旋挖钻机转盘开裂问题的分析和结构优化

□ 赫澜涛

柳工常州机械有限公司 江苏常州 213000

1 开裂情况

旋挖钻机广泛应用于公路、桥梁、高层建筑等基础建设施工中,施工环境恶劣,地质工况复杂。旋挖钻机主要由回转平台、底盘、钻杆、钻具、桅杆、动力系统、热平衡系统等组成,结构如图1所示。旋挖钻机钻进时,作用力通过桅杆直接传递至支撑桅杆的转盘上,转盘的强度直接影响旋挖钻机的工作效果。根据售后部门反馈,旋挖钻机转盘的根部曾经发生过开裂故障,开裂位置如图2所示。转盘开裂的位置有两处,一处是在轴套两端,另一处是在下端大筋板根部。针对转盘开裂故障,笔者基于ANSYS Workbench软件进行受力仿真分析,进而实现转盘结构的优化设计。

2 工况分析

旋挖钻机钻进时,若遇到硬质地层,则需要加压油缸不断增大加压力,以保证钻头持续钻进。加压到一定程度后,旋挖钻机将出现翘头现象。此时,整个旋挖钻机的重力将由钻头和履带后侧承担。在这一工况下,履带后端为支点,旋挖钻机达到力矩平衡,钻头受到的支反力最大,经过桅杆传递后,支撑桅杆的转盘的受力也最大。另一方面,旋挖钻机工作过程中,振动等会对转盘产生冲击载荷。由此,重点对以上工况进行转盘受力仿真分析。

3 有限元建模

应用CREO软件对旋挖钻机进行三维建模,由ANSYS Workbench软件施加载荷和约束,并进行网格划分。旋挖钻机模型较为复杂,且圆角等细节会降低有限元分析的效率,因此对旋挖钻机模型进行简化,简化原则如下：① 转盘及与转盘强相关的结构和实际结构保持一致,其它结构适当简化；……