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混凝土浇筑机主车结构设计及稳定性分析

摘要：主要分析了在混凝土浇筑机施工过程当中出现的各种工

况，以及应用ansys软件对危险工况下混凝土浇筑机进行应力分析。

保证混凝土浇筑机在各种工况下有很好的稳定性，为混凝土浇筑机

的研制提供了可靠的依据。

关键词：混凝土浇筑机；有限元分析；应力分析；稳定性

概述

双块式无砟轨道施工在我国尚处于起步阶段，经验不足。经过对

同类施工尤其是混凝土浇注工艺的分析，认为应用传统的混凝土泵

送，以及人力捣筑的办法将无法满足双块式无砟轨道施工工艺要

求。低坍落度的混凝土不适宜混凝土泵送；道床板比较厚且截面为

变截面，泵送会引起浇注不均并容易污染轨枕和扣件；人工捣筑会

容易带来振捣不均，对轨道道床的精度影响较大的问题；施工效率

很低，不能满足基本的浇注速度要求。混凝土浇筑机就是应用于双

块式无砟轨道道床板的铺设机械。其主车结构如图1所示。

1.驾驶室2.回转支撑3.布料器4.z型支架5.螺旋输送器6.主车

架

7.水箱8.前走行9.后走行

1计算荷载及材料选择

1.1计算荷载包括：

计算时模型施加载荷位置和约束情况如图4所示，施加的荷载的

大小为：

1.1.1主车架自重（6500kg）、配重（2500kg），肢腿自重（600kg/

个），螺旋输送器自重。

1.1.2水箱自重按集中荷载施加（均布在6个点上，125kg/个）。

1.1.3螺旋输送器中混凝土分为两部分，接料口存有0.2m3混凝

土（500kg），螺旋输送器中混凝土按均布力考虑，总容积1.8m3，

通过实验可得到填充系数不大于0.3，故输送器中混凝土总荷载为

1.8×0.3×2500=1320kg；螺旋输送器按自重施加1500kg。

1.1.4前挂点荷载：旋转转台2t，混凝土1.2m3，布料器自重

1050kg，驾驶室计入0.7t（悬吊），所有荷载按两个集中力施加于

油缸悬挂点。前挂点荷载总荷载：2+1.2×2500+1050+700=6750kg。

1.2结构主要材料包括：

1.2.1主车架：q345矩形方管260mm×260mm×11mm

1.2.2z型支架：q345矩形方管200mm×200mm×11mm

1.2.3z型支架销轴：40cr70mm

1.2.4螺旋输送机为：1cr18ni9

2工况分析

浇筑机的走行工况有水平面走行和倾斜面走行两种工况，前者是

在直线段和桥梁隧道超高段施工，后者则是在路基超高段施工。在

下部超高（正向接料）时由于超高的影响混凝土浇筑机会有比较大

的侧偏，侧偏引起的横向重力分量较大，再加之螺旋接料和送料的

影响，倾覆力矩较大；由此可见，混凝土浇筑机在下部超高且在正

向接料时处于最危险状态。下面将对这种危险工况进行结构计算。

3有限元分析

3.1建立有限元模型并施加载荷及约束

混凝土浇筑机工况复杂，为了达到更安全又经济的目的就需要对

车架进行空间的完整的受力分析和更精确的强度、刚度计算，因此

需要借助于浇筑机ansys有限元分析的整体模型（如图3）。在ansys

软件中，按图纸建立的1∶1实体模型，共划分成901个单元，生

成1979个节点。矩形管通过beam189单元的实常数定义；加强筋

和支撑的截面通过ansys软件的前处理模块的梁截面工具定义。

3.2计算结果

主车架应力及应变云图如图5和6所示。根据应力云图和位移云

图可以看出，主车架结构危险处的最大应力为232mpa，最大应力

出现在z型支架前部销轴处；最大位移出现在螺旋输送机端部，最

大位移为60mm，车架本身最大变形为7mm。

4稳定性分析

考虑到最危险状态下，以及非正常操作的可能性，四个支腿的支

反力分别为：490kg、665.4kg、12900kg以及4384kg。

5结束语

经过以上计算结果可以得出：（1）混凝土浇筑机在正常施工过程

中稳定性符合要求。（2）根据混凝土浇筑机主车模型有限元分析结

果可知主车架最大应力值23