基于有限元法的基坑開挖鉆機結(jié)構(gòu)分析研究

劉建鋒 高曉莉 李林峰 馬守鋒

摘? 要：使用ANSYS有限元方法對JT-50輕型組合式基坑開挖鉆機的機架和底座在工作過程中的受力情況進行靜力分析，包括計算模型的建立、計算載荷的確定、單元確定和網(wǎng)格劃分、數(shù)據(jù)分析等，得出機架和底座的應力云圖和位移云圖，驗證了機架和底座的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性。

關(guān)鍵詞：基坑開挖鉆機;機架與底座;有限元法;應力云圖;位移云圖

中圖分類號：U215.6 文獻標志碼：A 文章編號：2095-2945（2019）14-0046-02

Abstract： Using ANSYS finite element method （FEM）， this paper makesa static analysis of the working process of the JT-50 light combined excavation drill rack and base， including the establishment of calculation model， the determination of computational load， unit identified and meshing， data analysis， etc.， so as to draw thestress nephogram and displacement nephogramof the frame and the base， which verifies the structural stability of base and frame.

Keywords： excavation drill; frame and base; finite element method （FEM）; stress nephogram; displacement nephogram

引言

JT-50型基坑開挖鉆機是專門針對高原山地的基坑開挖機械化作業(yè)的機具，可用于大孔徑挖孔灌注樁基礎(chǔ)，有效提高了交流輸電線路工程施工機械化程度及施工效率，從根本上解決了挖孔樁基礎(chǔ)施工的難題。工作裝置在工作過程中其運動和受力情況比較復雜，主要體現(xiàn)在工作過程中每一個運動都是由2個或2個以上的部件參與，以及在開挖過程中受拉壓、扭轉(zhuǎn)與震動沖擊等多種載荷的作用。

本文以ANSYS有限元分析軟件為平臺，采用有限元方法對JT-50型基坑開挖鉆機的機架及底座進行建模并進行靜力學計算分析，對作業(yè)機具的機架及底座結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性進行驗證。

1 機架及底座靜力學計算

模型建立的過程中，對于與機架強度影響不大的部分采用簡化處理或等效處理，并將原設(shè)計中的部分細節(jié)結(jié)構(gòu)刪除。

由于機架結(jié)構(gòu)復雜，采用Solid45單元，網(wǎng)格劃分精度設(shè)定為5，自動網(wǎng)格劃分。機架結(jié)構(gòu)劃分為4451995個單元，1189061個節(jié)點。

1.1 扭轉(zhuǎn)載荷

1.2 軸向載荷

軸向載荷施加在兩個支腿上，每個支腿所承擔的軸向載荷為總軸向載荷的一半。液壓系統(tǒng)對鉆桿所施加的軸向進給載荷為80kN。

2 有限元計算結(jié)果及分析

在ANSYS對機架有限元模型進行靜力學求解，得到機架的位移云圖與應力云圖。圖1為機架在y方向位移云圖及最大位移發(fā)生部位圖，圖2為機架的合成等效位移云圖及等效位移最大部位位置圖。

3 結(jié)論

從機架的位移云圖和應力云圖可知，機架在載荷作用下的位移與應力都比較小。機架整體變形及應力主要是由于扭轉(zhuǎn)載荷作用引起的。

通過有限元分析可知，機架在工作過程中沒有發(fā)生較大的位移，產(chǎn)生的最大應力小于材料的許用應力，變形在彈性范圍內(nèi)，機架的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性得到進一步驗證，滿足設(shè)計要求。

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