液压支盘成形机工作机构静态受力分析

　　1　支盘成形机及配套设备

　　YZJ系列支盘成形机主要配套设备如图1所示。支盘成形主机结构如图2所示,由于YZJ系列支盘成形机结构简单、操作方便、造价较低等特点,在地基桩孔挤扩支盘的施工中,得到了越来越多的使用。但使用中支盘成形主机是重要工作部件,出现故障时影响工程的正常施工,因此,对主机及其工作机构进行受力分析与研究为优化设计和合理改造提供理论依据.

　　2　支盘成形机工作过程

　　(1)支盘成形机工作过程

　　在现场施工中,主机设备入孔后,并不与钻孔固定,即不受钻孔约束,而是处于钢丝绳的自由悬吊状态。如图2所示,液压站开动后,活塞杆经过一定量的空行程,支出的工臂才接触孔壁,开始实施挤扩,如图3(a)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3(b)的挤扩终了状态。工臂收回后,挤扩出1个一字分支,依此旋转主机可挤扩一个承力盘空腔。

　　(2)支盘成形机工作机构

　　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。主机结构中上工臂、下工臂、活塞杆、上轴(移动铰支座)、下轴(固定铰支座)和中轴(中间铰支座)构成了支盘成形机的工作机构,如图4(a)所示。工作机构在简化过程中将一个上工臂和一个下工臂看作虚约束,同时将主机机架与孔壁刚性固接,即增加一个约束条件。这样,机构运动简图如图4(b)所示为摇杆滑块机构。其自由度f=3n-2P1-PH=3×3-2×4-1×0=1,具有确定的相对运动。

　　3　支盘成形机工作机构受力分析

　　3.1　整机受力状态简化

　　(1)工作机构简化,如图4(b)所示已简化为摇杆滑块机构;(2)主机所受负载简化,设所挤扩的土层各处均匀,即密实度相同且可压缩;(3)工作机构的力学简化,工作机构的工臂支出和收回时的速度较小,可视作匀速运动,因此可按静力学建立力学模型。由于各个构件的重量远小于工作负荷(>200 t)的作用,所以可以忽略不计。

　　3.2　整体受力分析

　　由支盘成形机的工作过程可知,主要负载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,直至挤扩完毕。如图3所示。

　　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FT0到FT;FP0到FP始终处于不断变化中。

　　3.3　各构件的受力分析

　　(1)工臂受土层作用力的分析

　　在挤扩过程中选定任意一个瞬时位置,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。为了简化计算过程,将分布载荷简化为集中载荷F,如图5。即将分布载荷化解为土层对上工臂的侧面阻力F1、土层对下工臂的侧面阻力F2,且F=F1=F2。