推焦车是焦炭生产中的重要机械设备,而推焦杆又是推焦车的重要组成结构,负责将焦炭从炭化室内推出。由于推焦杆处在高温重载等恶劣环境中,推焦杆进入炭化室后,温度会发生剧烈的变化。在推焦过程中,推焦杆不但承受机械载荷,同时还要承受由温度变化而产生的热应力。重复循环的推焦过程导致推焦杆温度及受力情况的不断变化,进而在温度载荷及机械载荷的耦合作用下产生变形或疲劳破坏,严重影响推焦车的使用,降低推焦效率,影响经济效益。因此对推焦杆进行热力耦合分析及疲劳寿命预测很有必要。本课题以山西省煤基重点科技攻关项目“大型现代化焦炉和装备制造技术研发与工程示范子项目-推焦杆结构稳定性及减振技术研究(项目编号:MJH2014—08)为依托,以6.25m大型焦炉推焦杆为研究对象,通过试验和理论分析建立了仿真边界条件,对推焦过程中的推焦杆进行热力耦合分析,分析其变形和应力分布,基于仿真结果,对推焦杆疲劳寿命进行预测,可以对推焦杆的维修和防护提供参考,延长推焦杆使用寿命,对提高企业经济效益具有十分重要的意义。主要有以下工作:(1)分析了推焦设备的结构组成及工作原理。采用试验的手段对工作状态下的推焦杆进行数据提取,根据提取到的推焦电流和推焦频率,计算得到推焦速度,并提出了一种基于推焦电流数值变化量的推焦阻力估算方法,估算出推焦阻力。根据提取到的加速度数据,将其拟合成加速度谱,从而得到载荷谱。(2)基于热力学理论,建立了以推焦杆温度为求解对象的温度场有限元方程和以结构变形为求解对象的平衡有限元方程,基于此,建立了推焦杆的热力耦合模型。考虑到推焦杆作为大型构件的特征,提出了使用顺序耦合法对推焦杆的热力耦合问题进行求解。(3)确定了推焦杆在推焦过程中的热边界条件,基于所确定的热边界条件对推焦杆进行瞬态温度场计算,得到了推焦杆的温度变化趋势以及各载荷步温度分布情况,结合温度测试试验对推焦杆温度场模拟仿真结果进行了间接验证,为推焦杆热力耦合分析提供支撑。(4)在所求得的温度场基础上对推焦杆施加力学边界条件,求解推焦杆在热力耦合作用下的综合变形和应力情况,并与单独承受温度载荷、单独承受机械载荷作用下的变形和应力情况对比,分析说明了推焦杆的热力耦合特性。(5)基于对推焦杆的热力耦合模拟仿真结果,对推焦杆的使用寿命进行了预测,预测结果和相关文献数据对比,分析其结果存在差异的原因。考虑到影响推焦杆寿命的因素较多,结合仿真分析结果对影响推焦杆使用寿命的因素进行论述,同时对其他潜在的影响因素进行了简要分析。