旋挖钻机部件结构改进与结构优化

摘要

旋挖钻机常出现在大型基础设施的建设工地上，用于开钻不同半径与各种深度的桩基孔。相比于人工成孔，旋挖钻机具有施工效率高，环保性能好等优点。经过多年的发展，目前市场上的旋挖钻机已经在工程建设中得到了的广泛的应用，基本实现产品功率、扭矩以及开钻半径等参数的系列化。
　　使用有限元法对工业产品进行分析，在设计阶段对产品的各项性能进行模拟，可以依据分析结果对产品进行改进，节约成本，缩短产品开发时间。
　　首先，本文以旋挖钻机为研究对象，使用ANSYS中的APDL语言建立了基于整机的参数化有限元模型，可以通过参数调节零部件的关键尺寸以及不同工况下整机的姿态。其次，通过对整机进行了现场应力测试，得到模拟值与实际测试值绝对误差在15MPa内，从而证明了模型建立的精度能够满足要求，然后对该型号旋挖钻机在实际工作过程中可能出现的提升钻杆钢丝绳突然脱落的情况进行了瞬态响应分析，得到了过程中钻桅Ⅱ的历史应力分布，并依据分析结果对钻桅Ⅱ危险部位进行了结构改进，使该区域等效应力由368MPa降至252MPa；最后使用子模型法思想与拓扑优化原理对三角架的原始设计方案进行改进，改进了原有结构存在的应力集中现象，并在满足设计要求的前提下减轻了该部件的重量达12.9％，并使改进后的三角架应力分布更为均匀。

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第1章 绪 论

1.1课题来源及研究意义

1.2旋挖钻机发展现状

1.3旋挖钻机分析研究现状

1.4论文主要研究内容

第2章 旋挖钻机整机有限元模型的建立

2.1旋挖钻机结构与工作原理

2.2有限单元法基本理论

2.3基于ANSYS的整机有限元模型建立

2.4本章小结

第3章 旋挖钻机试验研究

3.1试验仪器选定

3.2试验方案确定

3.3试验结果分析与模型精度验证

3.4本章小结

第4章 断绳响应瞬态分析与钻桅II结构改进

4.1瞬态动力学分析简介

4.2断绳响应模拟

4.3断绳响应结果分析

4.4钻桅II结构改进

4.5本章小结

第5章 变幅机构三角架结构优化设计

5.1子模型原理与结构优化技术简介

5.2三角架结构优化设计

5.3三角架优化设计方案可行性研究

5.4本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果

致谢