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混凝土泵車作為一種常見的建筑施工機(jī)械，具有施工效率高、對環(huán)境污染少等眾多的優(yōu)點(diǎn)，已經(jīng)被廣泛的應(yīng)用在橋梁、電廠、鋼廠、水處理廠等大型設(shè)備和一些高層建筑中。為了適應(yīng)市場的需求，2004年，開發(fā)出國內(nèi)首創(chuàng)的前伸縮后擺動型支腿的40 m級混凝土泵車，其優(yōu)點(diǎn)是適宜在狹窄工地的施工。
回轉(zhuǎn)底座是混凝土泵車中的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)件之一，上部連接混凝土布料臂架，下部與汽車底盤相連接。如圖所示，該回轉(zhuǎn)底座前端部連接伸縮型支腿，后部連接擺動型支腿，結(jié)構(gòu)獨(dú)特，受力復(fù)雜，用一般解析法無法進(jìn)行受力分析。為了系統(tǒng)直觀地反映整個(gè)回轉(zhuǎn)底座的應(yīng)力變化趨勢，運(yùn)用ANSYS分析軟件對其進(jìn)行有限元分析。
混凝土泵車工作時(shí)，位于回轉(zhuǎn)底座上部的布料臂架在水平面內(nèi)360°全回轉(zhuǎn)，同時(shí)各節(jié)臂桿在垂直平面內(nèi)自由轉(zhuǎn)動。綜合泵車的整個(gè)工況，當(dāng)各節(jié)臂桿與水平面平行，進(jìn)行水平狀態(tài)泵送布料工作時(shí)，回轉(zhuǎn)底座承受的傾覆彎距最大，回轉(zhuǎn)底座的應(yīng)力最大，布料臂方向支腿受力也最大，當(dāng)圖中所示的口角恰好為鈍角132.7°時(shí)針?biāo)愫蟮贸�，與布料臂相反方向的支腿抬起該支腿力為零，整車的支承形式變?yōu)槿c(diǎn)支承，此時(shí)D支腿受力最大。由于D支腿為伸縮型支腿，其與回轉(zhuǎn)底座的連接處將承受較大的擠壓應(yīng)力，此時(shí)回轉(zhuǎn)底座局部受力最惡劣，對該工況進(jìn)行詳細(xì)分析，足以看出回轉(zhuǎn)底座的應(yīng)力分布及變化趨勢。
該回轉(zhuǎn)底座屬于典型的板殼單元結(jié)構(gòu)，因此實(shí)體結(jié)構(gòu)采用了4節(jié)點(diǎn)板殼線彈性單元模型SHELL63單元即可撐彎板殼單元進(jìn)行網(wǎng)格劃分，單元類型為四邊形單元或三角形單元，建立有限元模型所遵循的原則如下：1)各板件厚度方向的位置以板厚中分面來確定；2)為提高計(jì)算的運(yùn)行速度，油口、小工藝孔對計(jì)算結(jié)果影響很小，在建立有限元模型時(shí)忽略；3)為保證焊接工藝而設(shè)計(jì)的板邊緣，對計(jì)算結(jié)果分析；4)為提高元件劃分的優(yōu)良率，對為避免應(yīng)力集中而采用的倒圓角或板的折彎圓弧，也未考慮在內(nèi)。
回轉(zhuǎn)底座的有限元模型采用了PRO/E及ANSYS軟件通過PREP多種技術(shù)處理及修復(fù)，局部應(yīng)力集中點(diǎn)采用2倍及4倍的網(wǎng)格細(xì)化，總共劃分357個(gè)面，57197個(gè)節(jié)點(diǎn)，47026個(gè)單元，如圖所示。
一般汽車起重機(jī)車架泵車回轉(zhuǎn)底座的結(jié)構(gòu)形式等同于汽車起重機(jī)的車架的有限元計(jì)算，大多采用以四支腿作為約束點(diǎn)，然后在均布的螺栓孔上施加線性分布力。實(shí)際工作中，回轉(zhuǎn)支承部位設(shè)計(jì)較為剛性，上下車通過高強(qiáng)度螺栓緊密地連接。在總體工況已計(jì)算出支腿反力的情況下，完全可以采用約束螺栓孔的辦法計(jì)算回轉(zhuǎn)底座的應(yīng)力分布，這樣一次就可以得出與支腿連接處的局部應(yīng)力。
有限元的應(yīng)力、應(yīng)變分布云圖，在多板交叉尖點(diǎn)出現(xiàn)了應(yīng)力集中實(shí)際情況，這些區(qū)域都進(jìn)行了圓弧處理及圓滑過渡，其附近區(qū)域應(yīng)力值顯著下降，其余大部分應(yīng)力均在460MPa以內(nèi)。由圣維南定理可知：應(yīng)力集中點(diǎn)對較遠(yuǎn)處應(yīng)力不受影響。因此，回轉(zhuǎn)底座的應(yīng)力分布合理，符合實(shí)際工作工況。
從有限元分析也可以看出，多板交叉尖點(diǎn)的應(yīng)力值與其附近區(qū)域應(yīng)力值相比較，呈幾何基數(shù)增加。這就要求焊接中嚴(yán)禁在板交叉區(qū)域起弧及收弧。同時(shí)要求，在設(shè)計(jì)中應(yīng)盡可能地在該區(qū)域采用大圓角過渡，焊縫采用圓滑焊接處理，嚴(yán)禁出現(xiàn)焊接缺陷。
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