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摘要：以Pro/E为平台，建立了堆取料机回转台车结构的三维实体模型，并基于ANSYS对其进行了网格划分与有限元计算，得出该结构的总变形分布云图和应力分布云图，为工程应用提用了一定的理论价值。
关键词：堆取料机； 回转台车； 有限元分析
刮板输送机是采煤生产中的主要运输设备。它的作用：一是把破碎下来的煤运至转载机；二是用作采煤机行走的轨道及液压支架前移的支点。
一、刮板输送机的维护
1、巡回检查
巡回检查通常是在采煤动态过程中进行的。每班检查次数应不少于 2～3次。
检查内容包括：
a.易松动部位的紧固情况，如刮板的连接螺栓、销排销子等。
b.发热部位是否超温，如轴承、齿轮油温度的检查。
c.各润滑部位的润滑状况、油量是否适当，减速箱、电动机是否有异响。
检查的方法一般是看、摸、听、嗅、试、量：
看是从外观检查
摸是用手感触其温度
听是对运行声音的分辨
嗅是对气味的分辨
试是对安全保护装置灵敏可靠性的试验
量是用量具和仪表对机件做必要的测量。
2、日检
日检除包括巡回检查的内容外，还需重点进行以下：
a.更换磨损和损坏的链环、连接环、刮板。
b.处理减速箱和液力偶合器的漏液现象。
c.检查刮板槽、挡煤板、铲煤板的磨损、变形情况。
d.检查拨链器的紧固和磨损情况。
3、周检
周检除包括日检的内容外，还需重点检查以下：
a.检查机头架和机尾架有无变形和损坏情况。
b.检查固定减速箱的底脚螺栓和液力偶合器的保护罩及两端的连接螺栓紧固情况。
c.通过电流表测量观察液力偶合器的启动是否平稳各台电机之间的负荷分配是否均匀。
d.检查减速箱内的油质是否符合要求，油量是否合适，轴承、齿轮的润滑情况和各对齿轮的啮合情况是否到位。
d.测量电动机绝缘、接线腔线路及隔爆面情况。
e.检查拨链器和压链块的磨损情况
f.检查铲煤板的磨损情况和连接情况。
4、季检
季检主要对一些较大、关键的机件进行更换和处理。
季检除包括周检的内容外，还包括对弹性联轴器、液力偶合器、过渡槽、链轮等进行检修更换。
对电动机、减速箱进行较全面的检查和修理。
5、大修
采完一个工作面后，将整部刮板输送机升井进行检修。具体工作如下：
对减速箱、液力偶合器进行彻底清洗、换油，更换磨损严重的轴、齿轮等配件。
检查电动机绝缘、三相电流平衡情况，并对电动机轴承进行清洗。
对损坏的机架、槽子、挡煤板等机件进行修复、校正、更新。
二、刮板输送机的常见故障及检修方法
故障1：电动机工作，但刮板链不动
分析原因：
a.刮板链卡住
b.负荷过大
c.液力偶合器的液量不足
d.液力偶合器易熔塞损坏
处理方法：
a.处理被卡的刮板链
b.将槽内煤挑出一部分
c.按规定补充液量
d.更换易熔保护塞并充液
故障2：电动机不能启动
分析原因：
a.电气线路损坏
b.单项运转
处理方法：
a.检查线路，修复损坏部分
b.检查原因并排除
故障3：电动机温度过高
分析原因：
a.超负荷长时运行
b.通风散热条件不好
处理方法：
a.减轻负荷或停机
b.清除电动机周围的杂物，检查电动机风扇损坏及处理堵塞
故障4：减速箱声音不正常
分析原因：
a.伞齿轮调整不合适
b.轴承、齿轮磨损严重或损坏
c.轴承游隙过大
d.减速箱内有杂物
处理方法：
a.重新调整好
b.更换磨损或损坏的部件
c.重新调整好
d.清除杂物
故障5：减速箱温度过高
分析原因：
a.润滑油污染严重
b.油位不符合要求
c.冷却不良，散热不好
处理方法：
a.更换润滑油
b.按规定注油
c.清除减速箱周围的杂物，对水冷减速箱还应检查供水情况
故障6：减速箱漏油
分析原因：
a.密封圈损坏
b.箱体结合面不严
处理方法：
a.更换密封圈
b.拧紧螺钉；更换加装石棉垫
故障7：液力偶合器漏液
分析原因：
a.注液塞或易熔保护塞松动
b.密封圈或垫圈损坏
处理方法：
a.拧紧
b.更换液力偶合器
1 引言
