旋挖钻机工作装置有限元分析

２ ． ３液压挖掘机 工作装置有限元集成模态分析 当液压挖 掘机 工作装置中的液压系统频率和外界的作用在与工 作装置 规范 要求的频 率相 接近时，那么在很大程度上都会加剧工作 装置 发生振 动的情 况。当工作装置的结构由于轻量化而引起大幅度 的振 动时，就需要对 液压 挖掘机 工作装 置利用有限元模态进行有效 的分析。建成工作装 置的有限元模 型后，要对工作装置的有限元结 构进 行动态模态分析 ，在得到 ２ Ｏ阶谐调频率和 振型。当工作装置 中 的斗杆和铲 斗的刚度 相对 来说比较小时，那么各阶频率对液压挖掘 机工作 装置 产生比较明显的影响。工作装置的各阶振型在体现 出液 压系统具有 自身固有的空间特性时，主要是体现 了工作装置 的各个 部件的侧向和铲斗在扭转变形或者是系统的回转变形 。另外 ，铲斗 中的物料也会对液压系统产生重要的影响，在考虑物料对液压系统 产生的影响后，那么就可 以降低液压系统中原本固有 的频率 ，那么
油缸 。因此 ，为 了建立液压挖 掘机 工作装置 的三维几何模型，可 以 严格 的按照液压挖掘机 的主要参数 ， 相应的采用 ｕ Ｇ 软件 技术 。 在建 立液压挖掘机工作装置三 维模 型时，必须要将螺纹孔去掉 ，保证不
会对计算 结果 的倒角 以及运输 吊耳 等环节产生影响。另外 ，要按照 连续处 理的方法 对实 际模 型进 行焊 缝，同时要按照与母材相 同的材 料进行处 理，然后装置成一个几何模型 。 １ ． ２液压挖掘机工作装置有限元模型 的建立 通常都是将薄钢 板进行焊接从而构建成液压挖掘机工作装置的 实际结 构。构成 有限元的几何模型一般都是非常复杂的 ，因此在划 分有 限元模型 的单元类 型时主要都是选择三维实体单元 。
２ 液压挖掘机工作装置集成有限元分析 ２ ． １液压挖掘机 工作装置有 限元集成强度分析 在对 液态 挖掘机工作装置有限元集成强度进行分析 时，利用现 进行的液压挖 掘机工作装置为例子 。该工作装置的动臂行业斗杆液 压缸作 用力臂最大，铲斗和斗杆铰点以及斗杆与动臂铰 以及斗杆与动臂

基于Pro／E5.0和ANSYSWorkbench14.5的挖掘机动臂有限元分析文章以反铲挖掘机的动臂为研究对象，对挖掘机最典型的几种工作状况进行分析，利用Pro/E和ANSYS Workbench两种CAE软件，先在Pro/E中建立了液压挖掘机动臂的三维模型，再对模型进行了强度分析和变形分析，给挖掘机动臂的设计提供了依据。

