篦冷機是水泥廠熟料燒成系統中的重要主機設備，其主要功能是對水泥熟料進行冷卻、輸送；同時為回轉窯及分解爐等提供熱空氣，是燒成系統熱回收的主要設備，同時它是一種能使物料驟冷式設備。熟料由回轉窯燒成后進入篦冷機，均勻平鋪在篦冷機上，并在篦板上鋪到一定厚度，鼓入的冷空氣，以相互垂直的方向穿過篦床上運動著的料層使熟料得以驟冷，可在短時間內將熟料由1300～1400℃驟冷到100℃以下，達到冷卻的效果。

第三代篦冷機的存在充氣梁設計加工不合理，導致堵塞；篦冷機急冷效果差，熟料出口溫度高，熱回收效率低；篦板梁變形、活動框架梁變形甚至斷裂等問題。研究者對第三代篦冷機存在的問題進行了研究。例如，通過將第三代篦冷機二段傳動改為三段傳動，取消活動充氣梁供風結構的方法優化風機配置，提高了冷風穿透能力。結果表明，改造后的出窯熟料溫度降至100℃以下，余熱發電提高30000kWh/d。

第四代篦冷機是一種熟料堆積在槽型活動充氣篦床上，隨活動篦床運動向前輸送，冷風透過料層冷卻。篦床運動形式，多列篦床同時推出，單列篦床輪流退回，形成物料有效輸送，采用步進式原理輸送效率達到80％。與三代推動篦式冷卻機的最大區別是:熟料輸送與熟料冷卻是兩個獨立的結構，互不影響，大大減少了篦板的磨損。

每列篦床相互獨立，篦床間隙由縱向密封條采用迷宮形式密封，縱向密封相互沒有接觸，控制間隙2mm，下部有托輪支撐，活動梁在托輪上做往復運動。液壓傳動的篦冷機，活動篦板推動熟料的作用力，最終作用在固定液壓缸的關節軸承銷軸座上，在液壓缸推拉力的反復作用下，帶動篦床運動。

活動篦床是第四代篦冷機的研發的難點之一。篦冷機生產運行過程中，會承載物料的壓力、冷卻風力、篦床與物料摩擦力、液壓缸推力和拉力等多個復雜作用力。多個力的作用下，活動篦床會出現不同程度的變形，甚至變形過大出現斷裂和扭曲。在多個項目現場應用中發現，出現了活動縱梁前部上翹變形或者活動縱梁后部上翹變形的情況。甚至還有現場出現連接處變形或斷裂。

針對篦冷機運行過程中的變形問題，本文以三段活動篦床三維模型為基礎，利用數值方法分析了活動篦床在不同位置施加載荷時的最大應力和最大位移。結果表明多個位置同時施加均等動力比在單個位置施加載荷以及多個位置施加非均等載荷具有更低的應力集中和變形。本文的研究可為第四代篦冷機的優化和更新提供理論基礎。

用SOLIDWORKS對第四代篦冷機活動篦床進行建模，并將其導人到商用有限元軟件ABAQUS中進行數值計算。第四代篦冷機活動篦床的網格畫分如圖1(a)所示。

圖1 第四代篦冷機活動篦床

本文采用的是10節點的二次四面體C3D10單元，對于一個獨立的活動篦床，劃分的總網格數為1069355，總節點為1934461。在數值計算中所使用的模型材料的彈性模量為206GPa，泊松比為0.3。數值模型中活動篦床的約束和載荷如圖1(b)所示。

在活動篦床的上部施加0.05707MPa的均布壓力代替石子的壓力。并在其頂部施加0.028535MPa的均勻剪切代替活動篦床與石子之間的摩擦。在活動篦床的滾動托輪處限制其在y方向的位移，x與z方向可自由位移。每組活動篦床有3個活動梁液壓缸支座。在數值模型中作用在3個活動梁液壓缸支座上的力分別為P₁、P₂以及P₃。作用在3個活動梁液壓缸支座上的合力為14925N，即:

P₁+P₂+P₃=14925N(1)

在本文中，我們將合力分為3份，并對P₁:P₂:P₃的值為3:0:0，0:3:0，0:0:3，2:1:0，2:0:1，0:2:1，1:2:0，1:0:2，0:1:2，1.5:1.5:0，1.5:0:1.5，0:1.5:1.5以及1:1:1共13種情況下活動篦床的應力及位移進行分析。