堆取料机是散料货场的专用设备，主要用于散料的堆存、挖取、和混匀[1]。 堆取料机回转台车式连接回转平台与堆取料机上部底座部分的关键部位，是堆取料机上部结构与下部结构的唯一连接结构。回转台车承受着斗轮切削煤层的反作用力和臂架回转和变幅的惯性力等随时间和工况变化的载荷，同时亦承受整机大部分的重力。虽然回转台车锁承受的载荷复杂，但是回转台车的加工工艺却较为简单，是由几块经过气割而成的不同厚度的焊接而成，工艺可由普通设备和普通操作人员完成。在近期黄骅港的堆取料设备使用过程中，回转台车出现的故障率较高，有必要对回转台车的受力情况进行分析，得到回转台车的受力结果，找出回转台车的故障原因并为日后设备改造提出指导性建议。 ANSYS软件是融结构、热力学、流体力学、电磁学、声学于一体的大型通用有限元商用分析软件[2]，可广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造等等行业。ANSYS软件的结构分析静力分析模块，用于求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。ANSYS软件中的静力分析不但能够求解线性问题而且能够进行非线性分析，如塑形、蠕变、大变形、大应变及接触分析[2]。
2. 堆取料机回转台车的布置形式
黄骅港一期堆取料机的回转结构采用台车式回转结构，该结构的主要特点是：采用四组回转台车分布，回转台车下设置回转轮，如图1所示。由于采用四组回转台车式支撑堆取料机的上机部分，故此，回转台车结构相对于堆取料机整体而言，结构较为轻小。在较小的回转台车结构基础上，每部回转台车结构设置2个回转支撑轮与1个水平定位轮。如此设计，进一步减小了回转部件的结构尺寸，其余尺寸都采用简单的支撑结构，因此有效的降低了堆取料机的整机重量，由于回转部件多级别缩小尺寸，因此大大降低了堆取料机的单机制造费用。回转台车采用板壳结构，以低碳钢板焊接而成，具有结构简单，制作难度低，加工费用低廉等诸多优点。
采用两片钢板为主体，中间掏孔并焊接支撑销轴孔的钢筒，两个主板之间焊接连接钢板，并在钢板的支撑的上下两部分焊接加强筋，使得该构件的抗弯模量较大，具有较大的支撑强度和刚度。其结构如图2所示。
3. 回转台车的载荷的确定
堆取料机的上机重量为720吨，依靠四组回转台车结构支撑，每组台车所分担的重量为180吨。堆取料机回转驱动装置包括变频电机、限制力矩安全联轴器、立式行星齿轮减速箱、驱动小齿轮和大齿圈组成，其中电动机额定转速为1000rpm，立式行星齿轮减速箱的减速比为458.35，小齿轮齿数为17，模数为28，变位系数为0.5，大齿圈齿数为306，模数为28，变位系数为0.5。因此，可知回转台车绕回转中心的角速度[3]为：
回转台车的法向加速度[4]为：
回转台车所承受的主要载荷为上机的重量和回转过程的向心力。
4. 堆取料机回转台车的结构有限元分析
本文应用三维绘图工具Pro/E软件，依照回转台车的结构尺寸等参数，对回转台车进行实体建模，建模比例1：1。将其导入ANSYS有限元分析软件中进行网格划分，并将步骤3中计算的堆取料机回转台车所受的载荷进行加载计算，得到堆取料机的有限元分析结果。
4.1 堆取料机回转台车有限元模型的建立
将上述步骤中建立的堆取料机回转台车的三维实体模型导入到大型通用有限元分析软件ANSYS中，按照有限元分析步骤进行相应的单元类型选择和材料属性设置。堆取料机回转台车采用Q235B钢板焊接，该材质泊松比为0.25，比热容为502J/℃，热传导系数为10W/（m.K），其不同温度下的弹性模量如表1所示，其为均质塑性材料，假设为各项同性材料，即Ex=Ey=Ez。
表1 Q235B在不同温度下的弹性模量表
由于回转台车属于厚板壳结构，加之自身受力情形较为复杂，因次，为了尽可能真实的得到该零件的真实的应力分布状况，采用实体单元对回转台车进行网格划分。采用实体单元SOLID187实体单元对回转台车进行网格划分，在与回转轮与支撑销轴连接的部位采用SURF154接触单元进行划分，如此划分既能反应回转台车较为复杂的应力状态又能较好地计算因为其它与之接触的零部件对回转台车的受力的影响。因此大部分反应回转台车内部结构的单元应该为多数，而接触单元只在接触部位设置即可，因此，本文采用多数的划分单元为实体单元，仅在必要的位置采用接触单元，在本文的分析中，划分的有限元模型中实体单元SOLID187的个数为7492，接触单元SURF154的个数为22。单元总数为7514，节点总数为15756。堆取料机的有限元模型如图3所示。
