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廢鋼運(yùn)輸加料斗是鋼廠冶煉過程中經(jīng)常使用的設(shè)備，用于運(yùn)輸并根據(jù)冶煉過程的需要隨時(shí)向鋼爐中添加廢鋼，使用頻繁。廢鋼運(yùn)輸加料斗的設(shè)計(jì)需要滿足這樣一些要求：強(qiáng)度上要滿足裝載量與各種裝載、傾倒廢鋼工況的要求；與運(yùn)輸廢鋼的方式—鐵路運(yùn)輸或是公路運(yùn)輸相適應(yīng)；與冶煉現(xiàn)場(chǎng)的吊裝設(shè)備配合。
討論一種公路運(yùn)輸方式的廢鋼運(yùn)輸加料斗，裝量為30t，由鐵路運(yùn)輸?shù)膹U鋼運(yùn)輸加料斗改造而成，原結(jié)構(gòu)自重47t，為適應(yīng)公路運(yùn)輸?shù)奶攸c(diǎn)，采用有限元分析的方案，新設(shè)計(jì)的廢鋼運(yùn)輸加料斗在保證強(qiáng)度的情況下盡量減輕質(zhì)量，并在結(jié)構(gòu)上做一些改動(dòng)，自重降到21.5t，降低了運(yùn)輸與使用的能耗。
整體結(jié)構(gòu)分為槽口、罐體兩部分。罐體兩側(cè)有四個(gè)耳軸，側(cè)面與底面分布著槽形筋板，耳軸所在筋板較大并在內(nèi)部用小筋板加強(qiáng)。由于頻繁傾倒廢鋼，為了增加耐磨性能，罐體與槽口的底面附一層鋼板。罐體的底部為圓弧狀，可以使廢鋼在重力的作用下盡量堆放在罐體的中間，以方便運(yùn)輸與吊裝。罐體的后部設(shè)計(jì)一個(gè)臺(tái)階狀的結(jié)構(gòu)，用來與運(yùn)輸罐體的拖車配合，使罐體放置盡量向前，減少拖車的長(zhǎng)度，方便運(yùn)輸。所有鋼板采用16mm與6mm兩種，材料選用16MnNb，σb為530～680N/mm2，當(dāng)厚度小于16mm時(shí)σS不小于390N/mm2，泊松比取0.3。
冶煉生產(chǎn)要求的廢鋼限定容量是30t，由專用的汽車拖車運(yùn)到車間。一般輕廢鋼放置于罐體的前部，重廢鋼放置于后部。運(yùn)輸時(shí)罐體平置，傾倒廢鋼時(shí)，通過四個(gè)耳軸將廢鋼運(yùn)輸加料斗吊起，并抬高后面兩個(gè)耳軸將廢鋼倒出。
在利用有限元方法對(duì)罐體強(qiáng)度進(jìn)行分析時(shí)主要考慮了兩種工況。第一種是在滿載廢鋼的情況下起吊，此時(shí)罐體的受力較為惡劣，并且廢鋼的形態(tài)較為復(fù)雜，質(zhì)量分布不勻，有可能造成局部載荷很大。另一種工況是向罐體內(nèi)裝廢鋼，廢鋼以一定的速度落下，造成對(duì)罐體底部的沖擊，但是每次裝的質(zhì)量有限。
由于模型較大，均為鋼板焊接結(jié)構(gòu)，構(gòu)建有限元模型時(shí)采用了抽象的面，劃分單元時(shí)按照不同部位指定鋼板的厚度。由于局部存在圓弧面連接與較小的平面形狀，整個(gè)罐體均采用三角形單元。
把載荷簡(jiǎn)化為瞬態(tài)動(dòng)力學(xué)的加載方式，罐體的額定載荷是30t，將30～60t按時(shí)間變化的載荷均勻加載到罐體的底面，檢驗(yàn)罐體整體應(yīng)力分布情況由于廢鋼的形態(tài)不統(tǒng)一，有重與輕之分，罐體的局部有可能會(huì)出現(xiàn)較高的載荷，為了模擬這種工況，將15～30t按照時(shí)間變化的載荷分別加載到罐體的前部、中部與后部，檢驗(yàn)局部應(yīng)力的分布情況，如圖所示。約束四個(gè)耳軸處三個(gè)方向的位移。
將額定載荷均勻加載到整個(gè)罐體底面，應(yīng)力分布如圖所示。底面產(chǎn)生的最大應(yīng)力17.5MPa。前耳軸處(圖中所示)產(chǎn)生的最大應(yīng)力4.1MPa，處于耳軸與罐體內(nèi)側(cè)立板連接部分，靠近罐體底面一側(cè)。后耳軸處(圖中處)的應(yīng)力值6.1MPa，處于耳軸與罐體內(nèi)側(cè)立板連接部分，靠近罐體中部一側(cè)。耳軸的外側(cè)，即與耳軸連接的槽形筋板的外側(cè)也有應(yīng)力分布，但是應(yīng)力不大，也比較均勻。罐體底面與筋板的應(yīng)力分布較為均勻，筋板的布局合理。
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