YZJ型液压支盘成形机工作机构受力状态分析

　　内容

　　1　支盘成形机工作过程及工作机构的组成

　　1·1　支盘成形机工作过程

　　如图1所示,施工中主机(包括液压缸3和主机头4)顶部与接长管2固定连接,接长管又与汽车起重机的吊钩通过钢丝绳连接。设备入孔后,主机处于钢丝绳的自由悬吊状态。

　　液压站开动后,活塞杆经过一定的空行程,支出的工臂接触孔壁,开始实施挤扩,如图1a的挤扩初始状态;当活塞杆走完全部行程后,工臂挤压进入土层中,完成一次分支挤扩,如图1b的挤扩终了状态。工臂收回后,挤扩出一个一字分支,依次旋转主机可挤扩一个承力盘空腔。

　　1 ·2　支盘成形机工作机构组成

　　支盘成形机在挤扩施工的过程中,主要是由主机来完成挤扩孔壁的功能。主机的上、下工臂、活塞杆、上轴(移动铰支座)、下轴(固定铰支座)和中轴(摆动铰支座)构成了支盘成形机的工作机构,如图2所示。

　　2　整机受力状态

　　由支盘成形机的工作过程可知,主要负荷来自土层对工臂的挤扩阻力。工作机构由初始挤扩的线接触阻力逐渐转化为面接触阻力,直至于挤扩完毕,如图1所示。

　　从图中可以看出,主机受力为:T0———初始位置时吊挂钢丝绳作用于主机(通过接长管)上的拉力;P0———孔壁对工臂的线接触阻力;G———设备整机的重力;TG———终了位置时吊挂钢丝绳作用于主机(通过接长管)上的拉力;P———孔壁对工臂的面接触阻力。

　　由于土层固有的特性和支盘成形机工作原理所决定,在整个挤扩过程中,T0到TG、P0到P始终处于不断变化之中。

　　3　各构件的受力分析

　　3·1　机构几何参数及含义

　　如图3,设定工臂处于挤扩过程中初始位置和终了位置时各几何尺寸。其中ABC为工臂的原始位置,A′B′C为工臂的终了位置。

　　3·2　工臂受土层作用力分析

　　选定挤扩过程中的任意一个瞬时位置,工臂在挤扩过程中受土层的面接触阻力为分布载荷,其阻力大小取决于土层的特性,如图4a所示。

　　为了便于建立力学方程,简化计算过程,将分布载荷简化为集中载荷,如图4b。即将分布载荷P化解为土层对上工臂的侧面阻力Fs、土层对下工臂的侧面阻力Fx和对工臂端面的横向阻力F。其中, F又可以分解为土层对上工臂的作用力F1和对下工臂的作用力F2,且F=F1+F2。

　　3·3　机构各构件的受力分析

　　上轴受力分析:活塞杆的作用力T;左右上工臂的作用力在水平和垂直方向的分力X1、X2和Y1、Y2。如图5a。