4.2 堆取料机回转台车的结构有限元分析
将步骤3中的载荷加载到步骤4.1的有限元模型上，进行有限元计算，上机的重力产生的压力载荷和堆取料机回转产生的加速度载荷如图4所示。
4.3 结构有限元分析结果查看
在有限元软件ANSYS的后处理模块中查看有限元分析结果，分别堆取料机回转台车的总变形和等效应力分布云图进行查看。
在后处理模块中查看回转台车的总变形分布云图如图5所示，由图中可以看出总变形的最带值为0.26mm，而回转台车的长度为1.5m，而且表示大变形的红色区域仅占很小的区域，其余部分均小于该值，即使最高值以在允许值（万分之五）以下，满足刚度需求。且回转台车的总体变形规律为长度方向上中间较大，两端较小；高度方向的变形分布规律为，两端大，中间小。
在后处理模块中查看回转台车的等效应力分布云图如图6所示，由图中可以看出等效应力的最大值为104MPa，该区域分布在回转轮与回转台车的接触处的边沿区域，并且靠台车的内侧；再者就是上机销轴与回转台车相接处的销轴孔的中间部位，并且两者的分布面积均很小。其它的应力较大的区域主要分布在上体销轴孔中间部位和以加强筋为中心的上下两个大应力分布带，数值在40MPa到80MPa之间。回转台车的总体分布规律为：中间呈现较大的应力分布状态，两端的应力值较小。
5. 结论
本文通过对堆取料机回转台车进行实体模型的建立和其所售载荷的计算，并应用有限单元计算法对堆取料机回转台车的总变形和等效应力进行计算，得到了回转台车的总变形分布规律和等效应力分布规律，为工程应用提用了一定的理论价值。
参考文献：
[1]常春影， 李春亭， 贾承斌. 大型混匀取料机结构疲劳与模态分析[J]. 起重运输机械， 2008（11）：50-53.
[2]张朝晖. ANSYS12.0结构分析工程应用实例解析[M].北京：机械工业出版社出版社，2010，第3版.
[3]高志. 机械原理[M].上海：华东理工大学出版社出版社，2011，第1版.
[4]洪嘉振，杨长俊.理论力学[M].北京：高等教育出版社，1999，第3版.
关键词：堆取料机； 回转台车； 有限元分析
刮板输送机是采煤生产中的主要运输设备。它的作用：一是把破碎下来的煤运至转载机；二是用作采煤机行走的轨道及液压支架前移的支点。
一、刮板输送机的维护
1、巡回检查
巡回检查通常是在采煤动态过程中进行的。每班检查次数应不少于 2～3次。
检查内容包括：
a.易松动部位的紧固情况，如刮板的连接螺栓、销排销子等。
b.发热部位是否超温，如轴承、齿轮油温度的检查。
c.各润滑部位的润滑状况、油量是否适当，减速箱、电动机是否有异响。
检查的方法一般是看、摸、听、嗅、试、量：
看是从外观检查
摸是用手感触其温度
听是对运行声音的分辨
嗅是对气味的分辨
试是对安全保护装置灵敏可靠性的试验
量是用量具和仪表对机件做必要的测量。
2、日检
日检除包括巡回检查的内容外，还需重点进行以下：
a.更换磨损和损坏的链环、连接环、刮板。
b.处理减速箱和液力偶合器的漏液现象。
c.检查刮板槽、挡煤板、铲煤板的磨损、变形情况。
d.检查拨链器的紧固和磨损情况。
3、周检
周检除包括日检的内容外，还需重点检查以下：
a.检查机头架和机尾架有无变形和损坏情况。
b.检查固定减速箱的底脚螺栓和液力偶合器的保护罩及两端的连接螺栓紧固情况。
c.通过电流表测量观察液力偶合器的启动是否平稳各台电机之间的负荷分配是否均匀。
d.检查减速箱内的油质是否符合要求，油量是否合适，轴承、齿轮的润滑情况和各对齿轮的啮合情况是否到位。
d.测量电动机绝缘、接线腔线路及隔爆面情况。
e.检查拨链器和压链块的磨损情况
f.检查铲煤板的磨损情况和连接情况。
4、季检
季检主要对一些较大、关键的机件进行更换和处理。
季检除包括周检的内容外，还包括对弹性联轴器、液力偶合器、过渡槽、链轮等进行检修更换。
对电动机、减速箱进行较全面的检查和修理。
5、大修
采完一个工作面后，将整部刮板输送机升井进行检修。具体工作如下：
