水泥混凝土搅拌站主楼有限元分析.pdf

设备 管理 & 维 修技术 E q u i p me n t M a n a g e me n t & Ma in t e n a n c e T e c h n o l o g y 水 泥 混 凝 土搅 拌 站 主 楼 有 限元 分 析 Fi ni t e El e m e nt Ana l y s i s o f M a i n S t r uc t ur e o f Ce m e nt Conc r e t e M i x i ng P l a n t 刘耀 光 ， 刘 少 良， 甘 华 Ll U Yao- guang，LI U Shao— l iang．GAN Hua 江 苏 华 通 动 力 重 工 机 械 有 限 公 司 ， 江 苏 镇 江 21 2 0 0 3 J i a n g s u Hu a t o n g Ki n e t i c s Co． L t d． ， Zh e n j i a n g 21 2 0 0 3， Jia ng s u ， Ch i n a 【 摘要 】 对 搅拌 主楼 结 构建 立 了有 限元模 型 ， 分析 了搅 拌主楼 的搅拌 层 、 称 重层 、 支腿 各结 构件 的工作 应 力分 布 ． 以 及斜 撑位 置 对大 梁工作 应 力 的影 响 ， 并对 其 支撑位 置 进行 了优 化 ， 得 到 了最优 的斜撑 位置 。通 过计 算 分析 ， 合 理地 选 择搅 拌主 楼材 料 ， 使 之 既能 满足 强度 要 求 ， 又可 避免 用料 过量 ， 提 高产 品竞 争力 【 Ab s t r a c t 】 F i n it e e l e me n t mo d e l o f ma i n s t r u c t u r e o f mi x i n g p l a n t i s b u i lt ； d i s t r i b u t io n o f wo r k i n g s t r e s s o f mi x — i ng st oW ，w eighi ng s t or y and ou t r i gger of m i xi ng plant i s anal yz ed，a s w el l as t h e i nf l uen ce of posi t i on of diagonal br ace on t h e w or ki ng st r es s of cr oss beam The pos i t ion i s opt i m i z ed and t he best posit i on of diagon al br ac e i s ob t ai ned． Thr ou gh t he c al cul at i on and analysi s，t he m at er i al of m i xi ng pl ant i s chosen r easonabl y S O as t o i m pr ove t he c om pet it i v eness of pr oduct s，bas ed on t he pr em i se t ha t t he s t r engt h m eet s t he r equi r em ent ，and t he exces — si ve c ons um i ng of m at er ial i s a voi ded 【 关键 词 】 有 限元 ； 应 力计算 ； 大梁 ； 支腿 【 K e y wo r d s】 f i n i t e e le me n t ； s t r e s s c a lc u la t i o n ； c r o s s b e a m； o u t r ig g e r 中 图 分 类 号 ： U4 1 5 ． 5 文 献 标 志 码 ： B 文 章 编 号 ： 1 0 0 0 — 0 3 3 X( 2 0 1 0 ) 0 8 — 0 0 7 6 -0 3 0 引 言 在 水 泥 混 凝 土 搅 拌 站 中 。 搅 拌 主 楼 的质 量 约 占 整 机 质 量 ( 粉 仓 除 外 ) 的 4 5 ％左 右 ， 也 是 承 载 最 大 、 受 力 相 对 集 中 的地 方。 