基于SolidWorks的液压凿岩台车伸缩臂有限元分析

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。