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混凝土浇筑机主车结构设计及稳定性分析
摘要:主要分析了在混凝土浇筑机施工过程当中出现的各种工
况,以及应用ansys软件对危险工况下混凝土浇筑机进行应力分析。
保证混凝土浇筑机在各种工况下有很好的稳定性,为混凝土浇筑机
的研制提供了可靠的依据。
关键词:混凝土浇筑机;有限元分析;应力分析;稳定性
概述
双块式无砟轨道施工在我国尚处于起步阶段,经验不足。经过对
同类施工尤其是混凝土浇注工艺的分析,认为应用传统的混凝土泵
送,以及人力捣筑的办法将无法满足双块式无砟轨道施工工艺要
求。低坍落度的混凝土不适宜混凝土泵送;道床板比较厚且截面为
变截面,泵送会引起浇注不均并容易污染轨枕和扣件;人工捣筑会
容易带来振捣不均,对轨道道床的精度影响较大的问题;施工效率
很低,不能满足基本的浇注速度要求。混凝土浇筑机就是应用于双
块式无砟轨道道床板的铺设机械。其主车结构如图1所示。
1.驾驶室2.回转支撑3.布料器4.z型支架5.螺旋输送器6.主车
架
7.水箱8.前走行9.后走行
1计算荷载及材料选择
1.1计算荷载包括:
计算时模型施加载荷位置和约束情况如图4所示,施加的荷载的
大小为:
1.1.1主车架自重(6500kg)、配重(2500kg),肢腿自重(600kg/
个),螺旋输送器自重。
1.1.2水箱自重按集中荷载施加(均布在6个点上,125kg/个)。
1.1.3螺旋输送器中混凝土分为两部分,接料口存有0.2m3混凝
土(500kg),螺旋输送器中混凝土按均布力考虑,总容积1.8m3,
通过实验可得到填充系数不大于0.3,故输送器中混凝土总荷载为
1.8×0.3×2500=1320kg;螺旋输送器按自重施加1500kg。
1.1.4前挂点荷载:旋转转台2t,混凝土1.2m3,布料器自重
1050kg,驾驶室计入0.7t(悬吊),所有荷载按两个集中力施加于
油缸悬挂点。前挂点荷载总荷载:2+1.2×2500+1050+700=6750kg。
1.2结构主要材料包括:
1.2.1主车架:q345矩形方管260mm×260mm×11mm
1.2.2z型支架:q345矩形方管200mm×200mm×11mm
1.2.3z型支架销轴:40cr70mm
1.2.4螺旋输送机为:1cr18ni9
2工况分析
浇筑机的走行工况有水平面走行和倾斜面走行两种工况,前者是
在直线段和桥梁隧道超高段施工,后者则是在路基超高段施工。在
下部超高(正向接料)时由于超高的影响混凝土浇筑机会有比较大
的侧偏,侧偏引起的横向重力分量较大,再加之螺旋接料和送料的
影响,倾覆力矩较大;由此可见,混凝土浇筑机在下部超高且在正
向接料时处于最危险状态。下面将对这种危险工况进行结构计算。
3有限元分析
3.1建立有限元模型并施加载荷及约束
混凝土浇筑机工况复杂,为了达到更安全又经济的目的就需要对
车架进行空间的完整的受力分析和更精确的强度、刚度计算,因此
需要借助于浇筑机ansys有限元分析的整体模型(如图3)。在ansys
软件中,按图纸建立的1∶1实体模型,共划分成901个单元,生
成1979个节点。矩形管通过beam189单元的实常数定义;加强筋
和支撑的截面通过ansys软件的前处理模块的梁截面工具定义。
3.2计算结果
主车架应力及应变云图如图5和6所示。根据应力云图和位移云
图可以看出,主车架结构危险处的最大应力为232mpa,最大应力
出现在z型支架前部销轴处;最大位移出现在螺旋输送机端部,最
大位移为60mm,车架本身最大变形为7mm。
4稳定性分析
考虑到最危险状态下,以及非正常操作的可能性,四个支腿的支
反力分别为:490kg、665.4kg、12900kg以及4384kg。
5结束语
经过以上计算结果可以得出:(1)混凝土浇筑机在正常施工过程
中稳定性符合要求。(2)根据混凝土浇筑机主车模型有限元分析结
果可知主车架最大应力值23
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