堆取料机门架结构的优化与机械设计
张浩，高鹏
(北方重工集团有限公司工程成套分公司，辽宁沈阳110141)
摘要：堆取料机是一种大型的环保机械设备，它广泛应用于港口、化工企业等，具有较强的装卸、输送等功能，其
应用的稳定性和可靠性也成为了实践中所关注的内容。为了提升堆取料机的性能，我们需要关注堆取料机的门架结构设 计与优化，由于堆取料机的门架是重要的承载机构，要对其进行优化设计，使堆料高度产生改变，提升机械结构的稳定 性和可靠性。
关键词：堆取料机；门架结构；优化中图分类号：TH237
文献标识码：A
文章编号：1671-0711 (2016) 11 (上）-0071-02
在广泛的散装物料存储和堆取过程中，堆取料 与水平线之间的夹角；P是刮板与水平线之间的夹
机是一种连续、高效运输的大型机械，为提升机械 角；E是刮板中心。当其进行取料作业时，取料耙 结构的稳定性，需要对堆料机的门架结构进行优化 围绕铰点A进行旋转，而铰点B和铰点D是固定 设计，如门架的变幅机构和截面机构，根据堆取料 不动的，铰点H围绕A进行旋转。通过合理的简 机的结构组成和原理，对门架结构的强度、刚度和 化设计，在力平衡和力矩平衡的状态下，可以对变 屈曲稳定性进行优化设计，从而提高机械应用效能。
幅钢丝绳和不同的铰点进行受力计算，根据不同的 作业能力参数，采用MATLAB计算软件，构建堆 1堆取料机综述
取料机的动力仿真模型，进行模型求解。
应用于热力发电厂、矿场之中的堆取料机根据
不同的应用场所，可以呈现出不一样的特点，它分 类主要为：依照应用场所的不同，可以分为圆形堆 取料机和条形堆取料机；依照结构不同，可以分为 门式堆取料机和悬臂式堆取料机；依照取料设备的 不同，可以分为刮板式堆取料机和斗轮式堆取料机。
2堆取料机门架结构的优化设计分析
图1
门架式堆取料机的机械结构构成
2.1堆取料机门架结构的变幅机构优化设计
门架式堆取料机的堆料结构是一种桁架结构， 它可承载物料传送的负荷，其内部有纵向加强筋和 横向加强筋，可以承受变幅钢丝绳传递而来的荷载。
2.1.1门架结构的变幅机构受力分析
在进行取料作业时，可以根据料堆的高度，对 变幅钢丝绳变幅，如图1所示。上述门架变幅机构 的构成之中，1为变幅上铰点；2为门架；3为取料耙； 4为变幅下铰点；5为取料耙变幅钢丝绳；6为门架 跟铰点。
要对门架的变幅机构进行结构简化设计，根据 力学知识，取料耙变幅机构的受力作用下面图，如 图2
取料耙变幅机构的受力作用下面图
图2所示。
在图2中的A坐标原点中，各个铰点的初始坐 2.1.2优化设计变量
标如图，分别为A、B、C、D、E、H, a是HB
通过对变幅机构的受力分析，可以选取其优化
中国设备工程2016.11 (上）71
目录、理论文章（设备）11上-调整后(发社里定3) indd 712016/11/4 16:50:53
Research and Exploration |研究与探索.改造与更新
变量，即：xH、XB、yB,根据如下公式，可得优化 2.2.1优化门架结构截面设计变量
变量X为：
对门架结构截面设计的优化是依照目标函数变 尤= [%,Ws]r
量而变化的，在变量的科学合理设计前提下，可以 2.1.3优化约束条件
对截面参数进行改变，从而，可以使堆取料机的门 架结构的受力更为合理。其变量可以优化设计为：
对门架变幅机构的约束条件的优化，可以从边 界约束和结构性能约束两个方面加以分析：
⑴边界约束。
通过优化计算，可以获取相应的变量范围，寻 在上述公式之中，al、b2、c3、d4、e5、f6、 求最佳点’其表达式为：
g7主要是表示AB段的截面参数；a8、b9、clO、 XHnun — XH — XHiaxsdll、el2、fl3、gl4主要是表示BC段截面参数； al5、bl6、cl7、dl8、el9、GO、g21 主要是表示 CD段的截面参数。
yBmm ~ yB ~ yBmax
2.2.2优化设计约束条件
(2 )结构性能约束条件。
对于门架结构的优化设计，要设定其边界约束 为了使门架变幅机构能够在几何约束条件下， 条件和结构性能约束条件的值。从边界约束条件来 进行优化的设计，实现良好的机械运动状态，需要 说，要使门架结构在合理的上下限范围之内，确保
对其结构约束条件加以计算，并表达如下：
门架结构的稳固与合理，这就需要对门架结构的各 Sl{X)=lAH个变量的取值范围加以设定，要建构21个边界约束。 -lBH 'lAB <0
对于结构性能约束条件来说’主要是建构13个性能 8s (^) = ha -1ah -Jbh < ^
约束，以使门架结构的性能达到合理的要求，在对 这两个约束条件的设计之下，可以建立如下目标函 2.1.4优化目标函数
数，以达到门架体积的最小值：
在对门架变幅机构的优化目标函数表达过程中， 要明晰其受力特征，在变幅钢丝绳受力越小的状态 minFfx^ = ^ • A7 +/, • A^=f(xi )r i = J ,2,..., 21下，门架变幅机构的荷载越小，因而，可以对变幅 在这个优化目标函数之中，11、12、13是用于表 机构的目标函数加以优化设计，计算公式为：
达门架各段的长度，用mm表7K; Ap A2、A3是用 minF(x)=max[f{xll, xB, yB)]
于表达门架各段的截面积，用mm2表示。
2.2堆取料机的门架截面优化与机械设计
2.2.3选取优化算法
堆取料机的门架截面在以往的实际应用中，是 对于门架结构的截面优化可以选用遗传算法和
采用类比和试凑的方式，对门架截面的尺寸规格进 MATLAB遗传算法工具箱，由于它是一种非线性单 行设计，这种方法较为繁琐，没有优越的实用性特征。 目标优化问题，因而，造用遗传算法更为科学合理， 因而，可以采用遗传算法，对堆取料机的门架截面 可以满足不同结构的设计要求，保证结构材料的强 进行初始参数的优化，从而得到最优解，合理地进 度、刚度和稳定性。
行受力分布。
在对堆取料机的门架结构的力学分析条件下， 对门架截面尺寸的优化，可以采用遗传算法 可以对其单位荷载进行计算分析，对堆取料机的门 的优化方式，有效地对钢结构截面进行优化，在 架变幅机构和截面结构进行优化设计和分析，并在 MATLAB遗传理论之下，可以使材料得到合理的分 相关参数运用的前提下，优化设计目标函数模型， 配，在箱形结构中，有a、b、c、d、e、f、g七个参数， 并在MATLAB遗传算法工具的应用之下，可以得 根据这七个参数，可知门架截面形心轴的惯性矩计 到优化的求解结果，从而对堆取料机的门架结构的 算公式为：
强度、刚度和整体稳定性进行计算，在合理改善应 力分布的状态下，减轻门架自重，提升其安全性能。
;J2o+2b^f + 2g)\\2^(c + d+e)f 2 ：： g[2x (d+ e)f
/-[2x(rf + e)J
I2
12
12
12
形心轴的抗弯截面系数公式为：
参考文献：
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