拉桿件結(jié)構(gòu)的實(shí)用設(shè)計(jì)與分析

劉英磊 張棟生 倪森林

（北方重工裝卸設(shè)備分公司設(shè)計(jì)所，遼寧 沈陽(yáng) 110027）

拉桿件結(jié)構(gòu)的實(shí)用設(shè)計(jì)與分析

劉英磊 張棟生 倪森林

（北方重工裝卸設(shè)備分公司設(shè)計(jì)所，遼寧 沈陽(yáng) 110027）

摘 要：拉桿是堆取料機(jī)等大型設(shè)備上十分關(guān)鍵的部件，它使懸臂結(jié)構(gòu)與主體結(jié)構(gòu)之間得到良好有效的連接，其在設(shè)備工作運(yùn)行時(shí)起著舉足輕重的作用，一旦其強(qiáng)度不滿足要求出現(xiàn)問(wèn)題必然會(huì)產(chǎn)生嚴(yán)重的后果。因此，在設(shè)計(jì)時(shí)需要得到應(yīng)有的分析計(jì)算與校核。

關(guān)鍵詞：拉桿；結(jié)構(gòu)；分析；強(qiáng)度校核

1 概述

堆取料機(jī)上的拉桿至少有四種，其中一種是連接懸臂梁及配重梁與設(shè)備主體的連接構(gòu)件，承受拉力較大。本文主要以該種拉桿進(jìn)行分析闡述。

在設(shè)計(jì)每一個(gè)拉桿時(shí)，都需要進(jìn)行分析計(jì)算出拉桿所受到的外力，之后計(jì)算拉桿的截面和拉桿耳環(huán)處的兩個(gè)危險(xiǎn)截面是否滿足安全要求，分析板寬，板厚，結(jié)構(gòu)是否合理，拉桿耳環(huán)的兩個(gè)危險(xiǎn)截面的計(jì)算較為復(fù)雜，尚沒有十分精準(zhǔn)的計(jì)算，所以設(shè)計(jì)計(jì)算就更加重要、須更仔細(xì)。值得一提的是：拉桿母板的長(zhǎng)度方向必須是板材的軋制方向；且最多只能拼接一處，必須是全熔透坡口焊縫，超聲波探傷（UT），探傷至少100%BⅡ級(jí)。

2 拉桿的幾種結(jié)構(gòu)

拉桿耳環(huán)的結(jié)構(gòu)形式一般有三種，一種是耳環(huán)用厚板，拉桿體用薄板結(jié)構(gòu)，厚板與薄板開坡口對(duì)接焊縫，采用100%探傷，如圖1所示。這種結(jié)構(gòu)在國(guó)外用的比較多，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單經(jīng)濟(jì)。但焊縫要求質(zhì)量必須保證。國(guó)內(nèi)用的比較少，因?yàn)楹缚p質(zhì)量一旦出現(xiàn)問(wèn)題，后果不堪設(shè)想。第二種是鑲嵌軸套的結(jié)構(gòu)，如圖2所示。這種結(jié)構(gòu)首先需將母版切割出適當(dāng)圓孔，再鑲焊具有一定厚度的軸套。相對(duì)來(lái)說(shuō)，這種結(jié)構(gòu)形式制造工時(shí)較多，制造成本較高。但其質(zhì)量容易保證。第三種是貼焊臍板結(jié)構(gòu)，即在拉桿的母板耳環(huán)外表面加貼鋼板來(lái)增加耳環(huán)的抗拉和抗擠壓能力，如圖3所示。這種結(jié)構(gòu)經(jīng)濟(jì)，設(shè)計(jì)時(shí)需要經(jīng)過(guò)詳細(xì)校核驗(yàn)算。

圖2

圖3

3 臍板結(jié)構(gòu)拉桿力學(xué)分析

斗輪機(jī)堆取料機(jī)前拉桿共兩支，每支拉桿由兩片拉板（即母板）組成與梁上一支單鉸耳鉸接成副。在設(shè)備的前期設(shè)計(jì)時(shí)s，計(jì)算出每支前拉桿受力F，在實(shí)際中設(shè)計(jì)時(shí)代入具體數(shù)據(jù)即可。以貼焊臍板的結(jié)構(gòu)為例，如圖4所示，計(jì)算分析如下。

3.1 孔壁的擠壓應(yīng)力

3.4 校核

各部分應(yīng)力σ≤[σbs]/k

σbs——鋼板屈服強(qiáng)度；

k——安全系數(shù)。

在大量的實(shí)例中，發(fā)現(xiàn)A-A截面應(yīng)力偏大，隨著設(shè)備的長(zhǎng)期使用，考慮到額外因素（腐蝕、疲勞等），結(jié)構(gòu)截面強(qiáng)度有潛在危險(xiǎn)。

圖5

4 優(yōu)化設(shè)計(jì)

考慮到貼焊臍板結(jié)構(gòu)加工制造優(yōu)勢(shì)，在沒有特別的限制或要求情況下，這種結(jié)構(gòu)形式是普遍采用的，但是據(jù)以上設(shè)計(jì)計(jì)算時(shí)，發(fā)現(xiàn)有些位置空間冗余，有些截面又可能會(huì)出現(xiàn)不安全后果。所以在已有結(jié)構(gòu)基礎(chǔ)上，結(jié)合各部分的應(yīng)力值，對(duì)可優(yōu)化截面進(jìn)行改進(jìn)，將應(yīng)力值較小的位置，將其截面適當(dāng)減小，將應(yīng)力值略大的截面適當(dāng)加大。

做出優(yōu)化結(jié)構(gòu)如圖5所示，這樣使得結(jié)構(gòu)更具合理性。

結(jié)語(yǔ)

從大型設(shè)備整體方面分析，拉桿會(huì)根據(jù)需要安裝在不同的位置，進(jìn)而起到相應(yīng)的作用。然而工況的不同，設(shè)備會(huì)有偏載，使得不同位置的拉桿拉力不同，受此影響，拉桿的某些部位會(huì)發(fā)生應(yīng)力集中，所以在設(shè)計(jì)計(jì)算應(yīng)力值時(shí)，就需要分別考慮到偏載（計(jì)算時(shí)加入偏載系數(shù)）和應(yīng)力集中（計(jì)算時(shí)加入應(yīng)力集中系數(shù)），這是十分必要的。

參考文獻(xiàn)

[1]張質(zhì)文，虞和謙，王金諾，包起帆.起重機(jī)設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，1998.

[2]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007.

[3]單輝祖.材料力學(xué)教程[M].北京：高等教育出版社，2004.

中圖分類號(hào)：TU356

文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A