CN102658980B - 一种斗轮堆取料机的门座 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种斗轮堆取料机门座的新结构形式，当环圈梁是环形箱型梁的时候，两腹板的高度不一样高，上翼板的一边直接焊接于较高腹板的侧面，一边与另外一腹板的上面焊接，在较高的腹板的上面焊接一环形钢板，形成环形工字梁结构形式，在工字梁的下面焊接一系列的加强筋板，加强筋板与上翼板之间留一定的距离不接触，也可以小范围接触，加强筋板制作成近似直角三角形，直角边焊接于加强工字梁上。本发明省去联接座圈，合理设置力的传递路径，结构的受力状况好，安全可靠性高，同时节省材料，减少焊接和机加工量，既可节约材料和焊接及焊缝质量的检测成本，又可提高交叉滚子轴承的使用寿命。

Description

一种斗轮堆取料机的门座

技术领域

本发明适用于斗轮堆取料机中的门座主梁，特别适用大吨位的斗轮机的门座主梁，属于一种新的结构形式。

背景技术

斗轮堆取料机是一种广泛应用于钢厂、电厂、港口、码头等地的大型散料连续输送机械，用于矿石、煤、焦碳、砂石等物料的堆取。斗轮堆取料机由斗轮机构、前臂架、前臂架皮带机、立柱、俯仰系统、回转平台、回转机构、门座、行走机构、尾车等众多的部件组成。斗轮堆取料机属于大型重型机器，整机的重量一般在200吨以上，甚至达到1000吨以上，可见整机的重量很大。其中门座处于整机的下面，起到行走机构与上面部件的连接作用，同时门座还起到承受上面部件的重量的作用。可见，门座的结构形式是否合理，是否满足强度与刚度的要求直接关系整机的安全性与可靠性。

目前门座结构形式也比较多，常用的结构形式有四支腿、侧三支腿、正三点支撑四支腿及板凳梁形式。四支腿形式为超静定结构，具有刚性好、抗倾翻力矩大的优点，但在设计时要能在一定程度上吸收轨道中的错位，对轨道精度的要求很高，多用于中小型斗轮堆取料机。侧三支腿回转中心与地面系统的其中的一条带式输送机中心重合，腿压分配合理；正三点支撑四支腿轮压分配比较均匀，在大型斗轮堆取料机上广泛采用，但这两种结构形式的门座受力状况不好，经常出现门座强度不满足要求而出现机器塌陷的情况。板凳梁结构形式简单，易于加工制造，受力状况好，不易发生强度破坏，但这种结构形式的门座重量笨重，耗费材料，增加了材料成本。如DQL600/600.30型号的斗轮堆取料机的门座使用板凳梁结构形式门座主梁重25吨，若使用四支腿结构形式门座主梁重量为14吨。

从上面的分析可以看出，虽然门座的结构形式众多，但四支腿、侧三支腿、正三点支撑四支腿结构形式中门座的受力状况不好，在机器使用的过程中可能会因为强度不足而造成整机的损坏及对安装和操作人员造成人身安全事故。板凳梁结构形式的门座受力好，但耗费材料。如何研发设计出一种省材又安全可靠的门座是目前急需解决的问题。

发明内容

本发明就是为了解决上述问题而设计的一种全新的门座，其目的是采用新的结构形式，让所受的力合理的传递与分布，从而达到满足强度要求和节省材料的目的。

虽然斗轮堆取料机门座的结构形式众多，但不管哪种形式的门座，其主体结构主要是由联接座圈、门座环圈梁和门座支腿三个部分组成。联接座圈起连接上面回转平台和回转机构的作用，同时上面部件所受的力也是通过座圈传递到门座的主梁上的。门座环圈梁起到承受上面部件重量的作用，支腿是与行走机构相连接，起到连接行走结构和支撑传递门座上面部件的力的作用。由于斗轮堆取料机的结构形式的特点，门座所受到上面部件的力为偏心载荷，力一般偏向回转中心1米左右，力通过联接座圈传递到门座环圈梁上，即门座座圈承受很大的偏心载荷，这个力若不能合理的分散和传递，将导致门座的损坏。

