設(shè)計(jì)與計(jì)算CFHI TECHNOLOGY10.396/j.ssn.1673- 3355.2015.05.002氣化爐殼體翻轉(zhuǎn)輔具結(jié)構(gòu)分析計(jì)算孔小東'摘要:以氣化爐在廠內(nèi)制造中翻轉(zhuǎn)吊裝為研究對象，設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)輔具，并對翻轉(zhuǎn)輔具的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行有限元分析，確保設(shè)備翻轉(zhuǎn)吊裝過程中的安全性，解決大型容器在廠房翻轉(zhuǎn)吊裝的困難。關(guān)鍵詞:氣化爐殼體;翻轉(zhuǎn)輔具;強(qiáng)度分析中圖分類號: TCHII4 文獻(xiàn)標(biāo)識碼: A文章編號: 1673-3355 (2015) 05-0002-03Structural Analysis and Calculation on Turning Tool for Gasifier Shells Kong XiaodongAbstract: A turming tool has been designed for the handling of gasifiers during manufacture in shop. Finite element analysisto the structure of the turning tool ensures the safety in order to overcome the difculty of turning and lifting large vessels inshop.Key words: gassifer shell; turning tool; strength analysis氣化爐殼體組件:高18.035 m、直徑03.52翻轉(zhuǎn)過程中的受力情況，特別是最大變形量、剪切m、重量164582kg。其內(nèi)構(gòu)件要在制造廠試裝,應(yīng)力和壓應(yīng)力的最大值及綜合應(yīng)力最大值的分布區(qū)需要將殼體直立并落放在地坑內(nèi)以進(jìn)行后序的安裝域。對此，筆者用Solidwork2012為翻轉(zhuǎn)輔具建模,工作。由于廠房天車受自身結(jié)構(gòu)和最大起升高度限用ANSYS Workbench14分析翻轉(zhuǎn)輔具在翻轉(zhuǎn)中受制，再加上氣化爐殼體重量和表面零部件的干涉,力狀況，找出最大變形部位和應(yīng)力分布區(qū)域，各應(yīng)在廠房內(nèi)無法實(shí)現(xiàn)翻轉(zhuǎn)直立;而采用大型汽車吊，變值，從而為氣化爐殼體翻轉(zhuǎn)方案和翻轉(zhuǎn)輔具給出吊裝費(fèi)用一次就得5萬元左右，氣化爐共4臺，每較為全面的安全性評價(jià)。-臺需要從平放到直立再到平放兩次翻轉(zhuǎn)，該項(xiàng)目翻轉(zhuǎn)結(jié)束就得40萬左右，費(fèi)用太高。通過對該項(xiàng)2氣化爐殼體翻轉(zhuǎn)輔具結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)目生產(chǎn)制造過程的了解，并對本廠-天車起吊能力的2.1 翻轉(zhuǎn)輔具設(shè)計(jì)評估，經(jīng)過反復(fù)研究和修改，最終設(shè)計(jì)出天車用氣化爐殼體翻轉(zhuǎn)輔具，并根據(jù)所制定氣化爐殼體翻轉(zhuǎn)翻轉(zhuǎn)輔設(shè)計(jì)為結(jié)構(gòu)件，通過鋼板下料、取形、方案，對翻轉(zhuǎn)輔具結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度校核。