基于NX Nastran的液压换管机关键零件有限元分析与优化

　　0 引言

　　传统的地下管线施工方法是开挖施工法。这种类似/开膛破肚0的施工方法妨碍地面的交通。同时开挖施工使路面质量变差,破坏环境,成本高。现代的非开挖地下管线施工技术是利用岩土钻掘等技术手段,在不开挖地表的情况下完成地下管线的铺设、更换及修复的一项施工新技术。与传统方法相比较,它是一种环境友好的施工方法,具有不破坏环境、不影响交通、施工周期短、成本低等优点。本文研究的液压换管机就是一种新型的非开挖设备。

　　NX Nastran是一种简便而功能强大的有限元建模与分析工具。它提供设计工程师和分析人员进行几何建模设计与分析需要的一种分析环境。结构性能的有限元分析是机械设计中的一个重要环节,其基本步骤为:建立结构的几何模型,约束和受力的简化,有限元网格的生成(处理包括点、线、面及体等几何信息,及约束、受力及温度等属性信息),有限元计算,结果分析及设计改进等。本文基于UG NX平台,建立了HG-80T液压换管机整机结构的三维实体模型,在验证了整机装配模型没有干涉后,对各部件在各种工况下的受力进行分析,并通过NX Nastran模块对其关键零件夹紧块进行了有限元分析,优化了该零件的结构,减轻了其重量。

　　1 液压换管机描述

　　所述的地下管线液压换管机的额定工作拉拔力为80 ,t可更换管线的直径范围为?200~400 mm,换管速度为100 m/h,经相关的设计计算后,在UG NX中建立三维实体模型。液压换管机工作原理:在需要更换的管线的两端分别挖2个工作坑,用于放置液压换管机、新的管线以及刀具。在安置液压换管机时,调整机器的出管中心和旧管中心,使对齐,并保持水平。操纵液压换管机将拉杆一节一节地通过旧管线穿到另一侧的工作坑,在拉杆的头部装上刀具,后部连接新管,操纵液压换管机往回拉,顺序卸下拉回的拉杆,直至所有拉杆收回,即完成了旧管线的更换。

　　液压换管机夹紧块是整机的关键部件,直接影响整机的工作性能。其主要功能是实现主伸缩液压缸和拉杆间的动力传递。受工作方式和整机结构的限制,夹紧块只能以面接触夹紧的方式实现动力传递。由于本机的设计拉拔力为80 ,t所以所需要的夹紧力很大,这就要求夹紧块在较小的体积下能有较大的刚度和强度。因此有必要对其结构性能进行有限元分析。

　　2 夹紧块的有限元分析

　　夹紧块三维实体模型如图1所示。它由上块1、下块2以及中间销3组成。上块的孔a通过销轴和机架相连,孔b通过销轴和加紧液压缸相连,下块压紧拉杆并将主伸缩缸的输出力传递给拉杆。

　　2.1 建立有限元模型并划分网格