55米捣固装煤车载荷及其作用效应试验总体专项方案研究应用.doc

5.5米捣固装煤车载荷及其作用效应实验总体方案研究

0引言
近年来随着焦炭需求量急剧增长，促使炼焦设备向大型化发展.捣固装煤车是炼焦行业最重要设备之一[1]，其功能重要有二，一是通过捣固作用将已粉碎成散体状煤粉形成一定密实度煤饼，称捣固工况；二是将煤饼推动炼焦炭化室内，称装煤工况。当前关于捣固装煤车载荷研究资料还不多，缺少必要载荷数据，设备自重越来越大，譬如某5.5米捣固装煤推焦一体车自重达740余吨，捣固装煤单体车自重也达400余吨，这会增长公司生产与使用成本，不利于捣固焦炉机械大型化发展.
本文目是探讨研究现场测试技术与方案，实当前不影响捣固装煤车正常生产状况下，完毕捣固装煤车在工作过程中所承受载荷以及在载荷作用下构造产生应力与变形等各种测试任务，以期获得用于构造分析计算载荷模型。
捣固工况下，捣固锤冲击载荷是积极载荷，捣固锤捣固煤槽中煤饼对煤槽底板产生垂向压力，煤饼对煤槽侧壁板产生横向压力。垂向压力通过装煤底板直接传递于捣固装煤车主梁上，横向压力则是通过四连杆机构传递到支撑桁架上，再传递到捣固装煤车主钢构造上。
装煤工况时动力来

依照对捣固工况、装煤工况分析，

捣固装煤车
为研究对象，在捣固装煤车煤槽内侧壁不同高度上，同步布置各种压力传感器，直接采集捣固工况中煤饼对侧壁压力，获取测点压力曲线.通过不同测点压力值比较分析，研究侧壁压力分布与变化规律，提出用于构造设计计算侧壁压力分布模型.同步在煤槽壁构造外侧进行应力、位移等项目测试，以便验证煤槽内壁压力实验数值可靠性及侧壁压力分布模型合理性.依照提出压力分布模型及实验记录分析数据，采用ANSYS有限元软件对煤槽侧壁构造应力及变形分析计算，有限元分析成果与相应测点位置应力、变形实测数值进行比较，绘制了捣固过程中三层支撑铰耳反力变化曲线，趋势一致数值吻合良好，表白侧壁压力分布模型合理、测试数据可靠，实验成果可用于捣固装煤车构造分析及其优化设计.

1捣固装煤车概况

本文研究5.5米捣固装煤车为单体车，横向宽度13m，纵向轮距12m，总长24.3m，轨上总高度11m，走行部上构造高度约9.5m，车体自重约400t.捣固装煤车煤槽内壁净尺寸高5.5m，宽为0.45m，长约16m.煤槽由5某些构成，即两侧壁构造、底板、前挡板、后挡板.侧壁构造由前面板与型钢加强骨架构成，通过背面设立铰耳经40个四连杆机构同步与10个支撑桁架相连，支撑桁架根部焊接于主钢构造.在装煤工况中，后挡板与底板一起跟随煤饼前行，待煤饼被送入炭化室，抽底板时后挡板起到制止作用，图1为5.5米捣固装煤车煤槽及支撑桁架构造示意图.

应变片布置：①铰耳②连杆③面板与骨架型钢
图15.5米捣固装煤车煤槽及支撑桁架与测试点位置示意图
Fig.1Thestampingboxandsupporttrussof5.5mstampingchargingmachineandtestpointlocation

捣固装置为8台捣固机，每台捣固机设有3个捣固锤，共有24个捣固锤，沿煤槽纵向（长度方向）均匀排列，单锤自重为450kg.
捣固工作过程中给料机持续向煤槽中注煤，捣固机提锤高度为400mm，单锤落锤为70次/min，生产一种煤饼时间约7-8min，单个煤饼重量约45t.

