2024年4月2日发(作者：开映雪)
ｌ 匐 出
ＰＬ３５０／５０型门式耙料机耙臂故障分析与改进
Ｆａｕｌｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｔｏ ｒａｋｅ ａｒｍ ｏｆ ｔｈｅ ＰＬ３５０／５０ ｄｏｏｒｓ
ｔｙｐｅ ｐｏｒｔａＩ ｒｅｃｌａｉｍｅｒ
傅菁菁，陈娟，施昱
ＦＵ Ｊｉｎｇ－ｊｉｎｇ．ＣＨＥＮ Ｊｕａｎ。ＳＨＩ Ｙｕ
（常州大学，常州２１３０１６）
摘 要：ＰＬ３５０／５０型门式耙料机耙臂安装后，因其最大应力远远超过材料的屈服极限而失效变形，影
响耙料机安全运行。运用ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件对耙臂进行分析改进。在Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ中建
立耙臂钢结构件的模型，导人ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中进行求解，得到耙臂钢结构应力应变云
图。在不改变耙臂结构尺寸的基础上，通过改变支撑位置和数量，将耙臂应力控制在许用范
围内，消除耙臂故障。
关键词：耙料机耙臂；有限元分析；钢结构；ＡＮＳＹＳ／Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ
中图分类号：ＴＤ４０３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１ ００９
Ｄｏｉ：１ ０．３９６Ｓｌ／Ｊ．ｉｓｓｎ．１ ００９－０１ ３４．２０１ ３．０９（下）．３８
０引言
门式耙料机是大型自动化设备，其自动化程
控制钢丝绳收缩，从而控制其升降 ＇４】。如图１所
示。
度高，安全措施完善，工作效率高，是散装库内
使用比较理想的运输设备，主要用于大型尿素工
各大化肥厂和大型玻璃行业产品或原料大多
采取间断包装或进料，一座几万吨容量的尿素散
业、玻璃工业的散料仓库的包装运输 。某公司制
造的ＰＬ３５０／５０型（跨度：５０ｍ，耙取能力：３５０ｔ／
ｈ）门式耙料机在安装时，发现耙臂钢结构变形，
进而影响耙料机安全运行。
装仓库，无条件包装时，由卸料机均匀将尿素洒
在散装仓库中，当需要包装时，由耙料机的副耙
将自己一侧的尿素推到主耙机一侧，主耙机构则
将尿素均匀的耙到输送皮带上，输送到包装机进
行产品包装 。
为解决耙臂钢结构最大应力远远超过材料
ｑ２３ ５的屈服极限而失效变形问题，首先建立
其结构模型，进行有限元计算分析。ＡＮＳＹＳ
Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件常被用来进行静力结构分析以
及优化分析。由于模型比较复杂，本课题运用
ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软件建立耙料机耙臂模型口Ｉ３】，在ＡＮＳＹＳ
Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中对耙臂进行静力结构分析，找出耙臂
应力最大及最危险的地方，对耙臂的结构进行改
进，使耙臂能够安全运行。
１．门架；２届Ⅱ耙臂；３．主耙臂；４．副移动机构
５．主移动机构；６．旋转臂：７ 主耙臂牵引器
图ｌ耙料机结构示意图
１耙臂模型的建立
ＰＬ３５０／５０型门式耙料机主要由机械传动系
统、钢构件和控制系统三大部分组成，其中机械
传动系统部分由主、副耙升降机构，耙臂机构，
连臂机构，行走机构等组成；钢构件部分由门架
及耙臂组成。耙臂结构主要由桁架、耙链、耙
齿、张紧装置、悬吊装置等组成，耙臂一端通过
图２耙料机耙臂结构
耙臂桁架应用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软件建立三维模型，
耙臂桁架结构较复杂，建模时进行一些必要的简
化，如：简化零件中螺栓孔、倒圆角等一些微小
特征，并且认为在焊接位置材料没有裂纹，直接填
充间隙，计算模型中不考虑比较小的力的影响 】。