通过 计 算分 析合 理地 选 择材 料 ， 既 能满 足 强度 要 求 又 可 以避 免 用 料 浪 费 ， 提 高 产 品 竞 争 力 [ 1 - 3 ] 。 1 搅 拌 楼 正 面 整 体 结 构 的 应 力计 算 以 2 m， 水 泥 混 凝 土 搅 拌 站 为 例 ．其 搅 拌 主 楼 的 结 构 分 为 称 重 层 和 搅 拌 层 ， 分 别 通 过 两 根 H型 钢 作 用 在 两 层 框 架 的 大 梁 上 。 根据 搅 拌 机 的 实 际 载 荷 和 结 构 形 式 ． 以及 搅 拌 机 的实 际 尺 寸 和 结 构 对称 性 ， 建 立 其 正 面 的有 限 元 模 型 ， 如 图 1 所 示 。 根 据 实 际 承 载 情 况 ， 在 3 、 4、 1 1 、 1 4 节 点 处 加 上 集 中载 荷 ( 分 别 为 称 重 层 和 搅 拌 层 载 荷 的 1 ／ 4 ) 。 从 整 体 的应 力 分 布 来 看 ． 结 构 的 最 大 应 力 分 布 在 上 两 支 腿 及 两 大 梁 处 ， 见 图 2 。 下 面 分 别 对 各 结 构 件 进 行 分 析 。 7 6 2 搅 拌 楼 正 面 结 构 件 应 力 计 算 称 重 层 大 梁 下 表 面 的 弯 曲应 力 如 图 3 所 示 ： 大 梁 上 表 面 的 弯 曲应 力 如 图4 所 示 。 由 图 3 、 图4可 知 ， 称 重 层 大 梁 的 最 大 拉 应 力 为 2 9 ． 3 MP a： 最 大 压 应 力 为 2 9． 3 MP a 。 搅 拌 层 大 梁 下 表 面 的 弯 曲 应 力 如 图 5 所 示 ； 大 梁 上 表 面 的 弯 曲应 力 如 图6所 示 。由 图5、 图 6 可 知 ， 搅 拌 层 大 梁 的 最 大 拉 应 力 为4 5 ． 7 MP a ： 最 大 压 应 力 为 4 5 ． 7 MP a 。 通 过 在 ANS YS 中 建 立 符 合 实 际 工 作 状 况 的 有 限 元 模 型 ． 分 析 了 搅 拌 站 基 础 中 各 结 构 件 的 内 力 和 应 力 。 从 分 析 的结 果来 看 ，各结 构件 所 受 的应 力均远 小于 材料 的许用 应 力 ． 即 在 一 定 的 强 度 裕 度 的 前 提 下 ， 可 以 适 当减 小 各 结 构 件 的 尺 寸 。 3 斜 撑 对 结 构 应 力 的 影 响 及 其 位 置 优 化 若 正 面 的 结 构 中 没 有 斜 撑 ， 则 通 过 建 立 有 限 元 模 型 ， 得 到 应 力 分 析 如 图 7 所 示 。 4 5 6 7／l l ＼ 8 l 1 1 2 1 3 l 4 ＼＼＼ 17 6 ．1 8 图1搅 拌楼 正 面 有 限 元模 型 图2结 构 应 力 分 布 图3称 重 层 大 梁 下 表 面 弯 曲应 力 图4称 重 层 大 粱 上 表 面 弯 曲应 力 9 ) -) , A N S Y S ff tJ S d - 算结 果 来看 ， 当梁 两端 有 斜撑 时 ． 将 大 大 减 小 梁 的最 大 应 力 。但 并 没 有 一 个 理 论 来 指 导 如 何 找 到 斜 撑 的 最 佳 位 置 。 通 过ANS YS的优 化 设 计 ， 分 析 斜 撑 的 最 佳 位 置 得 出 ：上 斜 撑 距 离 上 支 腿 的 距 离 分 别 为 1 ．4 8 7 1 m 、 E q u i p me n t Ma n a g e me 设 nt M 管 a i n 理 t e n a ＆ nce 维 Te 修 c h n 技 o l o 术 g y RM CM & ■ ■ ■ ■ ■ ● _ ■ ■ ■ 图 5搅 拌 层 大 粱 下 表 面 弯 曲应 力 图6搅 拌 层 大 梁上 表 面 弯 曲应 力 单 位Pa 1 5 7 E ! 是 29 OE+ 08 55 7E+0 8 单 位 ．P a I 皇 I 7无 斜 挥 正 面 结 构 应 力 分 析 距离 下支 腿 的距离 分别 为 1 ．9 9 6 6 m、 2 ．5 0 4 1 m．搅拌 层横 梁最 大弯 曲应 力为4 4 ． 3 4 MP a 从 减 小 大 梁 最 大 弯 曲 应 力 的 目 的 出 发 ． 