基于有限元的旋挖鉆機(jī)桅桿結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析

張庭富+++朱庭龍+++殷俊

摘 要：旋挖鉆機(jī)是一種建筑工程中進(jìn)行成孔作業(yè)的施工機(jī)械。桅桿具有運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向、位置調(diào)整、動(dòng)力傳遞的作用，并且承受鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)的各種載荷。因此，對(duì)旋挖鉆機(jī)桅桿部分的失效分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)至關(guān)重要。首先對(duì)桅桿分析研究，分析出桅桿斷裂的原因。接下來(lái)從有限元分析方法入手，利用Pro/E進(jìn)行建模并用Ansys進(jìn)行分析計(jì)算，得出了桅桿的危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)力分布情況，并依次進(jìn)行了桅桿的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施，與優(yōu)化前進(jìn)行分析對(duì)比，得到優(yōu)化后的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：旋挖鉆機(jī)；桅桿；有限元；優(yōu)化分析

1 前言

旋挖鉆機(jī)是一種用于成孔作業(yè)的工程機(jī)械，適應(yīng)性強(qiáng)，在很多種地基基礎(chǔ)施工中得到了廣泛應(yīng)用。旋挖鉆機(jī)通過(guò)底部的桶式鉆頭的回轉(zhuǎn)破碎巖土，并將其裝入鉆頭內(nèi)，然后再由將鉆頭提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復(fù)，不斷地取土、卸土，直至鉆至設(shè)計(jì)深度。

近年來(lái)，我國(guó)在旋挖鉆機(jī)的相關(guān)技術(shù)方面的發(fā)展較快，但總體水平與國(guó)外仍有較大差距。由于旋挖鉆機(jī)的自身特殊性，桅桿等構(gòu)件是否穩(wěn)定直接決定了整機(jī)的工作時(shí)間和工作效率，因此對(duì)機(jī)器構(gòu)件的要求較為嚴(yán)格。合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用軟件對(duì)其進(jìn)行模擬仿真和優(yōu)化分析，都有利于提高我國(guó)旋挖鉆機(jī)技術(shù)的整體水平。

2 關(guān)鍵部件存在問(wèn)題及分析

本文著重對(duì)旋挖鉆機(jī)的桅桿進(jìn)行分析，桅桿存在的問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)：

（1）桅桿在旋挖鉆機(jī)中具有重要作用，工作過(guò)程中桅桿承受較多的載荷。如果桅桿的彎曲過(guò)大，將導(dǎo)致動(dòng)力頭無(wú)法在導(dǎo)軌上正常滑動(dòng)，從而引起嚴(yán)重的安全事故。

（2）桅桿出現(xiàn)故障后，維修起來(lái)很不方便，所需要的時(shí)間長(zhǎng)、成本高，因此提高桅桿整體的剛度是旋挖鉆機(jī)正常工作的重要保證。

（3）桅桿連接著鉆桿、鉆具，并且承受鉆具工作時(shí)的彎矩作用，容易被破壞。

2.1 桅桿失效形式

如圖1所示，目前桅桿出現(xiàn)問(wèn)題區(qū)域常常位于桅桿、油缸和三角形中間部分，即桅桿塞焊口處被撕裂。右下角圖中的桅桿雖然未發(fā)生斷裂，但有明顯裂紋，已經(jīng)處于失效狀態(tài)，不能繼續(xù)使用。

圖1 旋挖鉆機(jī)桅桿斷裂部位

2.2 桅桿失效原因分析

桅桿的受力復(fù)雜，受力狀況惡劣。當(dāng)鉆孔工作的時(shí)候，鉆機(jī)向樁孔施加一個(gè)豎直向下的加壓力，同時(shí)鉆機(jī)受到樁孔提供的一個(gè)等大反向的反作用力，我們把鉆機(jī)主機(jī)視為剛性體，轉(zhuǎn)盤視為剛性鉸支點(diǎn)，桅桿油缸支座視為可滑動(dòng)鉸支座。樁孔的反作用力傳遞到桅桿上，等效為對(duì)桅桿施加一個(gè)豎直向上的力和一個(gè)逆時(shí)針的力矩。桅桿受彎矩作用后，一側(cè)受到壓應(yīng)力，另一側(cè)受到拉應(yīng)力，存在彎曲變形的可能性。當(dāng)桅桿受拉應(yīng)力一側(cè)鋼板發(fā)生變形時(shí)，桅桿就會(huì)發(fā)生整體彎曲變形。