通过Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ建立的简化模型如图２所示。
绞支连结安装在主耙驱动轴的两个滑动支承轴承
上，另一端则通过钢丝绳悬吊，并用电动卷扬机
收稿日期：２０１３－０５－２３
作者简介：傅菁菁（１９８９一），女，江苏扬州人，硕士研究生，研究方向为机械设计及优化。
第３５卷第９期２０１３－０９（下） ［１２７］
洗法一般是采用硝酸等强性物质，用以析出贵金
属。机械处理法一般是采用物理粉碎方式，得到
参考文献：
【１】胡永利，孙艳丰，尹宝才．物联网信息感知与交互技术［Ｊ］．
计算机学报，２０１２，３５（６）：１ １４７—１ １６３．
【２】唐燕，李健，张吉辉．面向再制造的闭环供应链云制造服务
粉末。然后对粉末进行分选，提纯金属，分选出
玻璃和塑料颗粒将继续利用，对于不可再重复利
用的颗粒物，将进行压缩填埋。
平台设计【Ｊ】．计算机集成制造系统，２０１２，１８（７）：１５５４—１５６２．
【３】张明静，王清华，莫欣农，等．产品全生命周期管理效益评
价方法『Ｊ】．计算机集成制造系统，２０１ｌ，１７（２）：３６２—３６８．
【４】李浩，纪杨建，祁国宁．面向全生命周期的复杂装备ＭＲＯ集
成模型［ＪＪ．计算机集成制造系统，２０１０，１６（１０）：２０６４－２０７２．
［５】但斌，毛迎迎，徐广业．基于ＲＦＩＤ技术的易逝品供应链库
存协调【Ｊ】．计算机集成制造系统，２０１２，１８（１０）：２２８０．２２８６．
［６】贺超，庄玉良，王文宾．基于闭环供应链的再制造管理体系
探讨［Ｊ］．技术经济与管理研究，２０１２，（１ １）：５４—５７．
［７】李伯虎，张霖，任磊，等．云制造典型特征、关键技术与应
５应用
建立一个电子产品全生命周期的完整闭环供
应链，能够覆盖从制造到供应再到消费后的回收
的整个阶段。将基于ＲＦＩＤ的物联网技术融入闭环
供应链管理整个过程，构建出三层结构模型：制
造、供应和回收，在此基础上，已经研究开发出
套通用的基于ＲＦＩＤ技术的电子产品全生命周期
一
物联平台。这套平台已经在武汉等城市的电子产
品工厂、物流行业和少部分回收企业推广使用，
目前使用效果良好。通过这些企业的使用，初步
验证了基于ＲＦＩＤ的电子产品全生命周期闭环供应
链物联模型的可行性和有效性。物联网是未来网
络的发展方向 引。中国是世界上第一制造大国、
第一物流大国、第一消费大国。借助于物联网技术
大力发展制造业、物流供应业和消费回收业，是建
设环境友好型和资源节约型社会的必然要求。
用［Ｊ】．计算机集成制造系统，２０１２，１８（７）：１３４５—１３５６．
［８】倪霖，钟辉，段超．汽车制造生产线上ＲＦＩＤ应用模式研究
ｆＪ］．计算机工程，２０１２，３８（４）：２２４—２２６．
【９】李玉民．基于ＲＦＩＤ的曲轴再制造逆向物流信息系统架构
分析【Ｊ】＿物流技术，２０１２，３１（９）：３８４—３８６．
［１Ｏ］李敏波，金祖旭，陈晨．射频识别在物品跟踪与追溯系统中
的应用［ＪＪ．计算机集成制造系统，２０１０，１６（１）：２０２．２０８．
［１ｌ】阳成虎，刘海波，卞珊珊．再制造系统中废旧产品回收策略
【Ｊ】．计算机集成制造系统，２０１２，１８（４）：８７５—８８０．
【ｌ２】刘建华，童维勤．ＲＦＩＤ系统中面向服务的动态资源配置
优化机制『Ｊ】．通信学报，２０１２，３３（８）：９３—１０５．
． 岛● ．妇出 盘‘ 盘・ 蠡Ｉ 重‘ 盘‘ 重‘ 生Ｉ 矗● 矗‘ 蠡‘ 矗● 蠡‘ 蠡‘｛禹Ｉ 矗‘｛矗‘ 岛Ｉ ｊ蠡‘．
【上接第１２８页】
在设计中，可以在２支点处用１根钢丝绳相连接，
并在与门架连接处增设滑轮，使钢丝绳穿过滑
轮，保证２支点同时受力。如图１０所示。
参考文献：
【１】蒋矩乐，韩芹．ＰＬ２４０／４８型门式耙料机主耙驱动轴损坏原
因分析［Ｊ］．河南：中原化肥厂，１９９７，８，
【２】刘明，杨晓晋．Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ２０１１快速入门与应用【Ｍ】．北京：
电子工业出版社，２０１ １：６７—６８．
【３】陈天富．门式耙料机维护方式探讨［Ｄ】．重庆：重庆建峰化