对减速箱、液力偶合器进行彻底清洗、换油，更换磨损严重的轴、齿轮等配件。
检查电动机绝缘、三相电流平衡情况，并对电动机轴承进行清洗。
对损坏的机架、槽子、挡煤板等机件进行修复、校正、更新。
二、刮板输送机的常见故障及检修方法
故障1：电动机工作，但刮板链不动
分析原因：
a.刮板链卡住
b.负荷过大
c.液力偶合器的液量不足
d.液力偶合器易熔塞损坏
处理方法：
a.处理被卡的刮板链
b.将槽内煤挑出一部分
c.按规定补充液量
d.更换易熔保护塞并充液
故障2：电动机不能启动
分析原因：
a.电气线路损坏
b.单项运转
处理方法：
a.检查线路，修复损坏部分
b.检查原因并排除
故障3：电动机温度过高
分析原因：
a.超负荷长时运行
b.通风散热条件不好
处理方法：
a.减轻负荷或停机
b.清除电动机周围的杂物，检查电动机风扇损坏及处理堵塞
故障4：减速箱声音不正常
分析原因：
a.伞齿轮调整不合适
b.轴承、齿轮磨损严重或损坏
c.轴承游隙过大
d.减速箱内有杂物
处理方法：
a.重新调整好
b.更换磨损或损坏的部件
c.重新调整好
d.清除杂物
故障5：减速箱温度过高
分析原因：
a.润滑油污染严重
b.油位不符合要求
c.冷却不良，散热不好
处理方法：
a.更换润滑油
b.按规定注油
c.清除减速箱周围的杂物，对水冷减速箱还应检查供水情况
故障6：减速箱漏油
分析原因：
a.密封圈损坏
b.箱体结合面不严
处理方法：
a.更换密封圈
b.拧紧螺钉；更换加装石棉垫
故障7：液力偶合器漏液
分析原因：
a.注液塞或易熔保护塞松动
b.密封圈或垫圈损坏
处理方法：
a.拧紧
b.更换液力偶合器
1 引言
堆取料机是散料货场的专用设备，主要用于散料的堆存、挖取、和混匀[1]。 堆取料机回转台车式连接回转平台与堆取料机上部底座部分的关键部位，是堆取料机上部结构与下部结构的唯一连接结构。回转台车承受着斗轮切削煤层的反作用力和臂架回转和变幅的惯性力等随时间和工况变化的载荷，同时亦承受整机大部分的重力。虽然回转台车锁承受的载荷复杂，但是回转台车的加工工艺却较为简单，是由几块经过气割而成的不同厚度的焊接而成，工艺可由普通设备和普通操作人员完成。在近期黄骅港的堆取料设备使用过程中，回转台车出现的故障率较高，有必要对回转台车的受力情况进行分析，得到回转台车的受力结果，找出回转台车的故障原因并为日后设备改造提出指导性建议。 ANSYS软件是融结构、热力学、流体力学、电磁学、声学于一体的大型通用有限元商用分析软件[2]，可广泛应用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造等等行业。ANSYS软件的结构分析静力分析模块，用于求解外载荷引起的位移、应力和力。静力分析很适合求解惯性和阻尼对结构的影响并不显著的问题。ANSYS软件中的静力分析不但能够求解线性问题而且能够进行非线性分析，如塑形、蠕变、大变形、大应变及接触分析[2]。
2. 堆取料机回转台车的布置形式
黄骅港一期堆取料机的回转结构采用台车式回转结构，该结构的主要特点是：采用四组回转台车分布，回转台车下设置回转轮，如图1所示。由于采用四组回转台车式支撑堆取料机的上机部分，故此，回转台车结构相对于堆取料机整体而言，结构较为轻小。在较小的回转台车结构基础上，每部回转台车结构设置2个回转支撑轮与1个水平定位轮。如此设计，进一步减小了回转部件的结构尺寸，其余尺寸都采用简单的支撑结构，因此有效的降低了堆取料机的整机重量，由于回转部件多级别缩小尺寸，因此大大降低了堆取料机的单机制造费用。回转台车采用板壳结构，以低碳钢板焊接而成，具有结构简单，制作难度低，加工费用低廉等诸多优点。
采用两片钢板为主体，中间掏孔并焊接支撑销轴孔的钢筒，两个主板之间焊接连接钢板，并在钢板的支撑的上下两部分焊接加强筋，使得该构件的抗弯模量较大，具有较大的支撑强度和刚度。其结构如图2所示。
3. 回转台车的载荷的确定