3 基于有限元方法的桅桿工況分析

本文以SWDM22型旋挖鉆機(jī)為對(duì)象。

SWDM22型旋挖鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)參見(jiàn)表1

3.1 桅桿幾何模型的建立

本文選擇使用Pro/E進(jìn)行桅桿的建模，然后將其保持為IGES格式，再通過(guò)Ansys缺省導(dǎo)入的方法將其直接導(dǎo)入Ansys軟件。

圖2 Pro/E中的模型建立

3.2 桅桿的網(wǎng)格劃分

分析計(jì)算時(shí)，網(wǎng)格劃分是有限元分析的關(guān)鍵步驟，對(duì)有限元分析的計(jì)算量和準(zhǔn)確性影響很大，所以在確定網(wǎng)格數(shù)量時(shí)應(yīng)綜合考慮，權(quán)衡兩個(gè)因素。一般網(wǎng)格劃分越小，計(jì)算精度越高，所需的計(jì)算機(jī)資源、運(yùn)算時(shí)間也越多，反之則運(yùn)算時(shí)間越少。根據(jù)工程實(shí)際問(wèn)題的分析要求，選用了solid45單元，進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分，共劃分14485個(gè)單元。

3.3 桅桿受力的加載與求解

桅桿受力十分復(fù)雜，本文著重對(duì)極限提鉆工況進(jìn)行了分析。

3.3.1 極限提鉆

桅桿的鉸接處受到約束，在桅桿的頂部受到一個(gè)向下的力，同時(shí)，受到一個(gè)的力矩作用。由于力矩不好由ansys直接得到，所以把力矩等效為兩個(gè)等大反向的力進(jìn)行分析。這時(shí)桅桿受到200KN向下的力和180KN·M的力矩。把力矩等效為兩個(gè)45KN，距離為4M'的等大反向的力。

3.3.2 計(jì)算結(jié)果分析

分析：本模型使用的是在節(jié)點(diǎn)處施加固定荷載，對(duì)比桅桿受力的實(shí)際情況有所簡(jiǎn)化，但其變形情況還是基本符合實(shí)際情況的。由圖可知桅桿在此工況下的受力危險(xiǎn)點(diǎn)為與車身的鉸接處，受到的最大應(yīng)力為48.04MPa，該部可能出現(xiàn)開(kāi)裂和屈服變形的情況，并且與實(shí)際失效情況吻合。

4 桅桿的優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 桅桿的優(yōu)化

根據(jù)桅桿的受力情況，由于桅桿式空心的，所以我們對(duì)其的優(yōu)化方案就是在與車身鉸接的地方各增加一塊肋板。

4.2 桅桿優(yōu)化后的受力分析

經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，桅桿的受力最大點(diǎn)仍然是桅桿的鉸接處，但是桅桿的受力明顯減小，最大應(yīng)力由48.04MPa減小到35.645MPa，減小了25.8%，因此在此工況下的桅桿工作環(huán)境有明顯的改善。桅桿的耐用性有了明顯的提升。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文利用 Pro/E 三維繪圖軟件和 Ansys 有限元分析軟件對(duì) SWDM22型旋挖鉆機(jī)的桅桿部分進(jìn)行了優(yōu)化分析，得出以下結(jié)論

（1）旋挖鉆機(jī)在極限提鉆的情況下是最容易出現(xiàn)危險(xiǎn)的，在桅桿與車身的鉸接處以發(fā)生開(kāi)裂、撕裂、彎曲等情況。

（2）通過(guò)在鉸接處增加肋板后，桅桿的工作情況有了明顯的改善，危險(xiǎn)點(diǎn)出的受力減小了很多，出現(xiàn)開(kāi)裂、彎曲的可能性也減小了很多，說(shuō)明這次的優(yōu)是成功的。

參考文獻(xiàn)

[1]胡國(guó)良，任繼文.Ansys11.0有限元分析入門與提高[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社 2011.

[2]王文岳.旋挖鉆機(jī)中桅桿及滑輪架失效分析與改進(jìn)方案探討[Z].2008，3.

[3]江曉侖，張克躍，金建明.理論力學(xué)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2004，7.

[4]黎中銀，黃志文.旋挖鉆機(jī)在我國(guó)的發(fā)展[J].工程機(jī)械與維修， 2004，05.

