基于有限元法的基坑开挖钻机结构分析研究

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　　摘  要：使用ANSYS有限元方法对JT-50轻型组合式基坑开挖钻机的机架和底座在工作过程中的受力情况进行静力分析，包括计算模型的建立、计算载荷的确定、单元确定和网格划分、数据分析等，得出机架和底座的应力云图和位移云图，验证了机架和底座的结构稳定性。
　　关键词：基坑开挖钻机;机架与底座;有限元法;应力云图;位移云图
　　中图分类号：U215.6 文献标志码：A 文章编号：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型基坑开挖钻机是专门针对高原山地的基坑开挖机械化作业的机具，可用于大孔径挖孔灌注桩基础，有效提高了交流输电线路工程施工机械化程度及施工效率，从根本上解决了挖孔桩基础施工的难题。工作装置在工作过程中其运动和受力情况比较复杂，主要体现在工作过程中每一个运动都是由2个或2个以上的部件参与，以及在开挖过程中受拉压、扭转与震动冲击等多种载荷的作用。
　　本文以ANSYS有限元分析软件为平台，采用有限元方法对JT-50型基坑开挖钻机的机架及底座进行建模并进行静力学计算分析，对作业机具的机架及底座结构稳定性进行验证。
　　1 机架及底座静力学计算
　　 模型建立的过程中，对于与机架强度影响不大的部分采用简化处理或等效处理，并将原设计中的部分细节结构删除。
　　由于机架结构复杂，采用Solid45单元，网格划分精度设定为5，自动网格划分。机架结构划分为4451995个单元，1189061个节点。
　　1.1 扭转载荷
　　1.2 轴向载荷
　　 轴向载荷施加在两个支腿上，每个支腿所承担的轴向载荷为总轴向载荷的一半。液压系统对钻杆所施加的轴向进给载荷为80kN。
　　2 有限元计算结果及分析
　　 在ANSYS对机架有限元模型进行静力学求解，得到机架的位移云图与应力云图。图1为机架在y方向位移云图及最大位移发生部位图，图2为机架的合成等效位移云图及等效位移最大部位位置图。
　　3 结论
　　从机架的位移云图和应力云图可知，机架在载荷作用下的位移与应力都比较小。机架整体变形及应力主要是由于扭转载荷作用引起的。
　　通过有限元分析可知，机架在工作过程中没有发生较大的位移，产生的最大应力小于材料的许用应力，变形在弹性范围内，机架的结构稳定性得到进一步验证，满足设计要求。
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