挖掘抽吸車(chē)回轉(zhuǎn)平臺(tái)有限元仿真分析

吳野 韓松峰 景藜 王靜

摘 ?要：本文在對(duì)挖掘抽吸車(chē)的作業(yè)特點(diǎn)進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，選取臂架舉升和臂架伸縮兩個(gè)典型的作業(yè)工況對(duì)抽吸臂架回轉(zhuǎn)平臺(tái)進(jìn)行受力分析，并在設(shè)計(jì)階段搭建力學(xué)模型，并運(yùn)用ANSYS Workbench對(duì)回轉(zhuǎn)平臺(tái)進(jìn)行進(jìn)行靜力學(xué)分析，進(jìn)而得到回轉(zhuǎn)平臺(tái)的應(yīng)力云圖和位移矢量圖，從而發(fā)現(xiàn)回轉(zhuǎn)平臺(tái)在結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)上的缺陷部位與富余環(huán)節(jié)，為結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化和輕量化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

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

中圖分類(lèi)號(hào)：TU99;TH123 ?文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A

1引言

挖掘抽吸車(chē)主要應(yīng)用于市政環(huán)衛(wèi)和搶險(xiǎn)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(xiǎn)的問(wèn)題，同時(shí)可用于河道淤泥清理、狹窄地帶垃圾清理、物料泄漏清理、無(wú)損開(kāi)挖等場(chǎng)合。挖掘抽吸車(chē)主要由底盤(pán)、車(chē)架、臂架、動(dòng)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(tái)是挖掘抽吸車(chē)核心部件之一，其通過(guò)回轉(zhuǎn)減速機(jī)固定在罐體上，通過(guò)液壓馬達(dá)來(lái)驅(qū)動(dòng)實(shí)現(xiàn)臂架的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。回轉(zhuǎn)平臺(tái)采用整體焊接式結(jié)構(gòu)，由平臺(tái)主體和旋轉(zhuǎn)臂組成。本文重點(diǎn)研究某型挖掘抽吸車(chē)的回轉(zhuǎn)平臺(tái)，在典型 工況下對(duì)其進(jìn)行受力分析，并在此基礎(chǔ)上進(jìn)行有限元靜力學(xué)分析，在保證滿(mǎn)足使用要求的前提下，為轉(zhuǎn)臺(tái)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)進(jìn)一步優(yōu)化和輕量化設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。

2典型工況受力分析

挖掘抽吸車(chē)在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，先將車(chē)輛行進(jìn)至指定位置后，通過(guò)遙控操作臂架進(jìn)行施工作業(yè)。此時(shí)，臂架回轉(zhuǎn)平臺(tái)根據(jù)要求進(jìn)行旋轉(zhuǎn)到指定位置后，進(jìn)行管路連接，進(jìn)行挖掘抽吸作業(yè)。回轉(zhuǎn)平臺(tái)的典型工況可總體上可劃分為兩種工作狀態(tài)：

①在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，需要對(duì)臂架進(jìn)行舉升作業(yè)，擴(kuò)大作業(yè)范圍。根據(jù)實(shí)際工況要求進(jìn)行角度調(diào)整。

②在實(shí)際作業(yè)過(guò)程中，需要對(duì)臂架進(jìn)行伸縮作業(yè)，擴(kuò)大作業(yè)范圍。根據(jù)實(shí)際工況要求進(jìn)行范圍調(diào)整。

回轉(zhuǎn)平臺(tái)是挖掘抽吸車(chē)臂架裝置主承載結(jié)構(gòu)，臂架的設(shè)計(jì)參考起重機(jī)舉升臂相關(guān)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，加載時(shí)取安全系數(shù)1.5。

2.1 臂架舉升工況

臂架舉升時(shí)，為了得到轉(zhuǎn)臺(tái)處臂架安裝點(diǎn)所承受的最大力，我們將臂架舉升至最高點(diǎn)，對(duì)臂架整體進(jìn)行受力分析。受力簡(jiǎn)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(cè)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(duì)O點(diǎn)處的力矩平衡公式，計(jì)算出油缸拉力，O點(diǎn)水平方向受力，O點(diǎn)豎直方向受力。

2.2 臂架伸縮工況

臂架伸縮時(shí)，以臂架水平狀態(tài)下為研究對(duì)象，并對(duì)其進(jìn)行受力分析，受力簡(jiǎn)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(cè)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(diǎn)水平方向受力，O點(diǎn)豎直方向受力。

3臂架有限元仿真分析

首先在Creo中對(duì)臂架回轉(zhuǎn)平臺(tái)三維模型進(jìn)行簡(jiǎn)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(jiǎn)化后的模型保存成.IGES通用格式后導(dǎo)入ANSYS Workbench中，對(duì)網(wǎng)格進(jìn)行劃分，然后按照表1中各工況下受力進(jìn)行載荷的添加，最后求解，得到應(yīng)力和應(yīng)變?cè)茍D，并進(jìn)行分析。回轉(zhuǎn)平臺(tái)的網(wǎng)格劃分及各工況載荷添加及約束分別見(jiàn)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(shí)臂架回轉(zhuǎn)平臺(tái)的應(yīng)力和應(yīng)變?cè)茍D。由仿真云圖可知，臂架伸縮工況下回轉(zhuǎn)平臺(tái)應(yīng)力和位移最大。最大應(yīng)力集中在回轉(zhuǎn)平臺(tái)與舉升臂連接銷(xiāo)軸點(diǎn)，應(yīng)力值為301MPa，目前設(shè)計(jì)階段臂架回轉(zhuǎn)平臺(tái)材質(zhì)選用Q460C，計(jì)算安全系數(shù)460/301=1.53，符合強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。從仿真云圖可以看出，回轉(zhuǎn)平臺(tái)的應(yīng)力集中發(fā)生在旋轉(zhuǎn)臂架及連接處的銷(xiāo)軸連接等部位，其余部分受力較小，可以在模型細(xì)化階段對(duì)其結(jié)構(gòu)形式進(jìn)行優(yōu)化和輕量化設(shè)計(jì)。從位移云圖可知，臂架回轉(zhuǎn)平臺(tái)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(jì)需求。

4 結(jié)語(yǔ)

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

參考文獻(xiàn)

[1]于占波.海山機(jī)械：非破壞性挖掘技術(shù)探路者[J].商用汽車(chē).2016（11） ：64-65.

[2]王艷，陳以田，徐信芯等.旋挖鉆機(jī)回轉(zhuǎn)平臺(tái)主體結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化[J].建筑機(jī)械.2013.（2） ：79-82.

[3]賀雷，王淑婧，倪坤等.雙輪銑轉(zhuǎn)臺(tái)有限元靜力分析[J].建筑機(jī)械.2021（2）：62-64.

3575500589214