作者簡(jiǎn)介：張庭富（1993，5-），男，籍貫：四川，本科學(xué)歷，學(xué)生，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，endprint

摘 要：旋挖鉆機(jī)是一種建筑工程中進(jìn)行成孔作業(yè)的施工機(jī)械。桅桿具有運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向、位置調(diào)整、動(dòng)力傳遞的作用，并且承受鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)的各種載荷。因此，對(duì)旋挖鉆機(jī)桅桿部分的失效分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)至關(guān)重要。首先對(duì)桅桿分析研究，分析出桅桿斷裂的原因。接下來(lái)從有限元分析方法入手，利用Pro/E進(jìn)行建模并用Ansys進(jìn)行分析計(jì)算，得出了桅桿的危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)力分布情況，并依次進(jìn)行了桅桿的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施，與優(yōu)化前進(jìn)行分析對(duì)比，得到優(yōu)化后的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：旋挖鉆機(jī)；桅桿；有限元；優(yōu)化分析

1 前言

旋挖鉆機(jī)是一種用于成孔作業(yè)的工程機(jī)械，適應(yīng)性強(qiáng)，在很多種地基基礎(chǔ)施工中得到了廣泛應(yīng)用。旋挖鉆機(jī)通過(guò)底部的桶式鉆頭的回轉(zhuǎn)破碎巖土，并將其裝入鉆頭內(nèi)，然后再由將鉆頭提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復(fù)，不斷地取土、卸土，直至鉆至設(shè)計(jì)深度。

近年來(lái)，我國(guó)在旋挖鉆機(jī)的相關(guān)技術(shù)方面的發(fā)展較快，但總體水平與國(guó)外仍有較大差距。由于旋挖鉆機(jī)的自身特殊性，桅桿等構(gòu)件是否穩(wěn)定直接決定了整機(jī)的工作時(shí)間和工作效率，因此對(duì)機(jī)器構(gòu)件的要求較為嚴(yán)格。合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用軟件對(duì)其進(jìn)行模擬仿真和優(yōu)化分析，都有利于提高我國(guó)旋挖鉆機(jī)技術(shù)的整體水平。

2 關(guān)鍵部件存在問(wèn)題及分析

本文著重對(duì)旋挖鉆機(jī)的桅桿進(jìn)行分析，桅桿存在的問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)：

（1）桅桿在旋挖鉆機(jī)中具有重要作用，工作過(guò)程中桅桿承受較多的載荷。如果桅桿的彎曲過(guò)大，將導(dǎo)致動(dòng)力頭無(wú)法在導(dǎo)軌上正?；瑒?dòng)，從而引起嚴(yán)重的安全事故。

（2）桅桿出現(xiàn)故障后，維修起來(lái)很不方便，所需要的時(shí)間長(zhǎng)、成本高，因此提高桅桿整體的剛度是旋挖鉆機(jī)正常工作的重要保證。

（3）桅桿連接著鉆桿、鉆具，并且承受鉆具工作時(shí)的彎矩作用，容易被破壞。

2.1 桅桿失效形式

如圖1所示，目前桅桿出現(xiàn)問(wèn)題區(qū)域常常位于桅桿、油缸和三角形中間部分，即桅桿塞焊口處被撕裂。右下角圖中的桅桿雖然未發(fā)生斷裂，但有明顯裂紋，已經(jīng)處于失效狀態(tài)，不能繼續(xù)使用。

圖1 旋挖鉆機(jī)桅桿斷裂部位

2.2 桅桿失效原因分析

桅桿的受力復(fù)雜，受力狀況惡劣。當(dāng)鉆孔工作的時(shí)候，鉆機(jī)向樁孔施加一個(gè)豎直向下的加壓力，同時(shí)鉆機(jī)受到樁孔提供的一個(gè)等大反向的反作用力，我們把鉆機(jī)主機(jī)視為剛性體，轉(zhuǎn)盤視為剛性鉸支點(diǎn)，桅桿油缸支座視為可滑動(dòng)鉸支座。樁孔的反作用力傳遞到桅桿上，等效為對(duì)桅桿施加一個(gè)豎直向上的力和一個(gè)逆時(shí)針的力矩。桅桿受彎矩作用后，一側(cè)受到壓應(yīng)力，另一側(cè)受到拉應(yīng)力，存在彎曲變形的可能性。當(dāng)桅桿受拉應(yīng)力一側(cè)鋼板發(fā)生變形時(shí)，桅桿就會(huì)發(fā)生整體彎曲變形。

