劉建鋒 高曉莉 李林峰 馬守鋒

摘? 要：使用ANSYS有限元方法對(duì)JT-50輕型組合式基坑開挖鉆機(jī)的機(jī)架和底座在工作過程中的受力情況進(jìn)行靜力分析，包括計(jì)算模型的建立、計(jì)算載荷的確定、單元確定和網(wǎng)格劃分、數(shù)據(jù)分析等，得出機(jī)架和底座的應(yīng)力云圖和位移云圖，驗(yàn)證了機(jī)架和底座的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：基坑開挖鉆機(jī);機(jī)架與底座;有限元法;應(yīng)力云圖;位移云圖

中圖分類號(hào)：U215.6 文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A 文章編號(hào)：2095-2945（2019）14-0046-02

Abstract： Using ANSYS finite element method （FEM）， this paper makesa static analysis of the working process of the JT-50 light combined excavation drill rack and base， including the establishment of calculation model， the determination of computational load， unit identified and meshing， data analysis， etc.， so as to draw thestress nephogram and displacement nephogramof the frame and the base， which verifies the structural stability of base and frame.

Keywords： excavation drill; frame and base; finite element method （FEM）; stress nephogram; displacement nephogram

引言

JT-50型基坑開挖鉆機(jī)是專門針對(duì)高原山地的基坑開挖機(jī)械化作業(yè)的機(jī)具，可用于大孔徑挖孔灌注樁基礎(chǔ)，有效提高了交流輸電線路工程施工機(jī)械化程度及施工效率，從根本上解決了挖孔樁基礎(chǔ)施工的難題。工作裝置在工作過程中其運(yùn)動(dòng)和受力情況比較復(fù)雜，主要體現(xiàn)在工作過程中每一個(gè)運(yùn)動(dòng)都是由2個(gè)或2個(gè)以上的部件參與，以及在開挖過程中受拉壓、扭轉(zhuǎn)與震動(dòng)沖擊等多種載荷的作用。

本文以ANSYS有限元分析軟件為平臺(tái)，采用有限元方法對(duì)JT-50型基坑開挖鉆機(jī)的機(jī)架及底座進(jìn)行建模并進(jìn)行靜力學(xué)計(jì)算分析，對(duì)作業(yè)機(jī)具的機(jī)架及底座結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進(jìn)行驗(yàn)證。

1 機(jī)架及底座靜力學(xué)計(jì)算

模型建立的過程中，對(duì)于與機(jī)架強(qiáng)度影響不大的部分采用簡(jiǎn)化處理或等效處理，并將原設(shè)計(jì)中的部分細(xì)節(jié)結(jié)構(gòu)刪除。

由于機(jī)架結(jié)構(gòu)復(fù)雜，采用Solid45單元，網(wǎng)格劃分精度設(shè)定為5，自動(dòng)網(wǎng)格劃分。機(jī)架結(jié)構(gòu)劃分為4451995個(gè)單元，1189061個(gè)節(jié)點(diǎn)。

1.1 扭轉(zhuǎn)載荷

1.2 軸向載荷

軸向載荷施加在兩個(gè)支腿上，每個(gè)支腿所承擔(dān)的軸向載荷為總軸向載荷的一半。液壓系統(tǒng)對(duì)鉆桿所施加的軸向進(jìn)給載荷為80kN。

2 有限元計(jì)算結(jié)果及分析

在ANSYS對(duì)機(jī)架有限元模型進(jìn)行靜力學(xué)求解，得到機(jī)架的位移云圖與應(yīng)力云圖。圖1為機(jī)架在y方向位移云圖及最大位移發(fā)生部位圖，圖2為機(jī)架的合成等效位移云圖及等效位移最大部位位置圖。

3 結(jié)論

從機(jī)架的位移云圖和應(yīng)力云圖可知，機(jī)架在載荷作用下的位移與應(yīng)力都比較小。機(jī)架整體變形及應(yīng)力主要是由于扭轉(zhuǎn)載荷作用引起的。

通過有限元分析可知，機(jī)架在工作過程中沒有發(fā)生較大的位移，產(chǎn)生的最大應(yīng)力小于材料的許用應(yīng)力，變形在彈性范圍內(nèi)，機(jī)架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到進(jìn)一步驗(yàn)證，滿足設(shè)計(jì)要求。

參考文獻(xiàn)：

[1]王勛成，紹敏.有限單元法基本原理和數(shù)值方法[M].清華大學(xué)出版社，1997.

[2]江見鯨，等.有限元法及其應(yīng)用[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2006.

[3]惠向兵.哈大鐵路客專鉆孔樁旋挖鉆機(jī)施工及鉆頭研究[D].西南交通大學(xué)，2008.

[4]尹忠俊，孫潔，陳兵，等.開式螺旋輸送機(jī)輸送機(jī)理分析與參數(shù)設(shè)計(jì)[J].礦上機(jī)械，2010（11）.

[5]劉三意.多工藝旋挖鉆機(jī)技術(shù)研究[D].中國地質(zhì)大學(xué)（北京），2008.

[6]樂兌謙.金屬切削刀具（第二版）[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1992.