工股份有限公司，２０１０．
【４】沈庆杰．基于ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ的重型板式给料机结构静力
学与模态分析【Ｊ】．大连：大连理工大学研究生院网络学
刊，２０１２，０６．
图１０改进后的耙臂示意图
［５】蒲广益．ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ １２基础教程与实例详解［Ｍ】．
北京：中国水利水电出版社，２０１０．
［６谢志江 玉，６］李诚．基于ＡＮＳＹＳ ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ的搬运机械手
结构优化设计［Ｊ１．机械与电子，２０１０（１）．
【７１刘鸿文．材料力学【Ｍ】．北京：高等教育出版
社，２００４：１５９．１６４．
【８］ＳＡｅｅｄ Ｍｏａｖｅｎｉ（ＵＳＡ）Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｔｈｅｏｒｙ
ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｌ１ ＡＮＳＹＳ．Ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ
ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ．２Ｏ０３，０６．
７结论
基于有限元对耙料机耙臂进行静力结构分
析，找出耙臂应力最大的地方及最危险的地方，
对耙臂结构进行改进，通过增加耙臂的悬吊支
点，减小了桁架悬臂长度，从而在不改变桁架尺
寸的基础上，大大改善了桁架的力学性能，使耙
臂应力应变控制在许用范围之内，从而耙臂满足
耙料机工作状况。
［１３６１ 第３５卷第９期２０１３－０９（下）
【９】Ｍｏａｖｅｎｉ，Ｓａｅｅｄ．Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ：ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｈ ＡＮＳＹＳ．Ｕｐｐｅｒ ｔＳａｄｄｌｅ Ｒｉｖｅｒ，Ｎ．Ｊ．Ｐｅａｒｓｏｎ
Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，２００３．
2024年4月2日发(作者：开映雪)
ｌ 匐 出
ＰＬ３５０／５０型门式耙料机耙臂故障分析与改进
Ｆａｕｌｔ ａｎａｌｙｓｉｓ ａｎｄ ｉｍｐｒｏｖｅｍｅｎｔ ｔｏ ｒａｋｅ ａｒｍ ｏｆ ｔｈｅ ＰＬ３５０／５０ ｄｏｏｒｓ
ｔｙｐｅ ｐｏｒｔａＩ ｒｅｃｌａｉｍｅｒ
傅菁菁，陈娟，施昱
ＦＵ Ｊｉｎｇ－ｊｉｎｇ．ＣＨＥＮ Ｊｕａｎ。ＳＨＩ Ｙｕ
（常州大学，常州２１３０１６）
摘 要：ＰＬ３５０／５０型门式耙料机耙臂安装后，因其最大应力远远超过材料的屈服极限而失效变形，影
响耙料机安全运行。运用ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件对耙臂进行分析改进。在Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ中建
立耙臂钢结构件的模型，导人ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中进行求解，得到耙臂钢结构应力应变云
图。在不改变耙臂结构尺寸的基础上，通过改变支撑位置和数量，将耙臂应力控制在许用范
围内，消除耙臂故障。
关键词：耙料机耙臂；有限元分析；钢结构；ＡＮＳＹＳ／Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ
中图分类号：ＴＤ４０３ 文献标识码：Ｂ 文章编号：１ ００９
Ｄｏｉ：１ ０．３９６Ｓｌ／Ｊ．ｉｓｓｎ．１ ００９－０１ ３４．２０１ ３．０９（下）．３８
０引言
门式耙料机是大型自动化设备，其自动化程
控制钢丝绳收缩，从而控制其升降 ＇４】。如图１所
示。
度高，安全措施完善，工作效率高，是散装库内