3 基于有限元方法的桅桿工況分析

本文以SWDM22型旋挖鉆機(jī)為對(duì)象。

SWDM22型旋挖鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)參見(jiàn)表1

3.1 桅桿幾何模型的建立

本文選擇使用Pro/E進(jìn)行桅桿的建模，然后將其保持為IGES格式，再通過(guò)Ansys缺省導(dǎo)入的方法將其直接導(dǎo)入Ansys軟件。

圖2 Pro/E中的模型建立

3.2 桅桿的網(wǎng)格劃分

分析計(jì)算時(shí)，網(wǎng)格劃分是有限元分析的關(guān)鍵步驟，對(duì)有限元分析的計(jì)算量和準(zhǔn)確性影響很大，所以在確定網(wǎng)格數(shù)量時(shí)應(yīng)綜合考慮，權(quán)衡兩個(gè)因素。一般網(wǎng)格劃分越小，計(jì)算精度越高，所需的計(jì)算機(jī)資源、運(yùn)算時(shí)間也越多，反之則運(yùn)算時(shí)間越少。根據(jù)工程實(shí)際問(wèn)題的分析要求，選用了solid45單元，進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分，共劃分14485個(gè)單元。

3.3 桅桿受力的加載與求解

桅桿受力十分復(fù)雜，本文著重對(duì)極限提鉆工況進(jìn)行了分析。

3.3.1 極限提鉆

桅桿的鉸接處受到約束，在桅桿的頂部受到一個(gè)向下的力，同時(shí)，受到一個(gè)的力矩作用。由于力矩不好由ansys直接得到，所以把力矩等效為兩個(gè)等大反向的力進(jìn)行分析。這時(shí)桅桿受到200KN向下的力和180KN·M的力矩。把力矩等效為兩個(gè)45KN，距離為4M'的等大反向的力。

3.3.2 計(jì)算結(jié)果分析

分析：本模型使用的是在節(jié)點(diǎn)處施加固定荷載，對(duì)比桅桿受力的實(shí)際情況有所簡(jiǎn)化，但其變形情況還是基本符合實(shí)際情況的。由圖可知桅桿在此工況下的受力危險(xiǎn)點(diǎn)為與車身的鉸接處，受到的最大應(yīng)力為48.04MPa，該部可能出現(xiàn)開(kāi)裂和屈服變形的情況，并且與實(shí)際失效情況吻合。

4 桅桿的優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 桅桿的優(yōu)化

根據(jù)桅桿的受力情況，由于桅桿式空心的，所以我們對(duì)其的優(yōu)化方案就是在與車身鉸接的地方各增加一塊肋板。

4.2 桅桿優(yōu)化后的受力分析

經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，桅桿的受力最大點(diǎn)仍然是桅桿的鉸接處，但是桅桿的受力明顯減小，最大應(yīng)力由48.04MPa減小到35.645MPa，減小了25.8%，因此在此工況下的桅桿工作環(huán)境有明顯的改善。桅桿的耐用性有了明顯的提升。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文利用 Pro/E 三維繪圖軟件和 Ansys 有限元分析軟件對(duì) SWDM22型旋挖鉆機(jī)的桅桿部分進(jìn)行了優(yōu)化分析，得出以下結(jié)論

（1）旋挖鉆機(jī)在極限提鉆的情況下是最容易出現(xiàn)危險(xiǎn)的，在桅桿與車身的鉸接處以發(fā)生開(kāi)裂、撕裂、彎曲等情況。

（2）通過(guò)在鉸接處增加肋板后，桅桿的工作情況有了明顯的改善，危險(xiǎn)點(diǎn)出的受力減小了很多，出現(xiàn)開(kāi)裂、彎曲的可能性也減小了很多，說(shuō)明這次的優(yōu)是成功的。

參考文獻(xiàn)

[1]胡國(guó)良，任繼文.Ansys11.0有限元分析入門與提高[M].北京：國(guó)防工業(yè)出版社 2011.

[2]王文岳.旋挖鉆機(jī)中桅桿及滑輪架失效分析與改進(jìn)方案探討[Z].2008，3.

[3]江曉侖，張克躍，金建明.理論力學(xué)[M].北京：中國(guó)鐵道出版社，2004，7.

[4]黎中銀，黃志文.旋挖鉆機(jī)在我國(guó)的發(fā)展[J].工程機(jī)械與維修， 2004，05.