最終，安焊接組合后加工而形成一個(gè)整體。 翻轉(zhuǎn)輔具具有弧全、高效地完成了氣化爐殼體的翻轉(zhuǎn)工作，現(xiàn)在已形結(jié)構(gòu)，把合到氣化爐進(jìn)出料口的法蘭表面，借助將該輔具用到其它容器的吊裝翻轉(zhuǎn)生產(chǎn)過程中。400t翻轉(zhuǎn)吊梁,實(shí)現(xiàn)氣化爐殼體從平放到直立的正、反方向翻轉(zhuǎn)。1翻轉(zhuǎn)輔具設(shè)計(jì)及計(jì)算重點(diǎn)翻轉(zhuǎn)輔具主要組成部份:弧形板、主板、支撐板、支撐圈、支撐弧板;支撐圈主要用來定位和承氣化爐殼體翻轉(zhuǎn)是通過高跨22m400t天車和載翻轉(zhuǎn)過程中產(chǎn)生的剪切應(yīng)力:支撐弧板是翻轉(zhuǎn)輔專用400t翻轉(zhuǎn)吊梁及翻轉(zhuǎn)輔具實(shí)現(xiàn)90°翻轉(zhuǎn)。由具的重要零件，負(fù)責(zé)承擔(dān)容器的全部重量,并通過于氣化爐殼體較重，在翻轉(zhuǎn)過程中翻轉(zhuǎn)輔具各部位弧形板起到翻轉(zhuǎn)作用。主板和支撐板用于對翻轉(zhuǎn)輔受力變化很大，而采用手工計(jì)算不能得到各部位在中國煤化工1.中國第一重型機(jī)械股份公司核電石化事業(yè)部工程師，遼寧大連116113MHCNM HG2015年第5期(總167期) _5rz.s@chi.comCFHI一重技術(shù)設(shè)計(jì)與計(jì)算具的連接、定形和輔助支撐，使輔具能承載點(diǎn)融合，確保幾何模型中有共享的邊，這個(gè)功能加180 000 kg以內(nèi)的超大噸位容器，且不會(huì)產(chǎn)生變強(qiáng)了對大型殼模型劃分網(wǎng)格的穩(wěn)定性和效率。筆者形;針對各零件的不同作用而選用不同材料的目地利用ANSYS Workbench14 網(wǎng)格劃分的亮點(diǎn)之一，既是為了節(jié)約成本，同時(shí)也是為了提高結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度多域法(MuliZone) 對翻轉(zhuǎn)輔具分多個(gè)面進(jìn)行多域和穩(wěn)定性，保證在翻轉(zhuǎn)過程中，翻轉(zhuǎn)輔具各部件不掃掠，共劃分了202907個(gè)節(jié)點(diǎn)，185 095個(gè)單元，會(huì)發(fā)生屈服、變形或斷裂(見圖1)。單元邊長10mm，最終生成高質(zhì)量的六面體網(wǎng)格。3.2受力分析， 施加載荷與位移約束載荷與位移約束決定了模擬工況與實(shí)際工況的近似程度。正確地施加載荷與位移約束是得到正確計(jì)算結(jié)果的前提條件,也是結(jié)構(gòu)分析技術(shù)應(yīng)用到工程領(lǐng)域中的一個(gè) 關(guān)鍵環(huán)節(jié)。(1) 不同狀態(tài)下的受力分析首先對氣化爐殼體在正、反90°翻轉(zhuǎn)過程中的1-弧形板; 2- 主板; 3-支撐板; 4-支撐圈; 5-支撐弧板。狀態(tài)進(jìn)行受力分析，找出翻轉(zhuǎn)輔具受最大載荷和最圖1翻轉(zhuǎn)輔具模型大應(yīng)力、剪切應(yīng)力時(shí)所處的翻轉(zhuǎn)位置和結(jié)構(gòu)部位。2.2翻轉(zhuǎn)輔具的優(yōu)點(diǎn)在直立時(shí)(見圖2)，400t天車副鉤下降的最通過采用翻轉(zhuǎn)輔具，解決了超重、超高、超大初瞬間，翻轉(zhuǎn)輔具受到氣化爐殼體垂直向下的重直徑壓力容器整體翻轉(zhuǎn)的難題，在翻轉(zhuǎn)過程中能保力，翻轉(zhuǎn)輔具與地面的接觸面積也非常小，這時(shí)翻證容器表面的零件不產(chǎn)生損壞，同時(shí)克服了場地的轉(zhuǎn)輔具所受到的氣化爐殼體的全部重力作用，對翻限制。