门座上方的环形联接座由圆环形上翼板、圆环形下翼板、圆环形腹板焊接而成，类似于一槽钢转制成一圆环形结构，在上下翼板及之间焊接一系列的加强筋板。环形联接座上方的回转交叉滚子轴承外圈通过高强度螺栓固定在联接座圈的上端，联接座圈的下端与门座环圈梁的环形板现场焊接。为了保证现场焊接的时候联接座圈的中心与回转中心重合及控制焊接变形对联接座圈位置移动的影响，需要在联接座圈的下端及门座环圈梁的环形板钻一些螺栓孔及销轴孔，依靠螺栓和销轴来实现定位和控制变形。由于大的交叉滚子滚轴固定在联接座圈上，为了保证交叉滚子滚轴的寿命及支撑交叉滚子滚轴部分的强度与刚度，对联接座圈的变形量要求比较严，其变形量应该控制在两千分之一以内，如若达不到，将严重影响交叉滚子轴承的寿命，交叉滚子轴承的价格在几十万，更换的时候需要支撑起其上面的部分，更换的成本极高。为了保证大交叉滚子轴承的寿命，大交叉滚子轴承径向应该与地面水平，联接座圈的上端与下端均需要进行机加工，门座环圈梁上与联接座圈相连的环形板也需要进行机加工，一共需要加工三个面。

斗轮机门座架是由不等厚的钢板焊接而成的大型构件，属于对称结构，为增加其刚度和强度，在内部焊接了一些辅助筋板，这样就造成了应力与变形同载荷间的关系较复杂。传统门座环圈梁多采用环形箱型梁结构形式，由上下翼板、高度相同的两块腹板和联接腹板与翼板的加强筋板组成。这种结构形式的门座在实际使用的过程中，易发生强度不足而使机器塌陷的情况。为了满足强度的要求，传统的方法是对门座进行加强，其加强方案是在门座环圈梁之间增加更多的材料来承受上部的重力，这种方法耗损材料，焊缝多，增加焊接成本，并且焊接的地方会存在焊接残余应力，需要进行焊接应力的消除。由于这些地方受力大，对焊接质量的要求很高，需要技术过硬的焊接工人来焊接，还需要对焊接质量进行X拍片等技术手段来进行检测。

为了解决传统斗轮机门座结构型式的系列问题，实现节省成本，增强安全性和稳定性，使门座受力及其传递更为合理，本发明进行了新的研发设计，去掉了环形联接座，用门座环圈梁上端形成的环形工字梁直接取代以前的环形联接座圈，并对主梁等其他受力关键部位予以改进，其解决方案如下：

新的门座结构形式是：当门座环圈梁是环形箱型梁的时候，两腹板的高度不一样高，上翼板的一边直接焊接于较高腹板的侧面，一边与另外一腹板的上面焊接。根据实际情况，两腹板的厚度可以相同，也可以不相同，一般情况下，靠近交叉滚子轴承外圈的腹板比远离其的另外一腹板厚。在较高的腹板的上面焊接一环形钢板，形成环形工字梁结构形式。在工字梁的下面焊接一系列的加强筋板，加强筋板与上翼板之间留一定的距离不接触，也可以接触，但接触的范围要很小，所以加强筋板制作成近似直角三角形，直角边焊接于加强工字梁上。上端形成的环形工字梁直接取代以前的环形联接座圈，这样只需要加工环形工字梁上端的板，机加工量减为原来的三分之一；与交叉滚子轴承相连的螺栓孔直接加工在环形工字梁上端，省去了传统需要在联接座圈的下端及门座环圈梁的环形板钻孔及定位和控制现场焊接变形使用的螺栓和销轴；门座上面部件的重力直接由较高的腹板来承受，并将力传递到下面，其受力好，交叉滚子轴承支撑部分的变形可以满足使用要求；由于省去了联接座圈，节省了材料的同时也省去了联接座圈与门座环圈梁的焊接。

本发明中，支腿是连接门座环形主梁与行走机构的，主要由支腿上段和支腿下段组成，支腿上段主要结构形式是箱型梁，在箱型梁的中间有筋板加强；支腿下段由一钢板转制成一圆环形结构，在圆环形结构周围焊接一系列的筋板加强。在三只腿四支点门座中，还涉及联接主梁和横梁，其中联接主梁与环形主梁通过焊接进行连接，环形主梁主要用来承受力，联接主梁与横梁进行连接。联接主梁由一箱型梁和两支座组成，箱型梁中间有加强筋板，箱型梁与门座环形主梁相连接，两支座焊接于箱型梁末端的下面，支座上钻有销轴孔，支座附近有筋板加强。横梁主要由横梁上部和横梁下部组成，横梁上部为一箱型梁结构形式，箱型梁中间有一系列的筋板加强，箱型梁中间靠近上面部位处有两个销孔，与联接主梁销轴孔通过销轴联结；横梁两端的下面为由一钢板转制成一圆环形结构，在圆环形结构周围焊接一系列的筋板加强。