作者簡(jiǎn)介：張庭富（1993，5-），男，籍貫：四川，本科學(xué)歷，學(xué)生，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，endprint

摘 要：旋挖鉆機(jī)是一種建筑工程中進(jìn)行成孔作業(yè)的施工機(jī)械。桅桿具有運(yùn)動(dòng)導(dǎo)向、位置調(diào)整、動(dòng)力傳遞的作用，并且承受鉆機(jī)鉆進(jìn)時(shí)的各種載荷。因此，對(duì)旋挖鉆機(jī)桅桿部分的失效分析及結(jié)構(gòu)改進(jìn)至關(guān)重要。首先對(duì)桅桿分析研究，分析出桅桿斷裂的原因。接下來(lái)從有限元分析方法入手，利用Pro/E進(jìn)行建模并用Ansys進(jìn)行分析計(jì)算，得出了桅桿的危險(xiǎn)區(qū)域應(yīng)力分布情況，并依次進(jìn)行了桅桿的結(jié)構(gòu)改進(jìn)措施，與優(yōu)化前進(jìn)行分析對(duì)比，得到優(yōu)化后的結(jié)果。

關(guān)鍵詞：旋挖鉆機(jī)；桅桿；有限元；優(yōu)化分析

1 前言

旋挖鉆機(jī)是一種用于成孔作業(yè)的工程機(jī)械，適應(yīng)性強(qiáng)，在很多種地基基礎(chǔ)施工中得到了廣泛應(yīng)用。旋挖鉆機(jī)通過(guò)底部的桶式鉆頭的回轉(zhuǎn)破碎巖土，并將其裝入鉆頭內(nèi)，然后再由將鉆頭提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復(fù)，不斷地取土、卸土，直至鉆至設(shè)計(jì)深度。

近年來(lái)，我國(guó)在旋挖鉆機(jī)的相關(guān)技術(shù)方面的發(fā)展較快，但總體水平與國(guó)外仍有較大差距。由于旋挖鉆機(jī)的自身特殊性，桅桿等構(gòu)件是否穩(wěn)定直接決定了整機(jī)的工作時(shí)間和工作效率，因此對(duì)機(jī)器構(gòu)件的要求較為嚴(yán)格。合理進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，利用軟件對(duì)其進(jìn)行模擬仿真和優(yōu)化分析，都有利于提高我國(guó)旋挖鉆機(jī)技術(shù)的整體水平。

2 關(guān)鍵部件存在問(wèn)題及分析

本文著重對(duì)旋挖鉆機(jī)的桅桿進(jìn)行分析，桅桿存在的問(wèn)題主要有以下幾點(diǎn)：

（1）桅桿在旋挖鉆機(jī)中具有重要作用，工作過(guò)程中桅桿承受較多的載荷。如果桅桿的彎曲過(guò)大，將導(dǎo)致動(dòng)力頭無(wú)法在導(dǎo)軌上正?；瑒?dòng)，從而引起嚴(yán)重的安全事故。

（2）桅桿出現(xiàn)故障后，維修起來(lái)很不方便，所需要的時(shí)間長(zhǎng)、成本高，因此提高桅桿整體的剛度是旋挖鉆機(jī)正常工作的重要保證。

（3）桅桿連接著鉆桿、鉆具，并且承受鉆具工作時(shí)的彎矩作用，容易被破壞。

2.1 桅桿失效形式

如圖1所示，目前桅桿出現(xiàn)問(wèn)題區(qū)域常常位于桅桿、油缸和三角形中間部分，即桅桿塞焊口處被撕裂。右下角圖中的桅桿雖然未發(fā)生斷裂，但有明顯裂紋，已經(jīng)處于失效狀態(tài)，不能繼續(xù)使用。

圖1 旋挖鉆機(jī)桅桿斷裂部位

2.2 桅桿失效原因分析

桅桿的受力復(fù)雜，受力狀況惡劣。當(dāng)鉆孔工作的時(shí)候，鉆機(jī)向樁孔施加一個(gè)豎直向下的加壓力，同時(shí)鉆機(jī)受到樁孔提供的一個(gè)等大反向的反作用力，我們把鉆機(jī)主機(jī)視為剛性體，轉(zhuǎn)盤視為剛性鉸支點(diǎn)，桅桿油缸支座視為可滑動(dòng)鉸支座。樁孔的反作用力傳遞到桅桿上，等效為對(duì)桅桿施加一個(gè)豎直向上的力和一個(gè)逆時(shí)針的力矩。桅桿受彎矩作用后，一側(cè)受到壓應(yīng)力，另一側(cè)受到拉應(yīng)力，存在彎曲變形的可能性。當(dāng)桅桿受拉應(yīng)力一側(cè)鋼板發(fā)生變形時(shí)，桅桿就會(huì)發(fā)生整體彎曲變形。