吊裝更加規(guī)范，安全性高，可操作性強(qiáng)。翻轉(zhuǎn)輔具結(jié)構(gòu)的破壞性應(yīng)最大。而在翻轉(zhuǎn)過程中，為轉(zhuǎn)輔具設(shè)計(jì)的支撐圈可以防止螺栓在翻轉(zhuǎn)過程中受了保證連接螺栓不受剪切力,在設(shè)計(jì)翻轉(zhuǎn)輔具時(shí)增到剪切應(yīng)力，并起到定位的作用。通過螺栓將翻轉(zhuǎn)加了支撐圈，以起到定位作用和承擔(dān)翻轉(zhuǎn)時(shí)產(chǎn)生的輔具與氣化爐殼體連接，防止在起吊和翻轉(zhuǎn)過程中剪切力。在翻轉(zhuǎn)過程中氣化爐殼體的重量主要由輔具發(fā)生脫落和滑移;配合專用400t吊梁，杜絕400t翻轉(zhuǎn)吊梁和翻轉(zhuǎn)輔具的支撐弧形部分承擔(dān)，了鋼絲繩對容器的勒傷，使整個(gè)翻轉(zhuǎn)中鋼絲繩在吊只有在接近90°設(shè)置時(shí)，支撐圈所受到的力最大，梁的滑輪內(nèi)自由轉(zhuǎn)運(yùn)，避免鋼絲繩的磨損。通過天承擔(dān)殼體-半的重量。我們針對這兩種受力狀態(tài)，車升降和小車運(yùn)行，實(shí)現(xiàn)壓力容器的正、反方向?qū)ΨD(zhuǎn)輔具的結(jié)構(gòu)進(jìn)行強(qiáng)度分析。分別是翻轉(zhuǎn)前的90°翻轉(zhuǎn)和直立、臥放，安全方便、操作快捷。瞬間和接近90°時(shí)翻轉(zhuǎn)輔具所受的各項(xiàng)應(yīng)力，并建立載荷與位移約束。3對翻轉(zhuǎn)輔具結(jié)構(gòu)分析3.1建模及 網(wǎng)格劃分利用SolidWorks12對翻轉(zhuǎn)輔具建模，在進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析時(shí)，- - 方面要全面準(zhǔn)確地描述模型，另一方面也要兼顧計(jì)算效率。因此，在建模時(shí)忽略不影響強(qiáng)度的細(xì)節(jié)，進(jìn)行適當(dāng)?shù)牡刃?，將用于翻轉(zhuǎn)輔具本體起吊的四個(gè)吊耳去除，對模型進(jìn)行簡化處理。若在結(jié)構(gòu)分析過程中，發(fā)現(xiàn)等效簡化不合理的情況，將遵循以下原則進(jìn)行適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)調(diào)整:①嚴(yán)格遵循原設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu);②真實(shí)反映應(yīng)力分布特征。建模后將模型導(dǎo)人ANSYS Workbench14中進(jìn)行網(wǎng)格劃分。ANSYS Workbench14的網(wǎng)格連接新中國煤化工增加了允許用戶不改變幾何形狀就可以把相鄰的節(jié)YHCNMHG62015167期)CFHI設(shè)計(jì)與計(jì)算CFHI TECHNOLOGY(2) 最大載荷時(shí)的邊界條件結(jié)構(gòu)分析，得到翻轉(zhuǎn)輔具在不同狀態(tài)時(shí)各部位置的翻轉(zhuǎn)輔具處于圖2狀態(tài)時(shí)所受力最大，由此得變形量及變形方向，以及所受到各應(yīng)力值的大小，模型的載荷及位移邊界條件(見圖3)。 設(shè)弧形板從而對設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，確保系統(tǒng)的剛度。與地面接觸部位的100mm寬度處采用固定約束,經(jīng)計(jì)算，翻轉(zhuǎn)輔具在最大載荷狀態(tài)時(shí)，位移最對翻轉(zhuǎn)輔具的主板與氣化爐殼體連接面施加1.8x大值: 0.547 69 mm，所受到的綜合應(yīng)力最大值:10°N力，此時(shí)的約束、載荷與實(shí)際工作狀態(tài)相符201.92 MPa。