堆取料机的上机重量为720吨，依靠四组回转台车结构支撑，每组台车所分担的重量为180吨。堆取料机回转驱动装置包括变频电机、限制力矩安全联轴器、立式行星齿轮减速箱、驱动小齿轮和大齿圈组成，其中电动机额定转速为1000rpm，立式行星齿轮减速箱的减速比为458.35，小齿轮齿数为17，模数为28，变位系数为0.5，大齿圈齿数为306，模数为28，变位系数为0.5。因此，可知回转台车绕回转中心的角速度[3]为：
回转台车的法向加速度[4]为：
回转台车所承受的主要载荷为上机的重量和回转过程的向心力。
4. 堆取料机回转台车的结构有限元分析
本文应用三维绘图工具Pro/E软件，依照回转台车的结构尺寸等参数，对回转台车进行实体建模，建模比例1：1。将其导入ANSYS有限元分析软件中进行网格划分，并将步骤3中计算的堆取料机回转台车所受的载荷进行加载计算，得到堆取料机的有限元分析结果。
4.1 堆取料机回转台车有限元模型的建立
将上述步骤中建立的堆取料机回转台车的三维实体模型导入到大型通用有限元分析软件ANSYS中，按照有限元分析步骤进行相应的单元类型选择和材料属性设置。堆取料机回转台车采用Q235B钢板焊接，该材质泊松比为0.25，比热容为502J/℃，热传导系数为10W/（m.K），其不同温度下的弹性模量如表1所示，其为均质塑性材料，假设为各项同性材料，即Ex=Ey=Ez。
表1 Q235B在不同温度下的弹性模量表
由于回转台车属于厚板壳结构，加之自身受力情形较为复杂，因次，为了尽可能真实的得到该零件的真实的应力分布状况，采用实体单元对回转台车进行网格划分。采用实体单元SOLID187实体单元对回转台车进行网格划分，在与回转轮与支撑销轴连接的部位采用SURF154接触单元进行划分，如此划分既能反应回转台车较为复杂的应力状态又能较好地计算因为其它与之接触的零部件对回转台车的受力的影响。因此大部分反应回转台车内部结构的单元应该为多数，而接触单元只在接触部位设置即可，因此，本文采用多数的划分单元为实体单元，仅在必要的位置采用接触单元，在本文的分析中，划分的有限元模型中实体单元SOLID187的个数为7492，接触单元SURF154的个数为22。单元总数为7514，节点总数为15756。堆取料机的有限元模型如图3所示。
4.2 堆取料机回转台车的结构有限元分析
将步骤3中的载荷加载到步骤4.1的有限元模型上，进行有限元计算，上机的重力产生的压力载荷和堆取料机回转产生的加速度载荷如图4所示。
4.3 结构有限元分析结果查看
在有限元软件ANSYS的后处理模块中查看有限元分析结果，分别堆取料机回转台车的总变形和等效应力分布云图进行查看。
在后处理模块中查看回转台车的总变形分布云图如图5所示，由图中可以看出总变形的最带值为0.26mm，而回转台车的长度为1.5m，而且表示大变形的红色区域仅占很小的区域，其余部分均小于该值，即使最高值以在允许值（万分之五）以下，满足刚度需求。且回转台车的总体变形规律为长度方向上中间较大，两端较小；高度方向的变形分布规律为，两端大，中间小。
在后处理模块中查看回转台车的等效应力分布云图如图6所示，由图中可以看出等效应力的最大值为104MPa，该区域分布在回转轮与回转台车的接触处的边沿区域，并且靠台车的内侧；再者就是上机销轴与回转台车相接处的销轴孔的中间部位，并且两者的分布面积均很小。其它的应力较大的区域主要分布在上体销轴孔中间部位和以加强筋为中心的上下两个大应力分布带，数值在40MPa到80MPa之间。回转台车的总体分布规律为：中间呈现较大的应力分布状态，两端的应力值较小。
5. 结论
本文通过对堆取料机回转台车进行实体模型的建立和其所售载荷的计算，并应用有限单元计算法对堆取料机回转台车的总变形和等效应力进行计算，得到了回转台车的总变形分布规律和等效应力分布规律，为工程应用提用了一定的理论价值。
参考文献：
[1]常春影， 李春亭， 贾承斌. 大型混匀取料机结构疲劳与模态分析[J]. 起重运输机械， 2008（11）：50-53.
[2]张朝晖. ANSYS12.0结构分析工程应用实例解析[M].北京：机械工业出版社出版社，2010，第3版.
[3]高志. 机械原理[M].上海：华东理工大学出版社出版社，2011，第1版.
[4]洪嘉振，杨长俊.理论力学[M].北京：高等教育出版社，1999，第3版.