使用比较理想的运输设备，主要用于大型尿素工
各大化肥厂和大型玻璃行业产品或原料大多
采取间断包装或进料，一座几万吨容量的尿素散
业、玻璃工业的散料仓库的包装运输 。某公司制
造的ＰＬ３５０／５０型（跨度：５０ｍ，耙取能力：３５０ｔ／
ｈ）门式耙料机在安装时，发现耙臂钢结构变形，
进而影响耙料机安全运行。
装仓库，无条件包装时，由卸料机均匀将尿素洒
在散装仓库中，当需要包装时，由耙料机的副耙
将自己一侧的尿素推到主耙机一侧，主耙机构则
将尿素均匀的耙到输送皮带上，输送到包装机进
行产品包装 。
为解决耙臂钢结构最大应力远远超过材料
ｑ２３ ５的屈服极限而失效变形问题，首先建立
其结构模型，进行有限元计算分析。ＡＮＳＹＳ
Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ软件常被用来进行静力结构分析以
及优化分析。由于模型比较复杂，本课题运用
ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软件建立耙料机耙臂模型口Ｉ３】，在ＡＮＳＹＳ
Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ中对耙臂进行静力结构分析，找出耙臂
应力最大及最危险的地方，对耙臂的结构进行改
进，使耙臂能够安全运行。
１．门架；２届Ⅱ耙臂；３．主耙臂；４．副移动机构
５．主移动机构；６．旋转臂：７ 主耙臂牵引器
图ｌ耙料机结构示意图
１耙臂模型的建立
ＰＬ３５０／５０型门式耙料机主要由机械传动系
统、钢构件和控制系统三大部分组成，其中机械
传动系统部分由主、副耙升降机构，耙臂机构，
连臂机构，行走机构等组成；钢构件部分由门架
及耙臂组成。耙臂结构主要由桁架、耙链、耙
齿、张紧装置、悬吊装置等组成，耙臂一端通过
图２耙料机耙臂结构
耙臂桁架应用Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ软件建立三维模型，
耙臂桁架结构较复杂，建模时进行一些必要的简
化，如：简化零件中螺栓孔、倒圆角等一些微小
特征，并且认为在焊接位置材料没有裂纹，直接填
充间隙，计算模型中不考虑比较小的力的影响 】。
通过Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ建立的简化模型如图２所示。
绞支连结安装在主耙驱动轴的两个滑动支承轴承
上，另一端则通过钢丝绳悬吊，并用电动卷扬机
收稿日期：２０１３－０５－２３
作者简介：傅菁菁（１９８９一），女，江苏扬州人，硕士研究生，研究方向为机械设计及优化。
第３５卷第９期２０１３－０９（下） ［１２７］
洗法一般是采用硝酸等强性物质，用以析出贵金
属。机械处理法一般是采用物理粉碎方式，得到
参考文献：
【１】胡永利，孙艳丰，尹宝才．物联网信息感知与交互技术［Ｊ］．
计算机学报，２０１２，３５（６）：１ １４７—１ １６３．
【２】唐燕，李健，张吉辉．面向再制造的闭环供应链云制造服务
粉末。然后对粉末进行分选，提纯金属，分选出
玻璃和塑料颗粒将继续利用，对于不可再重复利
用的颗粒物，将进行压缩填埋。
平台设计【Ｊ】．计算机集成制造系统，２０１２，１８（７）：１５５４—１５６２．
【３】张明静，王清华，莫欣农，等．产品全生命周期管理效益评
价方法『Ｊ】．计算机集成制造系统，２０１ｌ，１７（２）：３６２—３６８．
【４】李浩，纪杨建，祁国宁．面向全生命周期的复杂装备ＭＲＯ集
成模型［ＪＪ．计算机集成制造系统，２０１０，１６（１０）：２０６４－２０７２．
［５】但斌，毛迎迎，徐广业．基于ＲＦＩＤ技术的易逝品供应链库
存协调【Ｊ】．计算机集成制造系统，２０１２，１８（１０）：２２８０．２２８６．
［６】贺超，庄玉良，王文宾．基于闭环供应链的再制造管理体系
探讨［Ｊ］．技术经济与管理研究，２０１２，（１ １）：５４—５７．
［７】李伯虎，张霖，任磊，等．云制造典型特征、关键技术与应
５应用
建立一个电子产品全生命周期的完整闭环供
应链，能够覆盖从制造到供应再到消费后的回收
的整个阶段。将基于ＲＦＩＤ的物联网技术融入闭环
