發(fā)揮。 從堆取料機的線性靜力分析結(jié)果可以看出，堆取料機主結(jié)構(gòu)應(yīng)力都在180MPa以下。其中堆料配重臂架主結(jié)構(gòu)應(yīng)力在120MPa以下，應(yīng)力盈余較大。個別尖點位置以及搭接位置存在大應(yīng)力區(qū)域，但區(qū)域范圍不大，不會對結(jié)構(gòu)造成破壞。刮板臂最大撓度為-13.6mm，撓度最大值符合設(shè)計標準。堆取料機的模態(tài)分析主要通過PRO/MECHANICA模塊的FEM模式借助ANSYS求解器來完成。模態(tài)分析采用分塊蘭索斯法提取了結(jié)構(gòu)前十個階次的模態(tài)振型和相應(yīng)的固有頻率，，結(jié)合堆取料機的外部激勵分析可以看出外部激勵的頻率與結(jié)構(gòu)固有頻率相差較大，不會對結(jié)構(gòu)造成共振破壞，進一步確保了設(shè)計方案的安全性。結(jié)合靜力分析的結(jié)果，對應(yīng)力裕度較大的堆料配重臂進行了減重優(yōu)化，共節(jié)省材料3.4t。優(yōu)化后的取料配重架主結(jié)構(gòu)應(yīng)力提高到140MPa，但仍在許用范圍之內(nèi)。 對該圓形料場堆取料機進行CAE分析，可以及時的發(fā)現(xiàn)設(shè)計方案中的缺陷并對初始方案的改進提出改進建議，縮短產(chǎn)品開發(fā)周期，降低了開發(fā)成本。
[Abstract]:The invention relates to a bulk material loading and unloading device with high automation degree , which can be divided into a bucket wheel stacker , a circular material yard stacking machine and a StakRake ( i.e . , a European rake stacker ) , and the like .

PRO / ENGINEER is a large - scale parametric design software developed by U . S . parameter technology company . The software integrates three - dimensional modeling , structural analysis , CAD drawing and so on in the form of modules . This paper mainly takes PRO / ENGINEER software as the platform , sets up the three - dimensional model of pile - taking machine according to the drawing of the initial design scheme , and makes parametric drive to the model . The main structure of the finite element model is modeled by the plate unit , the pull rod , the diagonal brace , the surrounding plate and the steel truss are modeled by the beam unit . The articulated position , the slewing bearing and the steel wire rope hoisting mechanism adopt the bar beam combination unit to simplify the simulation to reduce the calculation scale .

The calculation of the combined working condition is carried out in batch mode , and the linear static analysis of dead weight , normal heap and overload is carried out . Six kinds of combined postures of scraper arm amplitude variation ( horizontal , up to 41 擄 and down - down 7.38 擄 ) and pile turning ( included angle : 180 擄 and 135 擄 ) are calculated respectively . The static strength analysis , stiffness check and stability analysis are carried out on the equipment under 18 combined conditions , and the preliminary improvement suggestions for the structure of stacker are given in combination with the results of static analysis .

In this paper , the dynamic characteristic analysis of the metal structure of the bucket turbine is carried out , the vibration modes of several orders before the structure are extracted , and the natural frequency of the stacker is compared with that of the source frequency which can make the equipment resonate , so as to provide the basis for the reasonable design of the design personnel .

In order to further improve the utilization ratio of materials , combined with the results of the second - chapter structure static analysis , a lightweight design of the counterweight arm of the stacker was carried out on the parts with large stress surplus , and the optimization suggestion was given , and the material properties were further excavated to better play .

The results show that the stress of the main structure of stacker is less than 180 MPa . The stress of the main structure is less than 120MPa , and the stress surplus is large . The maximum deflection of the scraper arm is - 13.6mm . The maximum deflection maximum meets the design standard .

CAE analysis is carried out on the material taking machine of the circular material yard , the defects in the design scheme can be found in time and the improvement of the initial scheme is proposed , the product development cycle is shortened , and the development cost is reduced .

【學(xué)位授予單位】：吉林大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號】：TH246

【參考文獻】

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本文編號：1891802