旋挖钻机立柱的有限元分析及可靠性探讨

【摘要】：旋挖钻机是一种新型的基础施工机械。旋挖钻机以自身的众多优点,在灌注桩施工机械中成为主流产品。因此,对它的主要结构——立柱进行研究是有重要意义的。　 立柱是钻机的重要组成部分之一。目前,关于立柱结构理论分析方面的资料很少,国内各厂家只是根据各自的产品系列,生产各种产品,对其并没有进行综合地分析和阐述。对于立柱结构分析,采用传统的材料力学方法很难求得解析解,且要对结构作较大的简化,造成计算结果误差大。目前,经常采用加大安全系数的方法以保证结构的安全可靠运行,结果使结构尺寸加大,浪费材料,增加制造成本。有限元法具有计算速度快、精度高的特点。通过有限元分析计算,设计人员在设计阶段就能清晰地了解到构件每一点的应力、应变及位移、构件的稳定性,同时可方便地对结构作反复的修改,达到优化设计的目的。在保证立柱结构安全可靠运行的条件下,降低制造成本,提高设计制造的效率。 本文对不同形式的立柱结构,不同的截面形式,都作了详细的分析比较, 在此基础上总结出了箱形截面立柱的优缺点。在有限元模型的建立、载荷计算、边界条件确定、网格划分等方面作了深入的探讨。本文完成的主要工作如下: 1、对立柱结构进行了分析,在建模过程中,利用草图镜像、特征镜像等工具,简化了造型过程; 2、对立柱的几种危险工况:起架、提钻、钻孔工况进行分析,并对几种工况下立柱所受的各种载荷进行了计算。通过 SolidWorks 软件中的检测功能,准确测定了立柱鹅头等部件的质量及重心位置; 3、对立柱采用 COSMOS/Works 软件进行了有限元分析,输出了应力、位移、变形云图、检测了有关数据,对计算结果作了详细地分析和说明;用材料力学的方法对个别工况进行了解析计算,将分析结果与有限元结果进行了比较,验证了有限元模型的正确性和有限元分析结果的可靠性; 4、对立柱进行稳定性分析,分析结果表明,立柱稳定失效的形式是属于局部变形,但立柱是稳定的; 5、应用极限状态理论,探讨了立柱可靠性确认其结构是合理的。 通过有限元的力学仿真分析,为整个立柱的结构选型、结构参数确定及提高立柱的整体稳定性、降低成本,提供了可信赖的科学依据。