建 议 称 重 层 大 梁 斜 撑 位 置 为 1 ． 4 5 m、 1 ． 9 0 m； 搅 拌 层 大 梁 斜 撑 位 置 为 2． 0 m 、 2． 5 m 。 4 大 梁 对 接 处 螺 栓 联 结 应 力计 算 4 一 ．1 称 重 层 大 梁 对 接 处 螺 栓 联 结 应 力 计 算 首 先 计 算 称 重 层 大 梁 在 中 间 对 接 处 的 弯 距 和 应 力 。 称 重 层 大 梁 的 弯 距 分 析 如 图 8 所 示 。 9 89 9 】 9 J 88 单 位 ．N -n l 图8称 重 层 大 梁 的 弯 距 由 图 8 可 知 ，在 大 梁 对 接 的 中 间 处 的 弯 距 为 1 9 1 8 8 1 9 9 6 6 n l ， 称 重 层 横 梁 最 大 弯 曲 应 力 ff ：3 2 2 ． 3 3 MP a ； 下 斜 撑 N m， 当 槽 钢 与 工 字 梁 接 触 不 完 全 日 寸 ，螺 栓 受 力 最 大 ． 在 一 ～ M 设备管 理 ＆ 维修 技术 E q u i p me n t Ma n a g e me n t & Ma i n le n a n c e T e c h n o l 0 g y 螺 栓 联 结 处 下 面 螺 栓 引 起 的横 向 力 F =1 5 9 9 0 0 ／ 4 ： 3 9 9 7 5 N； 故 螺 栓 的 预 紧 力 F o 1 ． 2x 4 0 ／ O ． 1 6= 3 0 0 k N： 对 于 M2 4的 螺 栓 ， 其 螺栓 小 径d = 2 0 ．7 5 2 n 1 11 1 ， 因此 ， 螺 栓 的最 大 应 力 为a = 1 ． 3 F o ／ ( n d ~ ／ 4 ) = l 1 5 ． 3 MP a ≤[ ] ( 此处材料的许用应力 取 E o] = 4 0 0 ／ 2 ． 5 = 1 6 0 MP a 1 4 ． 2 搅拌 层 大 梁 对 接 处 螺栓 联 结 应 力 计 算 搅拌 层 大梁 的 弯距 分析 如 图9 所示 。 由 图9 可知 ， 在 大 梁对 接 的 中间处 的弯 距 为1 4 6 8 7 N i n 。则 此弯 距在 螺栓 联结 处 引起 的横 向 力F = 8 6 3 9 4 ／ 4 = 2 1 5 9 8 N；故 螺栓 的预 紧 力 =1 ． 2 F／f =1 ． 2 x 21 ． 6 ／ 0 ． 1 6 =1 6 2 k N； 对 M2 4的 螺 栓 ， 螺 栓 小 径 d 。 = 2 0 ． 7 5 2 mm ， 故 螺 栓 的 最 大 应 力 为 a =1 ． 3 ／ ( d 。2 ， 4 ) = 6 2 ． 3 MPa ≤ 『 ] 。 I 垒l 9搅 拌 层 大 桨 的 弯 距 上面 分 别计 算 了称 重层 和搅拌 层 侧面 大梁 在 中 间对 接 处 螺 栓 的 应 力 ． 考 虑 到 槽 钢 与 H钢 之 间 具 有 一 定 的 相 互 接 触 ， 实 际 螺 栓 的 应 力 应 小 于 上 述 计 算 结 果 ， 但 即 使 在 最 不 好 的 情 况 下 ， 即 槽 钢 与 H钢 没 有 接 触 时 ， 称 重 层 和 搅 拌层 侧 面大 梁在 中 间对 接 处螺栓 的 应力 也是 满足 应 力要 求 的 。 5 结 语 为 了验证 有 限元 分析 结果 的正 确性 ．根 据试 验 力学 的 模 型 相 似 理 论 ， 依 照 原 来 机 器 的 结 构 ， 按 比 例 做 了 一 个 缩 小 的搅拌 站 框架模 型 。 对 模 型 的称重 层和 搅拌 层 分次 加载 ． 分别 测量 。 以称 重 层 加载 5 5 0 k g 为例 ， 当采 用有 限元 方法计 算时 ， 原机 仅 在 称 重 层 加 载 7 2 0 0 k g时 称 重 层 的 最 大 应 力 为 2 9 ． 5 6 MP a ， 而缩 小模 型 仅在称 重 层 加载5 5 0 k g 时称 重层 的最 大 应 力 为4．2 9 MP a ， 故 其 应 力 比 系 数 为 =0 ． 1 4。 若 以 此 应 力 比 系 数 计 算 ， 当 缩 小 模 型 仅 在 称 重 层 加 载 5 5 0 时 ， 称 重 层 大 梁 的 应 力 为 3 ． 5 7 MP a。 