摘要：针对旋挖钻机作业能力及疲劳寿命问题，结合旋挖钻机的工作特点，基于名义应力法，运用ADAMS以及ABAQUS软件，对旋挖钻机在回转平台的主卷扬底座进行疲劳寿命分析。结果表明：回转平台的工字梁顶板与主卷扬底座焊接的外侧边缘处最容易发生开裂现象；旋挖钻机的作业半径对主卷扬底座寿命也有较大影响。
　　关键词：旋挖钻机；回转平台；主卷扬底座；疲劳寿命
　　Abstract： Aimed at the work capacity and fatigue life problems of rotary drilling rig， combined with the working characteristics of rotary drilling rig and based on the nominal stress method， ADAMS and ABAQUS were applied to carry out the analysis on fatigue life of primary winding base of rotating platform. The results show that the outer edge of where H beam roof and primary winding base are welded is most prone to cracking， and the operating radius of rotary drilling rig has noticeable impact on the service life of primary winding base.
　　Key words： rotary drilling rig； rotating platform； primary winding base； fatigue life
　　引言
　　回转平台是旋挖钻机的核心构件之一，包括主体回转平台以及左右侧纵梁。其中，主体回转平台通过回转支承装置安装在旋挖钻机的行走底架上，与变幅机构连接，实现回转运动[12]。回转平台是整体式焊接结构，其工字梁顶板通过焊接将主卷扬底座固定。主卷扬底座是主体回转平台关键焊接件，其强度的大小直接决定着旋挖钻机的作业能力及其服役寿命。由于主卷扬底座焊接结构频繁地承受变幅机构的交变作用力以及钢丝绳的交变载荷，随着工作频次增加，薄弱部位的焊缝会发生疲劳开裂现象，因而对回转平台主卷扬底座危险焊缝进行疲劳寿命的研究，能为结构设计以及优化提供重大的依据。
　　本文基于名义应力法，综合运用ADAMS以及ABAQUS软件，获得旋挖钻机在最小与最大的作业半径下，从最大加压力钻进至最大提拔力提钻时主卷扬底座危险焊缝所承受的时间历程，对其进行雨流计数处理形成荷载谱，同时根据该焊接结构的接头形状、载荷方向以及焊接形式选取合适的SN曲线，最后将荷载谱带入SN曲线方程中，得到主卷扬底座焊缝的疲劳寿命。
　　1主卷扬底座结构及受力分析
　　回转平台主卷扬底座结构形式较为简单，左右主板下部通过焊接方式固定在工字梁顶板上，上部通过螺栓与主卷扬相连接，中间联接板用于加强结构的刚度，如图1所示。
　　在旋挖钻机施工作业前，安装在回转平台尾部的配重将对主卷扬底座产生一定的弯矩，即底座焊缝在初始时刻承受装配应力；在钻进时，钢丝绳松弛无拉力，主卷扬底座焊接结构无外载荷，焊缝承受动臂、支撑杆、动臂变幅油缸以及配重传递的作用力；提钻时，主卷扬底座焊缝不仅承受钢丝绳拉力，还包含动臂等机构传递的作用力。
　　变幅机构以及配重在工字梁两端的综合作用，致使工字梁整体呈现出上凸的弯曲状态，因此，与工字梁顶板弯曲应力方向垂直的主卷扬底座在宽度方向上的焊缝（如图2中焊缝1所示）处于危险状态。焊缝1处于主卷扬底座附近，频繁承受钢丝绳交变载荷，较其他部位焊缝薄弱。因此，在焊缝1处的焊趾选取5个疲劳评估点a、b、c、d、e，对其进行疲劳寿命研究，如图2所示。
　　2主卷扬底座焊缝荷载谱
　　2.1回转平台典型载荷历程
　　在实际作业中，旋挖钻机工作载荷主要来自变幅、钻进、提钻以及回转卸土4种工况。由于土层种类繁多，硬度、粘度不一，以及作业幅度的交替变化，致使工作装置传递给回转平台的作用力具有随机性。本文对旋挖钻机分别处于最小与最大作业半径下的极限工作状态（受力最恶劣）进行顺序组合，形成一个典型的最大加压力钻进至最大提拔力提钻的作业过程，如表1所示；并在ADAMS中对各作业阶段进行仿真计算，输出回转平台各铰点在X、Y方向上的载荷历程，如图3、4所示。
　　2.2主卷扬底座焊缝时间历程
　　在进行有限元分析时，视焊缝材料与母材一致，焊缝处网格细密，主卷扬底座与工字梁顶板一体化处理，同时将回转平台各铰接孔内壁节点都耦合到某一参考点，并对该参考点施加应力。至此有限元模型已建立。
　　通过对有限元模型计算，得到不同作业阶段主卷扬底座与右顶板焊缝处的应力分布。图5为最小半径极限状态下钻进（BC阶段）的焊缝应力分布云图，其中最大应力为197.9 MPa，位于a点。图6为最小半径极限状态下提钻（EF阶段）的焊缝应力分布云图，其中最大应力位于e点，为103.8 MPa，a点应力为98.6 MPa。图7、8分别为焊缝处各疲劳评估点在最小与最大作业半径极限状态作业时的应力时间历程。

---

期刊库（http://www.zgqkk.com），是一个专门从事期刊推广、投稿辅导的网站。
　　本站提供如何投稿辅导，寻求投稿辅导合作，快速投稿辅导，投稿辅导格式指导等解决方案：省级投稿辅导/国家级投稿辅导/核心期刊投稿辅导//职称投稿辅导。

---

　　【免责声明】本文仅代表作者本人观点，与投稿辅导_期刊发表_中国期刊库专业期刊网站无关。投稿辅导_期刊发表_中国期刊库专业期刊网站站对文中陈述、观点判断保持中立，不对所包含内容的准确性、可靠性或完整性提供任何明示或暗示的保证。请读者仅作参考，并请自行承担全部责任。