标签：挖掘机；工作装置；动臂；有限元前言挖掘机是工程建筑机械的主要机种之一，在建筑、交通、采矿、国防及城市建设等土石方施工中起着十分重要的作用。

随着应用范围的日益扩大，在设计理论和方法、分析和研究手段也有了质的飞跃。

本文利用PRO/E建立挖掘机的动臂模型，经Pro/E算出各铰点的受力情况，再利用ANSYS Workbench14.5对动臂的结构强度进行分析。

充分利用这2种CAE软件各自的特点，从而提高对问题的分析效率和计算精度。

1 动臂模型的建立反铲挖掘机的结构如图1所示，其工作装置主要有铲斗、铲斗液压缸、斗杆、斗杆液压缸、动臂以和动臂液压缸。

先对动臂实体结构特征进行分析，确定这些结构特征建立的先后顺序和每个实体特征的建立方法，保证模型所包含的参数尺寸尽量少，结构特征尽量简单。

分析和确定结构特征后，建立动臂模型。

Pro/E 提供了完整的建模功能，利用拉伸、旋转、切割、扫描、切除和抽壳等基本功能和曲面设计，建立工作装置的实体模型。

2 Pro/E与ANSYS对接3 动臂有限元分析3.1 定义单元属性、材料有关特性目前，绝大多数挖掘机的工作装置为不同厚度的16Mn钢材焊接而成，其屈服强度在275MPa附近。

Workbench实体单元类型采用默认的SOLID187，由于Workbench中没有16Mn，需添加新材料赋予新属性，设置动臂材料的基本参数如表1所示。

3.2 动臂网格划分一个好的网格非常重要，可以在求解过程中将误差降低到最小，避免引起数值发散和不正确得到不准确的结果，甚至还会导致不能求解。

旋挖钻机的组成旋挖钻机是一种常见的工程机械设备，主要用于土木工程、桩基施工等领域。

它由多个部件组成，每个部件都起着重要的作用，共同实现钻孔、钻桩等作业任务。

以下是旋挖钻机的主要组成部件。

1.底盘：旋挖钻机的底盘是整个机器的基础支撑，通常由履带、行走驱动器、转向器等组成。

底盘具有良好的稳定性和机动性，可以保证机器在不同地形上的正常行驶和转弯。

2.车体：旋挖钻机的车体是连接底盘和上部结构的部分，通常由钢板焊接而成。

车体上还安装有控制台、仪表盘、操作手柄等控制装置，方便操作员对机器进行控制和监控。

3.驱动装置：驱动装置包括发动机和液压系统。

发动机提供动力，驱动液压系统和其他工作装置的运行。

液压系统由液压泵、液压马达、液压缸等组成，负责驱动旋挖钻机的各种工作部件，如旋转机构、推进机构等。

4.旋转机构：旋转机构是旋挖钻机的关键部件，它包括回转座、回转齿圈、回转马达等。

旋转机构使钻杆和钻头能够在水平方向上进行旋转运动，实现钻孔作业。

5.推进机构：推进机构用于推进钻杆和钻头进行垂直方向上的钻进。

它通常由液压缸、推进链条、推进齿轮等组成。

推进机构的设计和性能直接影响旋挖钻机的钻进速度和效率。

6.钻杆和钻头：钻杆和钻头是旋挖钻机进行钻孔作业的关键工具。

钻杆通过连接头连接在一起，形成一根长而坚固的杆状结构。

钻头安装在钻杆的末端，通过旋转和推进机构的驱动，能够在地下进行钻孔。

7.液压夹具：液压夹具用于固定钻杆和钻头，防止在钻孔过程中的偏离和晃动。

液压夹具通常由液压缸、夹紧臂等组成，能够根据钻杆和钻头的尺寸进行调节和固定。

8.辅助装置：旋挖钻机还配备了一些辅助装置，如钻孔导向系统、泥浆循环系统等。

钻孔导向系统可以使钻孔的方向和位置更加准确，泥浆循环系统可以清理钻孔中的废料和冷却钻头。

以上就是旋挖钻机的主要组成部件。

每个部件都起着重要的作用，相互配合完成钻孔、钻桩等工作任务。

了解旋挖钻机的组成部件，可以更好地理解其工作原理和操作方法，提高工作效率和安全性。

旋挖钻机伸缩钻杆稳定性分析卜长根;张兴辉【摘要】旋挖钻机在基础施工中应用越来越广泛,作为钻机关键部件的伸缩钻杆在较深孔施工中常出现内层钻杆变形过大或钻斗(头)钻杆间联结易断裂.本文从伸缩钻杆稳定性方面入手,基于有限元法研究了阶梯变截面杆临界载荷的计算问题.分析表明:浅孔时,约束边界对伸缩钻杆临界力的影响很大.此时,孔深增大失稳临界力递减很快,随后明显趋缓变小的临界力极易因加压钻进造成钻柱失稳,使伸缩钻杆局部破坏失效.这一结果对于完善伸缩钻杆的设计理论,指导生产实践具有现实的意义.【期刊名称】《地质装备》【年(卷),期】2010(011)005【总页数】4页(P13-16)【关键词】伸缩钻杆;稳定性;临界力;变截面【作者】卜长根;张兴辉【作者单位】中国地质大学(北京)工程技术学院,北京,100083;中国地质大学(北京)工程技术学院,北京,100083【正文语种】中文【中图分类】P634在高层建筑、道路桥梁、大坝等基础施工中,旋挖钻机的应用越来越广泛。

伸缩钻杆是旋挖钻机的一个关键部件,在旋挖钻机深孔施工中,随着钻孔的不断加深,钻杆伸出得越来越长,而从上到下伸缩钻杆变得愈来愈细,技术人员如何设计阶梯变截面伸缩钻杆,确保钻孔施工过程中,孔深和地层变化不至于加压失稳而造成伸缩钻杆破坏。

因此,有必要对伸缩钻杆进行稳定性分析。

伸缩钻杆相当于一种变截面杆件,变截面压杆稳定临界力的计算是工程设计中经常遇到的问题,但从目前来看,对于变截面构件稳定性的计算,还没有一种统一的设计方法。

严格地讲,压杆稳定临界力的计算是非线性问题,而且对于不同的截面,杆件变形微分方程的形式不同,求解十分复杂,只有几种特殊情况(如等截面)才能用欧拉方程求解。

国内多数情况基于有限元法,研究变截面定长度杆的稳定性,国外近年主要基于非线性理论和数值法研究定长连续一致变截面杆(悬臂梁)稳定性问题。

对于旋挖钻机伸缩钻杆,随钻孔延深,内层钻杆伸出、顶部钻杆依次变空、截面依次变化,边界变化等对钻杆稳定性的影响稍缺乏系统研究。