動(dòng)力頭是旋挖鉆機(jī)的關(guān)鍵部件,其性能好壞與壽命直接影響到旋挖鉆機(jī)施工效率及施工安全性。動(dòng)力頭部件中的齒輪傳動(dòng)裝置在工作中主要傳遞低速重載扭矩,而且是交變載荷,齒輪傳動(dòng)裝置疲勞破壞是旋挖鉆機(jī)動(dòng)力頭的主要失效方式之一。在設(shè)計(jì)階段,針對(duì)動(dòng)力頭齒輪傳動(dòng)裝置進(jìn)行全壽命虛擬預(yù)測(cè),對(duì)薄弱模塊進(jìn)行修改,優(yōu)化,可很大程度上延長(zhǎng)動(dòng)力頭使用壽命。本文以適合于鉆孔深度40m以內(nèi),直徑1200mm以內(nèi)黏土層作業(yè)的小型旋挖鉆機(jī)用動(dòng)力頭為研究對(duì)象,開(kāi)展了以下幾個(gè)方面的研究:

1）通過(guò)理論計(jì)算得到動(dòng)力頭相關(guān)結(jié)構(gòu)參數(shù),構(gòu)建了動(dòng)力頭的Pro/e三維模型,并進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真分析來(lái)驗(yàn)證模型的正確性;

2）采用ADAMS動(dòng)力學(xué)仿真軟件,結(jié)合動(dòng)力頭標(biāo)準(zhǔn)工況,計(jì)算分析了動(dòng)力頭內(nèi)齒輪傳動(dòng)裝置的受力情況,研究了加載快慢與主動(dòng)輪分布相位角對(duì)接觸力的影響,獲得標(biāo)準(zhǔn)工況下齒輪的載荷譜。

3）采用ANSYS分析軟件,結(jié)合ADAMS中得到的載荷譜進(jìn)行有限元分析,得出標(biāo)準(zhǔn)工況下齒輪的薄弱部位應(yīng)力譜。將此應(yīng)力譜與理論計(jì)算應(yīng)力進(jìn)行比較并提出優(yōu)化意見(jiàn)。

4）采用MSC.Fatigue結(jié)合應(yīng)力譜,模擬標(biāo)準(zhǔn)鉆進(jìn)工況預(yù)測(cè)齒輪疲勞壽命。通過(guò)研究分析可得以下結(jié)論:加載快慢對(duì)啟動(dòng)沖擊載荷影響很大;主動(dòng)輪分布相位角對(duì)此類平行軸齒輪系接觸力影響較大,以呈90°與180°分布時(shí)zui為平穩(wěn);動(dòng)力頭齒輪傳動(dòng)裝置的理論計(jì)算與仿真分析結(jié)果相近,設(shè)計(jì)基本滿足強(qiáng)度與壽命要求。