3.1 載荷變化對活動篦床受力影響

圖2給出了上述13種載荷下篦床的最大應力。在比較中我們將載荷形式分為4種，第一種，所有載荷作用于1個液壓缸驅動底座，共三種情況；第二種，載荷作用于2個液壓缸驅動底座，且兩個載荷的比值為2:1，共六種情況；第三種，載荷作用于2個液壓缸驅動底座，且兩個載荷的比值為1.5:1.5，共三種情況；第四種，載荷作用于3個液壓缸驅動底座，且兩個載荷的比值為1.5:1.5，共一種情況。

從圖中我們不難看出，載荷作用于一個液壓缸驅動底座時，活動篦床的最大應力最大，載荷作用于兩個液壓缸驅動底座時，最大應力次之。且可以看出兩個液壓缸驅動底座作用同樣大小的載荷時，其最大應力小于不同大小的載荷作用時的最大應力。當將載荷平均作用于3個液壓缸驅動底座時，其最大應力最小，是所有13種載荷情況下的最優解。

圖3給出了P₁:P₂:P₃的值為0:3:0、1:2:0、1.5:1.5:0以及1:1:1共4種載荷下篦床的應力分布。這四種情況分別為圖2中四種情況中的典型代表。從圖3中我們不難看出，對于所有的載荷情況，應力都集中于施加載荷的液壓缸驅動底座附近，且最大應力基本都在液壓缸驅動底座上面。而沒有施加載荷的液壓缸驅動底座上面幾乎沒有應力集中。

3.2 載荷變化對活動篦床變形影響

圖4給出了上述13種載荷下篦床的最大位移。從圖中我們不難看出，整體上載荷作用于一個液壓缸驅動底座時，活動篦床的位移最大，載荷作用于兩個液壓缸驅動底座時，最大應力次之。當將載荷平均作用于3個液壓缸驅動底座時，其最大應力最小。與最大應力不同，當載荷作用于一個液壓缸驅動底座時，作用于第一個底座的位移是三種情況中最小的，而作用于第三個底座的位移是三種情況中最大的。當載荷作用于兩個液壓缸驅動底座時，同樣大小的載荷與不同大小的載荷其最大位移變化不大。在三個底座作用同大小的載荷時，其位移基本是最小的，只比P₁:P₂:P₃等于1.5:0:1.5時的最大位移稍大。

圖5給出了P₁:P₂:P₃的值為0:3:0、1:2:0、1.5:1.5:0以及1:1:1共4種載荷下篦床的位移分布。與圖3類似，這四種情況分別為四種典型情況。當P₁:P₂:P₃的值為0:3:0時，最大正位移發生在活動篦床的最左邊，而最大負位移發生在施加載荷的液壓缸驅動底座上，見圖5(a)。當P₁:P₂:P₃的值為1:2:0時，最大位移發生在施加載荷的液壓缸驅動底座上，見圖5(b)。當P₁:P₂:P₃的值為1.5:1.5:0以及1:1:1時，最大位移似乎也發生在施加載荷的液壓缸驅動底座附近，但沒有明顯的位移集中現象，見圖5(c)和5(d)。

綜合考慮施加不同載荷時活動篦床的應力和變形，可以發現，在每個液壓缸驅動底座都安裝液壓動力系統，且受力相對均勻時，應力集中和變形都減小，是最佳選擇。

針對篦冷機運行過程中的應力集中和變形問題，本文以三段活動篦床三維模型為基礎，利用數值方法分析了活動篦床在不同位置施加載荷時的最大應力和變形。動力載荷分3份作用于三個液壓缸驅動底座，并根據作用于三個底座的載荷的比值分為13種情況。結果表明多個位置同時施加均等動力比在單個位置施加載荷以及多個位置施加非均等載荷具有更低的應力集中和變形。在所有情況下應力和變形基本集中在液壓缸支座與活動梁的連接處，所以設計中可對此位置結構進行優化，例如將直角連接改為圓孤連接以減少應力集中。

作者:張開耀，徐紅福，劉偉，沈孝忠，王敬然

來源:《中國中材國際工程股份有限公司(南京)》

微信公眾號：備件網（關注查詢更多資訊）

（本文來源網絡，若涉及版權問題，請作者來電或來函聯系！）