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鏈斗式卸船機是某鋼廠港口的重要設備，其功能為將駁船中的礦砂卸入料場。卸料小車在懸臂梁的軌道上行走。在長期重載作用下，懸臂梁的部分焊縫出現裂紋。為找出產生裂紋的原因，保證正常的生產，對該機懸臂梁的強度進行了有限元分析。并根據強度分析結果，提出了改造方案。
卸船機懸臂梁由結構部分和正、反向平衡臺車，中部升降動滑輪組，配重平衡滑輪組，主梁上面的橫移小車軌道以及裝在主梁前后端部下表面作為水平接料皮帶機支承用的前后吊架等組成。選取懸臂梁結構部分作為有限元計算模型，其余部分以約束或載荷施加在懸臂梁結構上。
對懸臂梁進行三維有限元分析時采用直角坐標系，坐標原點設在上游懸臂梁靠立柱一端斷面中心。x坐標沿懸臂梁水平方向指向外端，y坐標鉛垂向上，z坐標水平指向下游方向(圖1所示)。由于懸臂梁結構屬于板和桁架結構，承受著空間載荷，除了產生平面變形外，還產生連彎帶扭的復雜變形，應采用板單元和桿單元。桁架采用桿單元，懸臂梁和聯接板采用板單元。懸臂梁的板單元厚度W=8mm，聯接板單元的厚度W=14mm。桁架主斜桿由兩根32#槽鋼組成，鉛垂平面的其余桿件由兩根20#槽鋼組成，斜面桁架其余桿件由兩根16#槽鋼組成，各桿橫斷面形狀皆為[]形。
整個懸臂梁通過三組滑輪吊掛在提升節點11(圖1)處，因此在該處三個節點設置y方向(鉛垂方向)約束。懸臂梁通過正向、反向兩個平衡臺車8、10可在立柱軌道上運行，但在水平面的x、z兩個方向受到約束，故懸臂梁x=0端面各節點和反向平衡臺車處各節點設置x和z兩個方向的約束。在工作狀態下，懸臂梁受到結構自重、接料皮帶機重量、取料小車鉛垂方向和水平方向載荷的聯合作用。其中，結構自重以y方向體積力的形式作用于各單元；接料皮帶機重力98kN分別由上、下游懸臂梁的前、后吊架承受，每個吊架各承受24.5kN。這個載荷以y方向集中力的形式分別施加在懸臂梁相應節點(4個吊架所在位置)上。
在卸船狀態下，懸臂梁受到結構自重、接料皮帶機重量、取料小車鉛垂方向和水平方向載荷的聯合作用。為了分析各種載荷對懸臂梁應力和變形的影響，在取料小車靜止地位于工作位置、只有水平載荷、卸船工作三種狀態下，分別對懸臂梁的應力和變形進行了計算。三種狀態的計算模型中，單元類型、單元劃分、約束條件完全相同，只是載荷不一樣。
從表1中可知，對懸臂梁本體應力和水平方向變形影響最大的因素是水平方向載荷。隨著卸船作業率提高，駁船對料斗產生的水平方向載荷增加，該載荷通過取料小車車輪作用于懸臂梁，使懸臂梁的應力和水平方向變形增大。而鉛垂方向載荷對懸臂梁本體應力影響不大。從圖2、圖3可知，由于水平載荷指向上游方向，因此上游懸臂梁主腹板與上蓋板聯接處主要受拉應力，最大拉應力為81.2MPa；下游懸臂梁輔助腹板與上蓋板聯接處主要受拉應力，最大拉應力為85.6MPa；上游懸臂梁上蓋板內側邊緣所受拉應力最大，為116.2MPa。懸臂梁結構主要由材料為Q235A的鋼板焊接而成。
由有限元計算可知，應力最大部位處為上游懸臂梁上蓋板內側邊緣，其值為116.2MPa，結合上式算得的值為131.9MPa，仍遠小于Q235A的疲勞極限；焊縫最大應力部位是下游懸臂梁輔助腹板與上蓋板聯接處的焊縫，最大主應力達85.6MPa，通過上式計算后知，該處焊縫的最大主應力為103.3MPa，已超過焊縫的疲勞極限。所以該處是整個結構的薄弱環節。
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