水泥库在长期使用过程中库内产生大量板结物,造成水泥库储量减少,甚至造成水泥库堵塞无法使用。传统的清库方式为人工清理,其危险性高、劳动强度大、工作效率低且在清理过程中产生大量粉尘危害清理人员健康。为解决此问题国内外研发了一些水泥库清库装置,但这些设备存在不能适应水泥库库顶入口小、只能清理水泥库库壁、应用性不强等问题。本文针对上述问题设计了一种新型水泥库清库装置,主要完成了以下内容:1.水泥库库内板结物特性分析。对水泥库板结物的形成原因进行分析,确定了水泥库库内板结物分布的位置;实验研究水泥库板结物的抗压强度特性,结果表明:水泥库板结物的抗压强度为12～16MPa,为后续水泥库清库装置方案设计和关键部件的选型提供了理论依据。2.水泥库清库装置方案确定。根据水泥库清库装置的设计要求,以12米水泥库为对象,设计了三种水泥库清库装置方案,采用灰色关联度分析法对水泥库清库装置方案进行综合评价研究,研究结果表明:方案2为最优方案。搭建水泥库清库装置试验平台,对水泥库板结物进行破碎试验,试验结果表明:水泥库清库装置破碎效果明显,验证了水泥库清库装置方案的可行性。3.清库装置关键部件设计。对清库装置的破碎装置、机械臂、提升和回转装置进行设计计算和选型;采用矢量解析法和第二类拉格朗日动力学方程建立清库装置的运动学和动力学模型,分析机械臂和支撑杆的运动和液压缸的驱动力,得到驱动力随时间变化的关系;建立清库装置的虚拟样机模型,对水泥库清库装置进行动力学仿真,结果表明:清库装置的运动平稳,符合设计要求;基于数值计算和仿真结果,确定了驱动力的大小和液压缸活塞杆位移量,并对液压缸进行了选型。建立水泥库清库装置的三维模型。4.水泥库清库装置的静动态特性分析。对清库装置几何模型进行简化,采用稀疏矩阵直接求解器,求解清库装置在工作状态下静力学特性,结果表明:清库装置工作状态下的静应力均小于材料许用应力,最大形变量小于机械臂总长的1%,满足设计要求。根据静力学分析结果进行了预应力模态分析和谐响应分析,分别采用预共轭梯度法和模态叠加法求解,分析结果表明:在破碎电镐的冲击载荷影响下,清库装置的应力和形变响应满足设计要求,且清库装置的共振峰在5Hz处,清库装置的破碎频率为50Hz,破碎频率不与共振峰重叠,不会发生共振现象。