本文探討研究了ZYB600F型液壓靜力壓樁機懸臂強度分析方法等內(nèi)容。

　　0引言

　　液壓靜力壓樁機是實施靜力壓樁工法的關鍵施工設備。這種設備施工時具有無震動、無噪聲、無油污飛濺、施工質(zhì)量好、使用費用低、工作效率高、壓樁速度快、操作者勞動強度低等特點，是環(huán)保型樁工機械。正因為液壓靜力壓樁機具有以上特點，所以在現(xiàn)代建筑基礎施工領域中得到了廣泛的應用。但由于液壓靜力壓樁機的工作條件不好，工況復雜，致使壓樁機的懸臂在工作中易發(fā)生嚴重變形或開裂，從而降低其使用壽命或因不能滿足工程施工的要求而影響施工。

　　液壓靜力壓樁機懸臂結構的設計，大多是利用材料力學知識來進行強度分析，往往注重宏觀結構和制造工藝等方面的要求，而忽略了其微觀特征。有限元分析方法是用有限個單元將連續(xù)體離散化，通過對有限個單元作分片插值求解各種力學、物理問題的一種數(shù)值分析方法。有限元法把連續(xù)體離散成有限個單元，每個單元的場函數(shù)是只包含有限個待定節(jié)點參量的簡單場函數(shù)，這些單元場函數(shù)的集合就能近似代表整個連續(xù)體的場函數(shù)。根據(jù)能量方程或加權殘量方程可建立有限個待定參量的代數(shù)方程組，求解此離散方程組就得到有限元法的數(shù)值解門。故本文利用有限元分析方法，在短船懸空、長船著地支撐時一對角線上的兩個支腿油缸支撐，另一對角線上的兩個支腿油缸懸空這一最不利工況下，對液壓靜力壓樁機懸臂進行靜態(tài)分析，闡述液壓靜力壓樁機懸臂受力特征，分析懸臂變形或開裂的原因，探討懸臂的結構優(yōu)化途徑

　　1 ZYB600F型液壓靜力壓樁機基本結構

　　ZYB600F型液壓靜力壓樁機的基本結構如圖1所示，主要由懸臂梁、配重、懸臂、機身、短船和長船等組成。

　　2懸臂受力分析及強度校核

　　液壓靜力壓樁機在實際工作中，因地質(zhì)條件和路面情況等因素的不同，在短船懸空、長船著地支撐時，可能出現(xiàn)一對角線上的兩個支腿油缸支撐，另一對角線上的兩個支腿油缸懸空的情況。由材料力學中的相關知識可知，在這種工況下，懸空的懸臂可簡化為一懸臂梁.其受力情況如圖2所示。

　　圖中:A-懸臂的外端點;B-橫梁與懸臂接觸的幾何中心;Fb橫梁和配重在懸臂上的壓力;C-支腿油缸的支撐點;Fc-支腿油缸的支撐反力;D-懸臂與機身的連接點，解除該點的約束，可用機身連接點對懸臂的約束反力Rd和Ma來代替;Mr-橫梁及配重對該懸臂產(chǎn)生的扭矩。

　　根據(jù)液壓靜力壓樁機設計的資料及工作要求，現(xiàn)已知橫梁質(zhì)量mhl=8t，機身質(zhì)量mjs=80t，長船質(zhì)量mcc=20t ,短船質(zhì)量mdc=24t，配重mpx=240t。我們利用材料力學知識對懸臂進行分析與計算，可得:Rd=Fb=6.4*105(N);MD ≈154*107(Nmm);MT207.4*107 (Nmm)。

　　根據(jù)受力特點和力學原理分析，可知其危險截面可能在D處.而D截面的結構尺寸及形狀如圖3所示。

　　因此，在此工況下D截面處的正應力小于許用值，因此是安全的。

　　3有限元分析

　　3.1建立實體模型

　　利用SolidWorks 建立懸臂和機身連接的實體模型，如圖4所示。根據(jù)研究問題的性質(zhì)，在建立實體模型的過程中，對一些非接觸配合的凸臺進行了省略，懸臂端面的限位條也省略，機身用一框架結構代替，省略了長船和短船，4個支腿著地時，支腿球頭以一球面約束進行模擬。

　　3.2建立有限元分析模型

　　(1)利用Cosmos有限元分析軟件，對實體模型用標準網(wǎng)格器按實體網(wǎng)格類型4Point形式劃分網(wǎng)格。

　　(2)定義材料為普通碳素結構鋼Q235(密度為kg/m3，彈性模量為Mpa，泊松比為0.3)。

　　(3)施加載荷與約束，根據(jù)設計資料，已知單根配重橫梁重4t，單邊配重的重量為24Ot，根據(jù)工作需要，均以面力方式施加到機身和懸臂上，如圖5所示。

　　關于約束.一方面是對于支腿的約束.在此工況下，支腿在X, Y, Z三個方向上的移動應予以限制，而轉(zhuǎn)動不必限制，因此，支腿可用徑向力加以約束，如圖6所示;另一方面是懸臂旋轉(zhuǎn)座與機身接觸處的約束，以及懸臂的銷軸與機身接觸處的約束，對于這一問題，應用相觸面組進行處理，即定義源與目標實體之間的相觸面。根據(jù)它們的實際接觸情況，在此應用無穿透型接觸面組，此接觸類型可防止源與目標實體之間產(chǎn)生干涉，但允許源與目標實體之間形成縫隙。

　　(4)計算求解。利用Direct sparse解算器進行求解，得到最大應力為:σmax=172.3MPa。

　　3.3分析與比較

　　本工況下與其它工況相比較，由于橫梁及配重對懸空的懸臂產(chǎn)生了較大的扭矩Mr，從而惡化了該懸臂的的受力情況。作者認為主要是以下兩個方面的原因:①材料力學計算中，把機身與懸臂機構當成一個整體，忽略了它們之間的聯(lián)接，這樣，計算中的受力情況與實際受力情況是不完全一致的;②應用材料力學知識計算時，沒有考慮懸臂的應力集中問題。而實際結構中，懸臂旋轉(zhuǎn)座與機身上平面相接觸的水平面與垂直部分的相交處，形成了一個直角，因此，在此處產(chǎn)生力集中，形成一最大應力集中區(qū)域。

　　4結論

　　(1)利用CosMos有限元分析時，懸臂產(chǎn)生變形與實際變形情況完全一致;產(chǎn)生裂紋或發(fā)生開裂的情形與實際情況也相同，這說明利用有限元分析的結果與實際情況是相符合的。

　　(2)利用有限元分析時，能夠明確標示出構件受力最大的區(qū)域或應力集中的區(qū)域;同時，通過上述分析，找到了懸臂產(chǎn)生嚴重變形或開裂的主要原因，這為懸臂的結構優(yōu)化指明了方向。