则 原 机 仅 在 称 重 层 加 载 7 2 0 0 k g R ,~称 重 层 大 梁 的 最 大 应 力 应 为 2 5 ． 5 MP a．与 有 限 元 计 算 的 误差 为 1 3 ％。 考虑 到缩 小 模 型称 重 层 立柱 采 用尺 寸 较 大 的槽 钢 的影 响 ， 其检 测结 果应 是较 为 令人 信服 的 。 参 考 文 献 ： [ 1 ]《 运输机械设 计选用手册》 编辑委 员会 运 输机械设计 选用手册 [ M]北京 ： 化学工业 出版社 ， 2 0 0 8 ． 【 2 ]陈宜通 混凝土机械[ M] ． 北京： 中国建材工业 出版社 ， 2 0 0 2 ． [ 3 ]邓爱民 商品混凝土机械 [ M] ． 北京： 人 民交通 出版社 ， 2 0 0 0 ． [ 4 ]冯 忠绪， 王卫 中， 赵利军 ， 等 搅拌机参数优 化的试验 L J ] ． 长安 大 学学报 ： 自然科学版， 2 0 0 8 ， 2 8 ( 6 ) ： 8 9 — 9 1 收 稿 日期 ： 2 01 0 一 O1 - 2 0 [ 责 任 编 辑 ： 谭 忠 华 ] ( 上 接 第7 5页) ( 2 )对 比 式 ( 7 ) 、 式 ( 1 5 ) 、 式 ( 2 2 ) o~- 以 看 出 ： 液 压 泵 出 口流 量 相 同时 ． 自由分流 行走 系统 车 轮滑 转率 各不 相 同 ， 车速 最 低 ， 各 车 轮 磨 损 不 均 匀 ； 同 步 分 流 和 电 子 防 滑 系 统 车 轮 滑 转 率 一 致 ．车 速 要 高 于 自 由 分 流 系 统 ，各 车 轮 磨 损 均 匀 ． 且 电子 防滑 系统 的车 速稍 高 于 同步 分流 系统 。 ( 3 )对 比 式 ( 1 1 ) 、 式 ( 1 2 ) 、 式 ( 1 8 ) 、 式 ( 1 9 ) 、 式 ( 2 5 ) 、 式 ( 2 6 ) o~- 以看 出 ： 自由分流 系统液 压 系统 效率 较高 ， 但行 走 系统 总 驱动 效率 较低 ，液 压 系统 输 出功率 较 多 以车轮 与地 面 之 间摩 擦 功 的形式 消耗 ； 因 同步 阀存在 节流 损 失 ， 同步 分 流 系统 液压 系统 效率 较低 ， 发 热量 大 ， 但 行走 系统 总驱 动效 率高 ： 电子 防滑 系统 融合 了上述 两种 系统 的优 点 ， 液压 系 统 效 率 与 自 由 分 流 系 统 相 当 ，行 走 系 统 总 驱 动 效 率 高 于 同 步 分 流 系 统 。 鲎耋窒墼 ； [ 1 ]沈建军， 冯忠绪， 侯 劲汝， 等． 双钢轮 压路机行走 液压 系统参数的 匹配[ 1 ]长安 大学学报 ： 自然科 学版 ， 2 0 0 9 ， 2 9 ( 5 ) ： 1 2 2 — 1 2 6 ． [ 2 ]刘本 学 ， 郝 飞 ， 张志峰 ， 等 高速液压 夯实机动 力 学模 型试验 [ _ 1 ] ． 长安大学学报 ： 自然科学版， 2 0 0 9 ， 2 9 ( 1 ) ： 9 5 — 9 8 [ 3 ]吴保林 ， 裘 丽华 ， 祁 晓野 ， 等 单 泵驱动双马迭速度 同步控制技术 研 究[ J ]系统仿 真学报 ， 2 0 0 6 ， 1 8 ( 6 ) ： 1 5 8 5 — 1 5 8 8 ． [ 4 ]林涛 ， 王 欣 ， 贾剑锋． 同步分流 阀在全 液压平地机上 的试验 研究[ 1 j l 筑路机械与施 Z - 机械化 ， 2 0 0 8 ， 2 5 ( 5 ) ： 5 2 — 5 4 [ 5 ]何 灼馀 ， 罗世 辉， 梁海清． 供速磁 浮列车二 系悬挂动 力学分析 [ J ] ． 交通运输工程 学报 ， 2 0 0 9 ， 9 ( 1 ) ： 1 2 —1 6 ． f 6 ]许 自强， 罗世 辉 ， 马3 7 _ 华． 基于纵向压力的2 B 0 重载机车动力学特 性 [ 『 ] ． 交通运输工程 学报 ， 2 0 0 9 ， 9 ( 3 ) ： 4 9 — 5 2 ． [ 7 ]王 欣， 易小刚 ， 张超 ， 等 全液压 平地机 电子抗滑转方法研 究 [ I ]筑路机械与施工机械化 ， 2 0 0 7， 2 4 ( 9 ) ： 5 3 — 5 6 ． 收 稿 日期 ： 20 0 9 -1 1 — 2 2 [ 责 任 编 辑 ： 谭 忠 华 ]