SolidWorks专区  |  新闻  |  文库  |  资料  |  案例  |  有问必答  |  视点  |  进阶  |  渠道  |  博客  |  电子周刊 |  视频 |  百味书屋

基于SolidWorks的液压凿岩台车伸缩臂有限元分析

发表时间: 2017/10/11 作者: 成学东 来源: 互联网
对液压凿岩台车关键变位机构伸缩臂的极限位置进行静力分析,基于SolidWorks平台对液压凿岩台车伸缩臂进行了三维重构,并采用有限元分析理论对伸缩臂结构进行了应力、变形分析。以此为指导设计制造了液压凿岩台车伸缩臂,应用结果表明,该伸缩臂符合实际工况需求,可靠性强,安全度高,可为同类结构的设计提供参考。
 

0 引言

    液压凿岩台车是机电液一体化的大型凿岩设备,广泛应用于采矿、水电、道路、桥梁建设等工程。相较于同级气动凿岩钻机,液压凿岩台车具有明显优势,其效率提升显著,钻孔速度更快,同时对工作环境较为友好,随着社会经济快速发展,液压凿岩台车的种种优势使其在凿岩工程设备中占有一席之地。钻臂是液压凿岩台车的重要承载机构,凿岩设备、偏摆装置通过钻臂与液压凿岩台车机身连接,同时,钻臂也是液压凿岩台车的重要变位机构,通过钻臂的举升、偏摆以及伸缩进行变位。

    本文研究对象为某型单臂液压凿岩台车,其大臂与车体交接,悬臂端承载钻杆库、凿岩机、导轨、回转马达等附件,用于环形爆破面穿孔作业,其最大有效载荷为29784N ,有效伸缩行程1200mm,缸径250mm ,缸筒直径330mm。其主要载荷形式为径向与钻臂垂直。

    钻臂作为承载液压凿岩台车工作机构的主要工作部件,其主要结构形式为伸缩油缸式,一端与机体铰接,一端承载钻杆库、回转机构和凿岩机等主要工作机构。同时根据液压凿岩台车工作形式,钻臂需要覆盖尽可能大的工作范围,因此悬臂式钻臂是液压凿岩台车结构系统中的关键部件。其结构稳定性和安全性尤其重要。所以需要对伸缩臂进行静力学分析,以确保其工作能力及可靠性符合设计要求。

    对于此类悬臂大负载承载机构,业内普遍应用有限元分析法对其进行静力学分析。有限元分析法其突出特点是可以通过对连续体的离散化,将连续体离散成有限个单元,对有限个单元进行插值求解以解决各种实际问题。在工程实际中,大多数问题无法得到解析,而有限元分析法得到的近似解计算精度较高,因此成为广泛应用的分析方法。

    随着计算机技术的发展,涌现了一批可以进行有限元分析的工程软件,极大方便了工程人员进行建模分析。本文基于SolidWorks对液压凿岩台车关键机构伸缩臂进行三维建模,并利用simulation插件对其进行静力分析,确保其可靠性。

1 伸缩臂及套筒的三维重建

    伸缩臂是液压凿岩台车的关键变位机构及承载机构,液压凿岩台车的连续性工作对其可靠性要求高。

    液压凿岩台车工作过程中需要由大臂承载大部分工作载荷,承载时间长,载荷大。因此伸缩臂的结构稳定性和安全性对液压凿岩台车的性能影响重大。同时由于液压凿岩台车需要准确实现布孔定位工作,因此其工作过程中的结构位移变化也对液压凿岩台车工作稳定性与可靠性具有重要影响。

    为满足液压凿岩台车实际工作需求,满足国内主流矿山采场需求,尽可能覆盖采场工作面,因此其行程根据设计需求应达到1200mm 。如图1所示,伸缩臂由伸缩臂主体,平键以及臂套构成,伸缩臂主体的左端连接工作机构,右端套人臂套中,通过臂套与钻臂大臂连接。

    1

    在建立三维模型时,可对结构主体进行适当简化,在不影响结构型式与结构强度的前提下对明显不影响分析的特征进行简化,如倒角等,可大幅减小后续的网格化以及静力分析的运算量以及难度,同时确保不影响最终的分析结果。

    进行静力学分析的目的是确保伸缩臂的可靠性,故选取合适位置是三维建模的基础。根据凿岩台车工作情况,当伸缩臂主体伸出至极限位置时,连接处受力最大、结构最危险,因此,以伸出极限位置进行建模,基于实际应用环境建立三维模型如图2所示。

    2

    通过对液压凿岩台车伸缩臂进行三维重构,确定模型结构尺寸,对各结构件材料进行设定,方便后续进行有限元分析,依据工程经验和实际设计情况,设定伸缩臂主体材料为40Cr。该材料强度高,加工性能好,在工程应用领域使用广泛。

 




责任编辑:郝秋红