由于斗轮堆取料机在作业的过程中，回转机构驱动上面的部件绕着回转中心做圆周运动、前臂架做俯仰运动，门座所受的偏心载荷质心的位置是随着回转运动和俯仰运动而变化的。传统的环形箱型梁门座环圈梁是使联接座圈位于环形箱型梁的中间，这样的受力结构形式类似于典型的简支梁结构，环形箱型梁之间的加强筋板相当于在简支梁下面加加强杆。门座上面的偏心力直接加在两腹板之间的翼板上相当于加在简支梁中间，由理论力学和材料力学的知识可知，翼板的受力和变形很大，两腹板之间的加强筋板也将承受很大的力和弯矩，所受的力将通过上翼板和加强筋板向外传递和扩算，经有限元分析可以知道，靠近偏心载荷质心的上翼板和加强筋板应力很大，这里一般是门座发生强度破坏的地方。通过上面的分析可以看出，力是通过上翼板和加强筋板向其它的地方传递的，所以在传统环形箱型梁的门座的环圈梁中筋板的数量就显得很重要，为了保证门座环圈梁的强度，通常会在两腹板之间焊接大量的加强筋板来保证其安全性。在新研发设计的门座中，力是直接传递到门座环圈梁的腹板上，通过腹板再向下传递到门座的支腿。虽然门座所受的偏心载荷位置是随前臂架的俯仰和回转而变化，但门座环圈梁的腹板是连续的圆柱结构，偏心载荷直接施加于门座环圈梁的腹板。由材料力学的知识可知，在工字梁结构中，抗弯截面系数梁的高度是平方关系，厚度是线性关系，在门座主梁中，腹板的高度一般在1米以上，圆柱型腹板的直径在3米到4米之间，在两圆柱形腹板之间只需少量的加强筋板。

由于斗轮堆取料机的钢结构都是由箱型梁或工字梁组成，且细节变化多样，在非连续位置经常容易发生容易发生断裂、开焊、疲劳开裂等问题，尤其在钢结构件中梁的弯折点、力的传递点、相连接的筋板或格板处。对于门座架，其应力应变情况主要由悬臂回转角度和俯仰角度决定，在不同的工况下，重心的偏心角度不同，最大的应力和变形发生位置也不尽相同。本发明的重大创新点在于在确定典型工况时，通过不同约束条件下的有限元分析，计算门座各部位所受载荷的大小，找到弹性形变和塑性形变下的应力最大点的位置，同时考虑到不同工况、不同位置时主梁结构的局部处理和力的传递，尤其是交变载荷时疲劳应力对微观结构的影响，设计出新的一种结构形式能最大程度地保证设计的安全系数，防止故障出现，发生设备倾覆或断裂的重大事故。

综上可知，本发明的有益效果：一是设计新结构形式，合理设置力的传递路径，结构的受力状况好，安全可靠性高；二是节省材料，减少焊接，可节约材料成本和焊接及焊缝质量的检测成本；三是省去了联接座圈，机加工量大幅减少，同时交叉滚子轴承的受力更好，提高交叉滚子轴承的使用寿命。

附图说明

图1本发明在三只腿四支点门座中应用的前视图。

图2本发明在三只腿四支点门座中应用的俯视图。

图3本发明在三只腿四支点门座中应用的主梁剖视图A-A。

图4传统的门座环圈梁受力及力的传递路径简图。

图5本发明门座环圈梁受力及力的传递路径简图。

其中，1支腿；2联结主梁；3环圈梁；4横梁；5下翼板；6连结加强筋板；7外腹板；8上翼板；9加强筋板；10上连接翼板；11内腹板；12连接座圈；13门座环圈梁较高腹板上工字梁的翼板；14门座上面部件的重心位置A点。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步详细描述，实施例旨在说明本发明而不是对本发明的进一步限定，如未脱离本发明的设计精神，本领域普通技术人员对本发明方案作出的各种变形、改进、润饰，均落入本发明权利要求书确定的范围。

虽然本发明专利门座可以用于四支腿、侧三支腿、正三点支撑四支腿形式的门座，但门座主要优化的地方是其门座的环圈梁，这四种门座的环形梁结构形式相同，现以三只腿四支点门座来进行分析介绍。

如图1、图2、图3所示，一种斗轮堆取料机的门座，主要由支腿(1)、联接主梁(2)、环圈梁(3)、横梁(4)、环形主梁等部分组成。门座上方连接交叉滚子轴承，环圈梁(3)的两腹板高度不一样高，在较高腹板的上面焊接一环形钢板，形成一环形工字梁的结构形式。由图3可以看出，环圈梁(3)主要由下翼板(5)、连结加强筋板(6)、外腹板(7)、上翼板(8)、加强筋板(9)、上连接翼板(10)、内腹板(11)焊接而成。内外腹板的厚度可以相同，也可以不同，一般靠近交叉滚子轴承外圈的腹板比远离其的另外一腹板厚。两支腿(1)焊接于环圈梁(3)上，支腿(1)由一系列的钢板焊接而成。联接主梁(2)的一端焊接于环圈梁(3)上，另外一端通过销轴与横梁(4)连接。横梁(4)的结构形式一般采用箱型梁结构形式。