3 基于有限元方法的桅桿工況分析

本文以SWDM22型旋挖鉆機(jī)為對(duì)象。

SWDM22型旋挖鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)參見(jiàn)表1

3.1 桅桿幾何模型的建立

本文選擇使用Pro/E進(jìn)行桅桿的建模，然后將其保持為IGES格式，再通過(guò)Ansys缺省導(dǎo)入的方法將其直接導(dǎo)入Ansys軟件。

圖2 Pro/E中的模型建立

3.2 桅桿的網(wǎng)格劃分

分析計(jì)算時(shí)，網(wǎng)格劃分是有限元分析的關(guān)鍵步驟，對(duì)有限元分析的計(jì)算量和準(zhǔn)確性影響很大，所以在確定網(wǎng)格數(shù)量時(shí)應(yīng)綜合考慮，權(quán)衡兩個(gè)因素。一般網(wǎng)格劃分越小，計(jì)算精度越高，所需的計(jì)算機(jī)資源、運(yùn)算時(shí)間也越多，反之則運(yùn)算時(shí)間越少。根據(jù)工程實(shí)際問(wèn)題的分析要求，選用了solid45單元，進(jìn)行自由網(wǎng)格劃分，共劃分14485個(gè)單元。

3.3 桅桿受力的加載與求解

桅桿受力十分復(fù)雜，本文著重對(duì)極限提鉆工況進(jìn)行了分析。

3.3.1 極限提鉆

桅桿的鉸接處受到約束，在桅桿的頂部受到一個(gè)向下的力，同時(shí)，受到一個(gè)的力矩作用。由于力矩不好由ansys直接得到，所以把力矩等效為兩個(gè)等大反向的力進(jìn)行分析。這時(shí)桅桿受到200KN向下的力和180KN·M的力矩。把力矩等效為兩個(gè)45KN，距離為4M'的等大反向的力。

3.3.2 計(jì)算結(jié)果分析

分析：本模型使用的是在節(jié)點(diǎn)處施加固定荷載，對(duì)比桅桿受力的實(shí)際情況有所簡(jiǎn)化，但其變形情況還是基本符合實(shí)際情況的。由圖可知桅桿在此工況下的受力危險(xiǎn)點(diǎn)為與車身的鉸接處，受到的最大應(yīng)力為48.04MPa，該部可能出現(xiàn)開(kāi)裂和屈服變形的情況，并且與實(shí)際失效情況吻合。

4 桅桿的優(yōu)化設(shè)計(jì)

4.1 桅桿的優(yōu)化

根據(jù)桅桿的受力情況，由于桅桿式空心的，所以我們對(duì)其的優(yōu)化方案就是在與車身鉸接的地方各增加一塊肋板。

4.2 桅桿優(yōu)化后的受力分析

經(jīng)過(guò)優(yōu)化后，桅桿的受力最大點(diǎn)仍然是桅桿的鉸接處，但是桅桿的受力明顯減小，最大應(yīng)力由48.04MPa減小到35.645MPa，減小了25.8%，因此在此工況下的桅桿工作環(huán)境有明顯的改善。桅桿的耐用性有了明顯的提升。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文利用 Pro/E 三維繪圖軟件和 Ansys 有限元分析軟件對(duì) SWDM22型旋挖鉆機(jī)的桅桿部分進(jìn)行了優(yōu)化分析，得出以下結(jié)論

（1）旋挖鉆機(jī)在極限提鉆的情況下是最容易出現(xiàn)危險(xiǎn)的，在桅桿與車身的鉸接處以發(fā)生開(kāi)裂、撕裂、彎曲等情況。

（2）通過(guò)在鉸接處增加肋板后，桅桿的工作情況有了明顯的改善，危險(xiǎn)點(diǎn)出的受力減小了很多，出現(xiàn)開(kāi)裂、彎曲的可能性也減小了很多，說(shuō)明這次的優(yōu)是成功的。

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作者簡(jiǎn)介：張庭富（1993，5-），男，籍貫：四川，本科學(xué)歷，學(xué)生，機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化專業(yè)，endprint