吳野 韓松峰 景藜 王靜

摘 ?要：本文在對挖掘抽吸車的作業(yè)特點進行分析的基礎(chǔ)上，選取臂架舉升和臂架伸縮兩個典型的作業(yè)工況對抽吸臂架回轉(zhuǎn)平臺進行受力分析，并在設(shè)計階段搭建力學(xué)模型，并運用ANSYS Workbench對回轉(zhuǎn)平臺進行進行靜力學(xué)分析，進而得到回轉(zhuǎn)平臺的應(yīng)力云圖和位移矢量圖，從而發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)平臺在結(jié)構(gòu)設(shè)計上的缺陷部位與富余環(huán)節(jié)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計進一步優(yōu)化和輕量化設(shè)計提供了理論依據(jù)。

關(guān)鍵詞：挖掘抽吸車;回轉(zhuǎn)平臺;ANSYS Workbnech;仿真分析

中圖分類號：TU99;TH123 ?文獻標識碼：A

1引言

挖掘抽吸車主要應(yīng)用于市政環(huán)衛(wèi)和搶險救援領(lǐng)域，解決城市下水管道堵塞疏通以及城市內(nèi)澇搶險的問題，同時可用于河道淤泥清理、狹窄地帶垃圾清理、物料泄漏清理、無損開挖等場合。挖掘抽吸車主要由底盤、車架、臂架、動力系統(tǒng)、罐體總成、疏通系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、電控系統(tǒng)等部分組成。其中，回轉(zhuǎn)平臺是挖掘抽吸車核心部件之一，其通過回轉(zhuǎn)減速機固定在罐體上，通過液壓馬達來驅(qū)動實現(xiàn)臂架的回轉(zhuǎn)運動?；剞D(zhuǎn)平臺采用整體焊接式結(jié)構(gòu)，由平臺主體和旋轉(zhuǎn)臂組成。本文重點研究某型挖掘抽吸車的回轉(zhuǎn)平臺，在典型 工況下對其進行受力分析，并在此基礎(chǔ)上進行有限元靜力學(xué)分析，在保證滿足使用要求的前提下，為轉(zhuǎn)臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計進一步優(yōu)化和輕量化設(shè)計提供了理論依據(jù)。

2典型工況受力分析

挖掘抽吸車在實際作業(yè)過程中，先將車輛行進至指定位置后，通過遙控操作臂架進行施工作業(yè)。此時，臂架回轉(zhuǎn)平臺根據(jù)要求進行旋轉(zhuǎn)到指定位置后，進行管路連接，進行挖掘抽吸作業(yè)?；剞D(zhuǎn)平臺的典型工況可總體上可劃分為兩種工作狀態(tài)：

①在實際作業(yè)過程中，需要對臂架進行舉升作業(yè)，擴大作業(yè)范圍。根據(jù)實際工況要求進行角度調(diào)整。

②在實際作業(yè)過程中，需要對臂架進行伸縮作業(yè)，擴大作業(yè)范圍。根據(jù)實際工況要求進行范圍調(diào)整。

回轉(zhuǎn)平臺是挖掘抽吸車臂架裝置主承載結(jié)構(gòu)，臂架的設(shè)計參考起重機舉升臂相關(guān)設(shè)計標準，加載時取安全系數(shù)1.5。

2.1 臂架舉升工況

臂架舉升時，為了得到轉(zhuǎn)臺處臂架安裝點所承受的最大力，我們將臂架舉升至最高點，對臂架整體進行受力分析。受力簡圖如圖1所示。其中：抽吸力，臂架自重及軟管重量及物料總重，在三維模型中可測得油缸載荷與豎直方向的夾角，臂架處于平衡狀態(tài)。根據(jù)各力對O點處的力矩平衡公式，計算出油缸拉力，O點水平方向受力，O點豎直方向受力。

2.2 臂架伸縮工況

臂架伸縮時，以臂架水平狀態(tài)下為研究對象，并對其進行受力分析，受力簡圖如圖2所示。抽吸力，臂架自重及軟管重量及物料總重，在三維模型中可測得載荷與豎直方向的夾角，臂架處于平衡狀態(tài)。根據(jù)臂架受力平衡公式可得，O點水平方向受力，O點豎直方向受力。

3臂架有限元仿真分析

首先在Creo中對臂架回轉(zhuǎn)平臺三維模型進行簡化處理，刪除與仿真關(guān)聯(lián)不大的部件，刪除所有焊接處坡口和軸連接處安裝導(dǎo)向倒角。將簡化后的模型保存成.IGES通用格式后導(dǎo)入ANSYS Workbench中，對網(wǎng)格進行劃分，然后按照表1中各工況下受力進行載荷的添加，最后求解，得到應(yīng)力和應(yīng)變云圖，并進行分析。回轉(zhuǎn)平臺的網(wǎng)格劃分及各工況載荷添加及約束分別見圖3、圖4和圖5。

圖6和圖7分別是臂架舉升和臂架伸縮時臂架回轉(zhuǎn)平臺的應(yīng)力和應(yīng)變云圖。由仿真云圖可知，臂架伸縮工況下回轉(zhuǎn)平臺應(yīng)力和位移最大。最大應(yīng)力集中在回轉(zhuǎn)平臺與舉升臂連接銷軸點，應(yīng)力值為301MPa，目前設(shè)計階段臂架回轉(zhuǎn)平臺材質(zhì)選用Q460C，計算安全系數(shù)460/301=1.53，符合強度設(shè)計要求。從仿真云圖可以看出，回轉(zhuǎn)平臺的應(yīng)力集中發(fā)生在旋轉(zhuǎn)臂架及連接處的銷軸連接等部位，其余部分受力較小，可以在模型細化階段對其結(jié)構(gòu)形式進行優(yōu)化和輕量化設(shè)計。從位移云圖可知，臂架回轉(zhuǎn)平臺的形變集中在旋轉(zhuǎn)臂端部，最大的位移形變量為0.65mm，位移量很小，符合設(shè)計需求。

4 結(jié)語

本文在對挖掘抽吸車的作業(yè)特點進行分析的基礎(chǔ)上，選取臂架舉升和臂架伸縮兩個典型的作業(yè)工況對抽吸臂架回轉(zhuǎn)平臺進行仿真分析，得到回轉(zhuǎn)平臺應(yīng)力分布和整體形變情況?；剞D(zhuǎn)平臺的應(yīng)力集中發(fā)生在旋轉(zhuǎn)臂架及連接處的銷軸連接等部位，其余部分受力較小，有較大的設(shè)計富余量，為結(jié)構(gòu)設(shè)計進一步優(yōu)化和輕量化設(shè)計提供了理論依據(jù)。

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