挖掘抽吸車回轉平臺有限元仿真分析

吳野 韓松峰 景藜 王靜

摘 ?要：本文在對挖掘抽吸車的作業特點進行分析的基礎上，選取臂架舉升和臂架伸縮兩個典型的作業工況對抽吸臂架回轉平臺進行受力分析，并在設計階段搭建力學模型，并運用ANSYS Workbench對回轉平臺進行進行靜力學分析，進而得到回轉平臺的應力云圖和位移矢量圖，從而發現回轉平臺在結構設計上的缺陷部位與富余環節，為結構設計進一步優化和輕量化設計提供了理論依據。

關鍵詞：挖掘抽吸車;回轉平臺;ANSYS Workbnech;仿真分析

中圖分類號：TU99;TH123 ?文獻標識碼：A

1引言

挖掘抽吸車主要應用于市政環衛和搶險救援領域，解決城市下水管道堵塞疏通以及城市內澇搶險的問題，同時可用于河道淤泥清理、狹窄地帶垃圾清理、物料泄漏清理、無損開挖等場合。挖掘抽吸車主要由底盤、車架、臂架、動力系統、罐體總成、疏通系統、液壓系統、電控系統等部分組成。其中，回轉平臺是挖掘抽吸車核心部件之一，其通過回轉減速機固定在罐體上，通過液壓馬達來驅動實現臂架的回轉運動?；剞D平臺采用整體焊接式結構，由平臺主體和旋轉臂組成。本文重點研究某型挖掘抽吸車的回轉平臺，在典型 工況下對其進行受力分析，并在此基礎上進行有限元靜力學分析，在保證滿足使用要求的前提下，為轉臺的結構設計進一步優化和輕量化設計提供了理論依據。

2典型工況受力分析

挖掘抽吸車在實際作業過程中，先將車輛行進至指定位置后，通過遙控操作臂架進行施工作業。此時，臂架回轉平臺根據要求進行旋轉到指定位置后，進行管路連接，進行挖掘抽吸作業。回轉平臺的典型工況可總體上可劃分為兩種工作狀態：

①在實際作業過程中，需要對臂架進行舉升作業，擴大作業范圍。根據實際工況要求進行角度調整。

②在實際作業過程中，需要對臂架進行伸縮作業，擴大作業范圍。根據實際工況要求進行范圍調整。

回轉平臺是挖掘抽吸車臂架裝置主承載結構，臂架的設計參考起重機舉升臂相關設計標準，加載時取安全系數1.5。

2.1 臂架舉升工況

臂架舉升時，為了得到轉臺處臂架安裝點所承受的最大力，我們將臂架舉升至最高點，對臂架整體進行受力分析。受力簡圖如圖1所示。其中：抽吸力，臂架自重及軟管重量及物料總重，在三維模型中可測得油缸載荷與豎直方向的夾角，臂架處于平衡狀態。根據各力對O點處的力矩平衡公式，計算出油缸拉力，O點水平方向受力，O點豎直方向受力。

2.2 臂架伸縮工況

臂架伸縮時，以臂架水平狀態下為研究對象，并對其進行受力分析，受力簡圖如圖2所示。抽吸力，臂架自重及軟管重量及物料總重，在三維模型中可測得載荷與豎直方向的夾角，臂架處于平衡狀態。根據臂架受力平衡公式可得，O點水平方向受力，O點豎直方向受力。

3臂架有限元仿真分析

首先在Creo中對臂架回轉平臺三維模型進行簡化處理，刪除與仿真關聯不大的部件，刪除所有焊接處坡口和軸連接處安裝導向倒角。將簡化后的模型保存成.IGES通用格式后導入ANSYS Workbench中，對網格進行劃分，然后按照表1中各工況下受力進行載荷的添加，最后求解，得到應力和應變云圖，并進行分析。回轉平臺的網格劃分及各工況載荷添加及約束分別見圖3、圖4和圖5。

圖6和圖7分別是臂架舉升和臂架伸縮時臂架回轉平臺的應力和應變云圖。由仿真云圖可知，臂架伸縮工況下回轉平臺應力和位移最大。最大應力集中在回轉平臺與舉升臂連接銷軸點，應力值為301MPa，目前設計階段臂架回轉平臺材質選用Q460C，計算安全系數460/301=1.53，符合強度設計要求。從仿真云圖可以看出，回轉平臺的應力集中發生在旋轉臂架及連接處的銷軸連接等部位，其余部分受力較小，可以在模型細化階段對其結構形式進行優化和輕量化設計。從位移云圖可知，臂架回轉平臺的形變集中在旋轉臂端部，最大的位移形變量為0.65mm，位移量很小，符合設計需求。

4 結語

本文在對挖掘抽吸車的作業特點進行分析的基礎上，選取臂架舉升和臂架伸縮兩個典型的作業工況對抽吸臂架回轉平臺進行仿真分析，得到回轉平臺應力分布和整體形變情況?；剞D平臺的應力集中發生在旋轉臂架及連接處的銷軸連接等部位，其余部分受力較小，有較大的設計富余量，為結構設計進一步優化和輕量化設計提供了理論依據。

參考文獻

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