供应链管理整个过程，构建出三层结构模型：制
造、供应和回收，在此基础上，已经研究开发出
套通用的基于ＲＦＩＤ技术的电子产品全生命周期
一
物联平台。这套平台已经在武汉等城市的电子产
品工厂、物流行业和少部分回收企业推广使用，
目前使用效果良好。通过这些企业的使用，初步
验证了基于ＲＦＩＤ的电子产品全生命周期闭环供应
链物联模型的可行性和有效性。物联网是未来网
络的发展方向 引。中国是世界上第一制造大国、
第一物流大国、第一消费大国。借助于物联网技术
大力发展制造业、物流供应业和消费回收业，是建
设环境友好型和资源节约型社会的必然要求。
用［Ｊ】．计算机集成制造系统，２０１２，１８（７）：１３４５—１３５６．
［８】倪霖，钟辉，段超．汽车制造生产线上ＲＦＩＤ应用模式研究
ｆＪ］．计算机工程，２０１２，３８（４）：２２４—２２６．
【９】李玉民．基于ＲＦＩＤ的曲轴再制造逆向物流信息系统架构
分析【Ｊ】＿物流技术，２０１２，３１（９）：３８４—３８６．
［１Ｏ］李敏波，金祖旭，陈晨．射频识别在物品跟踪与追溯系统中
的应用［ＪＪ．计算机集成制造系统，２０１０，１６（１）：２０２．２０８．
［１ｌ】阳成虎，刘海波，卞珊珊．再制造系统中废旧产品回收策略
【Ｊ】．计算机集成制造系统，２０１２，１８（４）：８７５—８８０．
【ｌ２】刘建华，童维勤．ＲＦＩＤ系统中面向服务的动态资源配置
优化机制『Ｊ】．通信学报，２０１２，３３（８）：９３—１０５．
． 岛● ．妇出 盘‘ 盘・ 蠡Ｉ 重‘ 盘‘ 重‘ 生Ｉ 矗● 矗‘ 蠡‘ 矗● 蠡‘ 蠡‘｛禹Ｉ 矗‘｛矗‘ 岛Ｉ ｊ蠡‘．
【上接第１２８页】
在设计中，可以在２支点处用１根钢丝绳相连接，
并在与门架连接处增设滑轮，使钢丝绳穿过滑
轮，保证２支点同时受力。如图１０所示。
参考文献：
【１】蒋矩乐，韩芹．ＰＬ２４０／４８型门式耙料机主耙驱动轴损坏原
因分析［Ｊ］．河南：中原化肥厂，１９９７，８，
【２】刘明，杨晓晋．Ｓｏｌｉｄｗｏｒｋｓ２０１１快速入门与应用【Ｍ】．北京：
电子工业出版社，２０１ １：６７—６８．
【３】陈天富．门式耙料机维护方式探讨［Ｄ】．重庆：重庆建峰化
工股份有限公司，２０１０．
【４】沈庆杰．基于ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ的重型板式给料机结构静力
学与模态分析【Ｊ】．大连：大连理工大学研究生院网络学
刊，２０１２，０６．
图１０改进后的耙臂示意图
［５】蒲广益．ＡＮＳＹＳ Ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ １２基础教程与实例详解［Ｍ】．
北京：中国水利水电出版社，２０１０．
［６谢志江 玉，６］李诚．基于ＡＮＳＹＳ ｗｏｒｋｂｅｎｃｈ的搬运机械手
结构优化设计［Ｊ１．机械与电子，２０１０（１）．
【７１刘鸿文．材料力学【Ｍ】．北京：高等教育出版
社，２００４：１５９．１６４．
【８］ＳＡｅｅｄ Ｍｏａｖｅｎｉ（ＵＳＡ）Ｆｉｎｉｔｅ Ｅｌｅｍｅｎｔ Ａｎａｌｙｓｉｓ Ｔｈｅｏｒｙ
ａｎｄ ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｔｌ１ ＡＮＳＹＳ．Ｐｕｂｌｉｓｈｅｄ ｂｙ ａｒｒａｎｇｅｍｅｎｔ
ｗｉｔｈ ｔｈｅ ｏｒｉｇｉｎａｌ ｐｕｂｌｉｓｈｅｒ．２Ｏ０３，０６．
７结论
基于有限元对耙料机耙臂进行静力结构分
析，找出耙臂应力最大的地方及最危险的地方，
对耙臂结构进行改进，通过增加耙臂的悬吊支
点，减小了桁架悬臂长度，从而在不改变桁架尺
寸的基础上，大大改善了桁架的力学性能，使耙
臂应力应变控制在许用范围之内，从而耙臂满足
耙料机工作状况。
［１３６１ 第３５卷第９期２０１３－０９（下）
【９】Ｍｏａｖｅｎｉ，Ｓａｅｅｄ．Ｆｉｎｉｔｅ ｅｌｅｍｅｎｔ ａｎａｌｙｓｉｓ：ｔｈｅｏｒｙ ａｎｄ
ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ ｗｉｈ ＡＮＳＹＳ．Ｕｐｐｅｒ ｔＳａｄｄｌｅ Ｒｉｖｅｒ，Ｎ．Ｊ．Ｐｅａｒｓｏｎ
Ｅｄｕｃａｔｉｏｎ，２００３．