旋挖钻机上车转盘有限元分析王洪峰1张海军2王美3内蒙古北方.doc

旋挖钻机上车转盘有限元分析 王洪峰1，张海军2，王美3 内蒙古北方重型汽车股份有限公司，内蒙古包头，=0.3，结构划分9702个单元，19614个节点，如图： 图1-2 上车转盘的有限元模型图 2. 工况及载荷的确定 上车转盘在实际工作中受力情况较复杂，但在众多的工况中，对上车转盘强度影响最大的主要是弯曲、扭转和制动三个工况，其它工况对上车转盘结构的强度和使用寿命影响相对小一些。因此，一般选取上述三种工况进行分析，上述三种工况分为主卷扬深孔提钻、上车回转制动、整机爬坡，对以上三种工况进行静力分析。 2.1 边界条件的模拟 边界约束的模拟是上车转盘分析中的另一个重要环节，约束模拟的正确与否是计算成败的关键。约束模拟必须遵循以下原则： 1）要有足够的约束使结构消除刚体运动的可能，从而保证刚度矩阵非奇异，获得位移的确定解。 2）不得有多余的约束。因为多余的约束会使结构产生实际不存在的附加约束力，从而增加部件的计算刚度，使计算结果失真。 在进行实际工况下的强度计算时，处理位移边界条件主要考虑整个上车转盘的支承受力情况：上车转盘与上车架通过销轴连接，上车转盘与下车通过回转支承连接，约束须保持受力平衡，若这种模型比较符合实际使用工况，处理得当，计算结果将比较好的反映结构的真实情况。 2.2 主卷扬深孔提钻 以主卷扬最大拉力20吨深孔提钻，包括整车其它部件重量，此时上车转盘支耳承受最大70吨力，假设四个支耳平均受力，以下为此种工况的应变应力图: 图2-1 整体等效应力图 图2-2 总的位移图 通过以上应力、应变图可以看出与实际情况一致，最大应力位置在上车转盘与回转支承连接处，最大应力为163MPa，与实际材料的最大屈服应力相比该值比较小；最大位移发生在上车转盘拐角处，最大应变为1.158mm，变形也很小。 2.3 上车回转制动 旋挖钻机钻头打满土后，主卷扬把钻头提出孔内，钻机回转进行倒土过程，上车制动过程中，上车转盘承受转矩，此时上车总重为52吨，转速为2.5r/min,制动时间为5s。上车转盘主要受力集中在中间两支耳上。以下为此种工况的位移与应力图: 图2-3 X方向的位移 图2-4 Z方向的位移 图2-3 Y方向的位移 图2-4 总的位移 图2-5 X方向应力图 图2-6 Y方向应力图 图2-7 Z方向应力图 图2-8 整体等效应力图 通过以上应力、应变图可以看出与实际工况一致，最大应力位置在上车转盘与回转支承连接处，最大应力为70.6MPa，其它方向的应力应变都小于总体应力应变值，与实际材料的最大屈服应力相比该值很小；最大应变发生在上车转盘拐角处，最大位移为0.483mm，变形也很小。 2.4 整机爬坡 钻机在爬30°坡时，整机重量为50吨，上车转盘主要承受上车对其的弯矩，此时受力也主要集中在上车转盘中间两支耳上，以下为此种工况的应变应力图: 图2-10 整体的位移 图2-11 整体等效应力图一 图2-12 整体等效应力图二 通过以上应力、应变图可以看出与实际工况一致，最大应力位置在上车转盘与回转支承连接处，最大应力为34.6MPa，与实际材料的最大屈服应力相比该值很小；最大应变发生在上车转盘拐角处，最大位移为0.213mm，变形也很小。 3. 结束语 通过对所选定工况的计算和分析可知： 1）上述三种工况分为主卷扬深孔提钻、上车回转制动、整机爬坡，对以上三种工况进行静力分析，通过有限元分析结果可以看出计算结果与实际受力工况一致。 2）此次分析对其它旋挖钻机部件分析的具有一定的参考价值。 3）有限元分析可以快速的评价结构的强度、刚度，为产品的升级、研发设计提供可靠的理论依据。 5