门座工作时，所受载荷主要是由所运送的物料和结构自重产生的，分三部分：一是垂直方向的力，包括上部构件重量及工作切削力和载荷；二是回转运动时摩擦阻力等产生的回转扭矩；三是上部重力偏心产生的倾覆力矩。随着前臂架的俯仰运动和回转驱动机构使前臂架绕回转中心回转运动，斗轮堆取料机门座上面部件重心的位置是变化的，其变化范围为以回转中心为圆心的一个圆周内。如图4所示，在传统结构形式的门座中，当上面部件的重心偏移回转中心的时候，门座环形主梁靠近上面部件重心的位置承受的力大，远离上面部件重心的位置承受的力小。上面部件的力直接传递到门座环形主梁的上翼板上，上翼板和下面的加强筋板承受很大的力，力通过上翼板和下面的筋板传递到腹板和下翼板，最终传递到门座支腿。由于门座上面部件的重心的位置是变化的，有时候大部分力只由上翼板和少量筋板承受，这些位置经常应力很大，易发生破坏。如图5所示，而在本发明的新结构形式的门座中，不管上面部件重力的重心位置怎么变化，所受的力直接由上端形成的环形工字梁直接传递给门座环圈梁的较高腹板再由较高腹板传递到支腿，环圈梁筋板及另外一个腹板起到加强与辅助传递的作用。由于直接承受力的腹板是一连续的结构，分布和传递力的效果好。

Claims (8)

1.一种斗轮堆取料机的门座，包括支腿、环形主梁、环圈梁，门座上方连接交叉滚子轴承，其特征在于当环圈梁是环形箱型梁的时候，两腹板的高度不一样高，上翼板的一边直接焊接于较高腹板的侧面，一边与另外一腹板的上面焊接，在较高的腹板的上面焊接一环形钢板，形成环形工字梁结构形式，在工字梁的下面焊接一系列的加强筋板，加强筋板与上翼板之间留一定的距离不接触，加强筋板制作成近似直角三角形，直角边焊接于加强工字梁上。

2.根据权利要求1所述的一种斗轮堆取料机的门座，其特征在于环形工字梁直接取代环形联接座圈，门座上面部件的重力直接由较高的腹板来承受，并将力传递到下面。

3.根据权利要求1所述的一种斗轮堆取料机的门座，其特征在于腹板是一连续的圆柱结构，两腹板的厚度是相同的或不相同的。

4.根据权利要求1所述的一种斗轮堆取料机的门座，其特征在于环圈梁上端有一环形工字梁结构形式，与交叉滚子轴承相连的螺栓孔直接加工在环形工字梁上端。

5.根据权利要求1所述的一种斗轮堆取料机的门座，其特征在于支腿连接门座环形主梁与行走机构，由支腿上段和支腿下段组成，上段是箱型梁，在箱型梁的中间有筋板加强，下段由一钢板转制成一圆环形结构，在圆环形结构周围焊接一系列的筋板加强。

6.根据权利要求5所述的一种斗轮堆取料机的门座，其特征在于还包括联接主梁，由一箱型梁和两支座组成，箱型梁中间有加强筋板，箱型梁与门座环形主梁相连接，两支座焊接于箱型梁末端的下面，支座上钻有销轴孔，支座附近有筋板加强。

7.根据权利要求6所述的一种斗轮堆取料机的门座，其特征在于还包括横梁，由横梁上部和横梁下部组成，横梁上部为一箱型梁结构形式，箱型梁中间有一系列的筋板加强，箱型梁中间靠近上面部位处有两个销孔，与联接主梁销轴孔通过销轴联结；横梁两端的下面为由一钢板转制成一圆环形结构，在圆环形结构周围焊接一系列的筋板加强。

8.一种斗轮堆取料机的三只腿四支点门座，由支腿、环形主梁、联接主梁、环圈梁、横梁组成，其特征在于环圈梁两腹板的高度不一样高，在较高腹板的上面焊接一环形钢板，形成一环形工字梁的结构形式，门座环圈梁上端的工字梁靠近较高腹板处，在工字梁的下面焊接一系列的加强筋板，加强筋板与上翼板之间留一定的距离不接触，加强筋板制作成近似直角三角形，直角边焊接于加强工字梁上，两支腿焊接于环圈梁上，支腿由一系列的钢板焊接而成，联接主梁的一端焊接于环圈梁上，另外一端通过销轴与横梁连接，横梁的结构采用箱型梁结构形式。 

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