旋挖钻机回转平台主体结构分析及优化

《旋挖钻机回转平台主体结构分析及优化》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在工程资料-天天文库。

1、DESIGN&CALCULATION设计计算旋挖钻机回转平台主体结构分析及优化王艳，陈以田，徐信芯，焦生杰（长安大学机械工程学院，陕西西安710064）［摘要］以某型号旋挖钻机回转平台的箱型结构和工字梁结构为例，借助有限元仿真软件AN-SYSWorkbench对其进行有限元仿真分析，并对工字梁结构进行优化，使其在满足力学性能的前提下，减轻自重、节约原材料。［关键词］旋挖钻机；回转平台；箱型结构；工字梁结构；仿真；优化［中图分类号］TU67［文献标识码］B［文章编号］1001-554X（2013）02-0079-04Slewingplatformmainstructureana

2、lysisandoptimizationofrotarydrillingrigWANGYan，CHENYi-tian，XUXin-xin，JIAOSheng-jie旋挖钻机回转平台为整体焊接式结构，由回是动强度的影响不可忽略。转平台主体、左侧梁和右侧梁组成，其中左、右外侧纵梁采用D形管型材制造，回转平台主体结构形式有两种：“工字梁”型和箱型。本文以某型号旋5挖钻机转台主体的箱型结构和工字梁结构为研究对象，通过有限元分析，对工字梁结构进行优化，使6其在满足力学性能的前提下，减轻转台重量、节约4原材料。71旋挖钻机回转平台主体结构及改进839某型号旋挖钻机主要由底盘、回转平台、变

3、10幅机构、发动机系统、主副卷扬、钻桅、动力头、钻杆、钻具、驾驶室等部件组成。其结构如图1112所示。该钻机转台主体结构是由左右底板、左右纵121梁、左右立板、左右上板、左右后侧板、左右纵梁顶板和若干筋板等焊接而成的箱型结构，如图2所13示。这种结构所用板材较多，焊缝也较多。焊缝的14增加不仅会加大工艺的复杂性，而且会影响结构的1.钻具2.拉杆3.动力头4.加压油缸5.钻杆力学性能。因为焊接接头中不仅有应力集中（如角6.钻桅7.钻桅变幅油缸8.三角架9.动臂10.动臂变焊缝、对接焊缝的焊趾处），而且在这些部位也易幅油缸11.驾驶室12.主卷扬13.回转平台14.底盘产生缺陷，

4、存在焊接残余应力；其次，缺陷可能造图1旋挖钻机整体结构成提高整体应力水平、局部缺口效应、类裂纹缺陷［收稿日期］2012-08-15等方面的影响；最后，焊接残余应力的产生往往伴［通讯地址］王艳，西安市南二环中段长安大学工程机械随着焊接热循环引起的材料性能变化，对强度尤其学院CONSTRUCTIONMACHINERY2013.279设计计算DESIGN&CALCULATION度均能达到母材强度。转台所用材料为Q345钢，拉杆销轴动臂油缸销轴动臂销轴右纵梁右上板右立板筋板3弹性模量为206MPa；密度为7850kg/m；泊松比为右纵梁顶板0.3；屈服强度σs=345MPa，安全系数

5、n=1.25。采右后侧板主卷扬支架用自由网格划分方法，并在应力集中部位逐步细化网格，建立转台网格模型。4静力学仿真结果分析底封板右底板回转平台和钻机底架通过回转支承连接，在分析过程中将回转支承设置为固定约束；左右拉图2箱型转台主体结构杆、左右动臂油缸和动臂通过销轴作用在回转台鉴于以上原因，将该型号钻机的转台主体结上的力是施加在销轴表面的轴承载荷，由于钻机在构改为常用的结构形式——工字梁结构。该结构的工作过程中要受到各种冲击的影响，如在起始提主梁只由左右纵梁、左右顶板和一个底板组焊而钻时，起升质量产生的附加加速度会产生惯性力，成，如图3所示，这样可减少焊缝的数量，避免许对结构产

6、生动应力，在埋钻或卡钻时也会产生动应多由焊接带来的结构缺陷。力，故需对计算载荷乘以动载荷系数，参照《起重拉杆销轴动臂油动臂机设计规范》并结合实际经验，此处取为2；由于右副纵梁纵梁顶板缸销轴销轴右纵梁卷筒支座固定在转台的主卷扬支架上，所以将钢丝主卷扬支架绳拉力作用在主卷扬支架的上表面；转台自身重力由ANSYSWorkbench自动计算得出。经计算，每个拉杆对转台的压力为200kN，其方向与垂直方向成30.3°；每个动臂油缸对转左纵梁底板台的压力为490kN，其方向与垂直方向成17.2°；后封板动臂对转台的作用力为X=-400kN，Z=380kN（以钻机回转中心为原点，钻机前方为

7、X轴正方向，钻图3工字梁转台主体结构机右方为Y轴正方向，垂直向上的方向为Z轴正方向）；配重的重量为86kN；主卷扬自重为28kN；2旋挖钻机的工况分析与选择主卷扬钢丝绳拉力取液压系统所能提供的最大提升旋挖钻机的工况复杂，主要包括钻具下放工力，为230kN，与竖直方向成26.3°。用有限元软况、加压钻掘工况、钻机提升工况、回转卸土工况件ANSYSWorkbench对转台的两种有限元模型进等。其中，钻机提升工况是旋挖钻机的主要工况，行强度和刚度分析。计算结果如图4和图5所示。也是危险工况。当变幅动臂处于水平