排土机环形支架焊接板材结构的设计

0 引言

    排土机是露天煤矿连续或半连续开采成套设备的一部分，主要用于排放开采过程中大量的表层剥离物。它主要包括受料臂、排料臂、上部回转机构、行走机构、平衡臂、撑杆等。

    上部回转机构是排土机的骨架，为大型钢结构，主要包括塔架和上部环形支架两部分。平衡臂依靠钢缆绳吊挂在塔架顶端的滑轮组上，平衡臂上设有电柜、配重等；排料臂依靠液压缸、撑杆和钢缆绳吊挂在塔架上，通过控制液压缸的伸缩实现排料臂的不同工作位置；受料臂的一端通过万向球铰铰接在塔架的支撑架上；塔架上布置有司机操作室、楼梯、站台等，如图1。

图1 排土机整体结构

    排土机上部回转机构、受料臂、排料臂的大部分重力都由环形支架承载，环形支架由200多块不同厚度的板材焊接而成，且排土机的工作条件恶劣、工作载荷复杂、体积庞大。因此，环形支架板材焊接时焊缝的布置对整个环形支架的强度、可靠性和稳定性有着重要的意义。

1 环形支架的结构

    环形支架由200多个不同厚度的板材焊接而成，其横截面为圆内井字形，由上、下盖板和立板焊接而成，其底部下盖板通过球珠联合式回转支承支撑在底座上（回转支承的刚度远大于环形支架的刚度），且能通过回转支承的转动来调动上部回转机构的位置；侧边焊接2个伸出的矩形支撑用于支撑塔架，塔架和环形支架近似为固结；上部设有吊杆枢轴，通过吊杆枢轴的关节轴承连接排料臂，实现排料臂的上下转动，吊杆枢轴的支撑架立板和环形支撑立板在同一竖直面内。总体高度为1.8m，直径4.25m，质量31004.9kg。

2 工况分析

    排土机总体高度24.69m，总长100m，排料臂长50m，受料臂长50m。由排土机的工作状况可知，环形支架不仅承受塔架、排料臂上的全部载荷，还承受受料臂的部分载荷。以下对非工作状况和工作状况下的结构进行受力分析。

    1)非工作状况下，作用在环形支架上的力有垂直力F_v： 塔架自重F_塔，排料臂的臂架自重F_排，受料臂自重F_受，配重臂自重F_配，楼梯和站台重力F_楼，其他部分重力F_其；水平力F_H：作用在塔架上的风力F_风塔，作用在排料臂上的风力F_风排，作用在受料臂上的风力F_风受，作用在楼梯和站台上的风力F风楼。

    2)工作状况下，除了非工作状况下的受力外，还需考虑工作风载荷，受料臂、排料臂和塔架上的物料重力，以及配重小车位置的变化。