基于SolidWorks-simulation的回转平台主梁有限元分析

0 引言

    斗轮堆取料机是一种广泛应用于港口、电力、煤炭、冶金等行业的大型散料输送设备，由斗轮机构、前臂架、臂架带式输送机、上部结构、平衡机构、尾车、回转机构、回转平台、门座和行走机构等组成。回转平台位于门座上面，由回转机构驱动带动上面部分的回转运动，两个液压缸的一端位于回转平台主梁上，另一端支撑在前臂架上，通过液压缸的伸缩运动实现斗轮的上下运动。由于斗轮堆取料机属于重型机械，其质量一般都在数百吨，回转平台的受力很大，因此，对回转平台主梁进行有限元分析，模拟工况计算其应力及应变，可为设计提供参考。

1 回转平台主梁强度和刚度分析

    回转平台主梁一般有双工字梁和双箱形梁两种结构形式。本文选取DQL1800/1800.35斗轮堆取料机进行分析，其结构形式为双箱形梁。

    1.1 有限元模型的建立

    双箱形梁结构回转平台主梁结构尺寸为：梁高1500 mm，上下一般20mm，腹板16mm，筋板14mm，箱形梁宽460mm，两箱形梁中线之间距离3000mm，配重中心到回转中心5500mm，液压缸铰座距回转中心4800mm。为了提高计算速度，对模型进行简化，忽略焊接残余应力，将焊接搭接以及其他细节处理成母体结构：忽略螺栓孔对主梁强度与刚度的影响。初选材料为Q345B，弹性模量为2.1×10¹¹Pa，泊松比为0.3，密度p=7.85g/cm³。采用-simulation建模及划分网格后如图1所示。

图1 回转平台主梁有限元模型

    1.2 边界条件的确定和载荷处理

    回转平台通过连接座圈放置于门座上，依靠回转驱动机构驱动其回转运动，所以回转平台主梁的座圈作全约束。其受力如图2所示，其所受到的载荷分为固定载荷和变化载荷，其中固定载荷为配重重力200kN，回转机构双驱动重力60kN。变化载荷见表1，由于斗轮机构做上下俯仰运动，所以，在回转平台主梁液压缸支座及前臂架铰支座处的受力是随着俯仰运动而变化的，计算时一般取3种工况，即前臂架上仰到最高点工况、前臂架水平工况、前臂架下俯到最低工况。

图2 回转平台主梁受力示意图

表1 各工况下的载荷

    根据JB/T 8849-2005《移动式散料连续搬运设备钢结构设计规范》规定，回转平台主梁有限元强度计算主要进行静强度计算，这是考虑到回转平台主梁在实际工作中基本是以静力状态存在的，即使堆取料有回转运动，但其速度较小且处于匀速状态。其组合载荷按I类载荷，安全系数n=1.5，主动台车架最大许用应力为[σ]=σs/1.5=230MPa，最大允许变形为f=5.5mm。其计算结果见表2，图3、图4是在工况3下的应力和应变图。从计算结果可以看出：