2实验方案

2.1实验基本思路
测定散粒物料对器具或设施构造侧壁压力，普通采用间接测试法或直接测试法.间接测试法是在构造外侧，通过测定构造自身应变，然后依照应变反演推算出散粒物料对构造压力.由于捣固装煤车煤槽侧壁构造与支撑状态复杂，反演计算精度难以保证，煤槽内壁压力测试不适当采用间接法.
由于捣固装煤车煤槽构造与设备工作特点决定了虽然采用直接测量法，也不能像测试筒仓内散体侧压力[2]那样，直接将传感器固定于侧壁构造测定壁压.由于煤槽壁内空间狭长高深，四周封闭，除设备大型检修间歇期间，人员无法进入煤槽内将传感器固定在侧壁上；捣固锤外缘与煤槽壁板间隙约20mm，捣固锤在提高、下落行程中不断摆动，也许砸掉传感器或砸断导线，使实验无法完毕；装煤工况中，后挡板跟随煤饼推动，会刮掉黏贴于侧壁板上煤团，这也会刮掉固定于侧壁板上压力传感器.
人员无法进入煤槽内，现场实验各项操作只能在煤槽顶部平台上完毕.为理解决传感器定位与固定问题，经重复研究最后设计一种专用构造构件，实现传感器定位精确、就位快捷以便、保护传感器和导线免遭捣固锤碰撞，捣固工况结束后可顺利将传感器从煤槽中取出，可测试任一锤位侧壁压力，传感器可多次使用.现场实验应用效果好，采集数据稳定，不影响正常生产.
在侧壁构造外侧测试构造应变与位移，以便进行互相校验.
2.2传感器选取
①外形尺寸：用于测试煤槽侧壁压力传感器厚度应严格控制在10-15mm以内，直径选50-70mm.
②量程：依照模仿实验和预实验拟定，侧壁压力传感器量程为0.1-0.2MPa、底板用传感器量程为0.5MPa为宜，若量程过大则影响采集数据精度.
③采样频率：依照采样定理，采样频率必要不不大于信号最高频率2倍以上，实际实验中采样频率普通取信号最高频率3-4倍[3].经推算捣固过程中落锤产生冲击力频率为40Hz左右，故采样频率拟定为150-200Hz.
综合考虑选用应变式土压力传感器，可配备自动平衡式数字应变仪，用于动态压力测试.
2.3测点位置
为研究煤槽侧壁压力分布规律，在煤槽内壁板表面沿高度方向上等间距布置10个传感器，高差为0.5m，最低位距煤槽底板高度为0.25m，最高位达4.75m，从上至下依次将传感器编号为1-10号，见图1.侧壁纵向分别选取4、5、6、8号等4个锤位相应侧壁截面.
在煤槽底板上不同锤位相应正下方位置，布置传感器用于测试煤饼对底板压力.

1.捣固载荷测试
捣固锤压力
捣固锤颈应力
2.捣固煤槽压力测试
底板压力
侧壁压力
3.四杆机构支撑力测试
支撑铰耳反力
连杆压力
4.构造应变测试
侧壁板及侧壁骨架应变
支撑桁架应变
主钢构造应变
5.装煤载荷测试
驱动轴扭矩
链条张力
6.构造位移测试
7.构造动态测试

1、意义：
捣固过程中产生荷载是构造积极荷载，其大小、特性直接影响煤饼成型质量与构造受力状态。
难点：
1、传感器固定、导线连接；
2、冲击荷载量程、采样频率。

n 2意义：
捣固过程中，煤饼对煤槽底板、煤饼对煤槽侧壁板压力值直接影响构造应力水平，决定构造尺寸。
n 难点：
1、压力传感器定位与固定、导线引出；
2、高温状态下，信号稳定性；
3、传感器量程与采样频率。

5.1驱动轴扭矩

目：驱动轴扭矩——电机选型，拟定推动、抽取底板力，获取推煤及抽底板全过程链轮轴扭矩变化规律，反求底板所受摩擦力变化规律，通过后续数据解决得到煤与底板、底板与摩擦片、底板与耐火砖三个摩擦系数。
驱动轴扭矩公式为

链条张力
目：直接测试链条拉力，获取抽底板全过程底板所受摩擦力变化规律，与驱动轴扭矩测试互相对照
六、构造位移测试
目：
炼焦工艺对煤饼形状规定严格，测试侧壁构造工字钢和槽钢与桁架相对位移，理解煤饼变形量

构造位移测点位置
构造动态测试
n 目：测试振动频率，理解振动特性，为减振降噪、避免共振进行前期研究。
n 测试：侧壁构造、支撑桁架、大梁中跨、悬挑梁、走行两上/下、主钢构造、减速机、等11种重要构造位置，进行动态测试。
n 仪器：加速度传感器、
DHDAS动态信号采集分析系统Setup