旋挖钻机三角形连接架的有限元分析.pdf

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1、2011年第2期现代制造工程(ModemManufacturingEngineering)CAD／CAEdCAPP／CAM旋挖钻机三角形连接架的有限元分析‘周宏兵，王世怀，康辉梅，王辉科(中南大学机电工程学院，长沙410083)摘要：在详细分析旋挖钻工况下受力情况的基础上，建立了旋挖钻机的数学模型，并且确定了旋挖状况下的典型工况。利用ANSYS软件对旋挖钻机工作装置支撑机构中的三角形连接架进行了静力学有限元分析，揭示三角形连接架在各种典型位置工况下的最大变形值、最大应力值、危险截面区域以及变形和应力的分布规律，分析结果显示，三角形连接架变形和应力分布规

2、律与实际计算相符，且该结构在强度和刚度设计上都存在一定裕量，为改进支撑机构结构形式和减轻自重提供一定的参考。关键词：旋挖钻机；有限元分析；变形；应力中图分类号：TP391．7文献标志码：A文章编号：1671_3133(2011)02—00r7蜥ThefiniteelementanalysisforthetriangularconnectingframeofrotarydrillingrigZHOUHong．bing。WANGShi．huai，KANGHui—mei，WANGHui—ke(CollegeofMechanicalandElectricalE

3、ngineering，CentralSouthUniversity，Changsha410083，China)Abstract：Basedondetailedmechanicsanalysisofrotarydrillingrigunderrotarydrillingconditions，amathematicsmodelwases-tablishedanddeterminingthetypicalconditionsunderrotarydrillingconditions．Thetriangularconnectingframeofrotarydr

4、illingrigisanalysisedthroughusingANSYSsoftware．Revealingthedistributionruleofthemaximumdeformationvalue，tllemaximulnstressvalues．tIleriskregionala8wellasthedeformationandstressdistributionaboutthetriangularconnectingfl-81neunderthetypicallocations．Theresultsindicatethat．thedi8tr

5、ibutionruleofdeformationandstressisinlinewiththeactualcalculationandbeingallowanceinstrengthandstiffness，itCanprovideareferenceforimprovingthestructureformandreducingweight．Keywords：rotarydrillingrigs；finiteelementanalysis；deformation；s扛ess0引言1旋挖钻机的结构及工作原理旋挖钻机是以利用回转斗、短螺旋钻头或其他作业装

6、置进行干／湿钻进、逐次取土、反复循环作业成孔为基本功能的机械设备【1J。旋挖钻机作为技术含量和机、电、液集成度最高的大口径桩基装备，目前在我国已由完全进口转变为自主研发与制造为主，其应用日趋广泛心40

7、。因此，对旋挖钻机及其关键部件的研究成为越来越迫切的任务。而工作过程中旋挖钻机的支撑机构三角形连接架受力非常复杂，破坏程度大，同时三角形连接架质量又重，不经济。为此，本文对旋挖钻机支撑机构三角形连接架进行有限元分析，找到受力和变形最大的区域，进而为强度分析和结构优化等提供方向和依据心引。·国家863高技术研究发展计划资助项目(2002AA001019)7

8、0SWDM系列多功能旋挖钻机如图1所示，主要由三角形连接架1、连杆2、动臂变幅液压缸3、动臂4、桅杆举升液压缸5、钻具6、钻杆7、动力头8、桅杆9和加压液压缸10等组成。旋挖钻机的支撑机构是指由连杆2、动臂变幅液压缸3、动臂4和桅杆举升液压缸5等组成的对工作装置起支撑作用的机构。通过操作桅杆举升液压缸5和动臂变幅液压缸3，调整桅杆9姿态及钻孔作业半径至指定要求后，旋挖钻机即可开始钻孔作业。钻孔作业的工作原理为：动力头8经减速机的大小齿轮减速，带动钻杆7旋转，同时加压液压缸lO经动力头8向桅杆9提供垂直向下的加压力，实现旋挖钻进作业；待钻具6内钻渣容量周

9、宏兵，等：旋挖钻机三角形连接架的有限元分析2011年第2期图lSWDM系列多功能旋挖钻机1．三