在翻轉(zhuǎn)到90°時(shí)，綜合應(yīng)力最大值:合,也是翻轉(zhuǎn)輔具承載最大時(shí)的受力狀態(tài)。V圖5翻轉(zhuǎn)輔具最大載荷時(shí)應(yīng)力云圖圖3翻轉(zhuǎn)輔具 最大載荷時(shí)邊界條件AN(3) 翻轉(zhuǎn)輔具90°時(shí)的邊界條件氣化爐殼體翻轉(zhuǎn)到90°時(shí),翻轉(zhuǎn)輔具所受載荷是通過支撐圈傳導(dǎo)到翻轉(zhuǎn)輔具弧形板和支架上面，結(jié)構(gòu)最薄弱處也正是支撐圈(見圖4)。下圖6翻轉(zhuǎn)輔具90°時(shí)應(yīng)力云圖190.64 MPa (見圖5、圖6)。最終得到的安全系數(shù): [σ ]=O-=1.7。結(jié)論:翻轉(zhuǎn)輔具在受到最大載荷時(shí)有1.7 倍的安全系數(shù)，由于實(shí)際氣化爐殼體理論值是凈重圖4翻轉(zhuǎn)輔具 90°時(shí)邊界條件氣化爐殼體在翻轉(zhuǎn)到90時(shí)，它一半重量作用164 582 kg,所以翻轉(zhuǎn)輔具能夠完成翻轉(zhuǎn)操作。在翻轉(zhuǎn)輔具的支撐圈上,并傳導(dǎo)到弧形板和支撐弧4結(jié)語板及主板上，本文對該狀態(tài)進(jìn)行受力分析，并施加載荷和位移約束，在支撐圈外圓與氣化爐進(jìn)出料口通過上述結(jié)構(gòu)分析、強(qiáng)度計(jì)算，判定翻轉(zhuǎn)輔具的法蘭內(nèi)臂接觸300mm寬的面.上施加9.0x10*N的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度、剛度通過效核，可以應(yīng)用到實(shí)力，對弧形板最外端300 mm寬處進(jìn)行約束，經(jīng)過際工作中。計(jì)算得到翻轉(zhuǎn)輔具在90°時(shí)的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度、剛度的計(jì)由于該氣化爐殼體翻轉(zhuǎn)輔具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)緊湊，操算結(jié)果。作方便，安全性高，適合用于大型容器的翻轉(zhuǎn)操3.3結(jié)論分析作，而且材料結(jié)構(gòu)選用合理，有效降低成本。因翻轉(zhuǎn)輔具屬于結(jié)構(gòu)件，設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)保證剛度、強(qiáng)此，該方案可以用于其它類似產(chǎn)品的翻轉(zhuǎn)輔具設(shè)度和穩(wěn)定性的基礎(chǔ)上還要求重量輕，成本低，翻轉(zhuǎn)計(jì)。而采用ANSYS Workbench14結(jié)構(gòu)分析和手工無卡阻。在過去的設(shè)計(jì)中，只能計(jì)算強(qiáng)度有足夠的驗(yàn)算相結(jié)合，提高材料選用的安全性，使設(shè)計(jì)者能冗余即可，而剛度這個(gè)關(guān)系到系統(tǒng)能否正常工作的更好地了解輔具設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)各項(xiàng)應(yīng)力的分布區(qū)域、位關(guān)鍵指標(biāo)卻往往被忽視。通過ANSYS Workbench14移矢量，合理確定結(jié)構(gòu)和選材方案。收稿日期: 2015-09-18中國煤化工MHCNMH G2015年第5期(總167期) _7rz.s@chi.comCFHI