带杆冲击动力学仿真分析

摘要：桩工施工中旋挖钻机带杆故障多发，带杆产生的冲击力对旋挖钻机产生显著的破坏作用.为分析带杆冲击规律和冲击力的大小，建立仿真“带杆”冲击的多体动力学模型，分析冲击过程和最大冲击力.利用该模型分析带杆距离和缓冲距离对最大冲击力的影响.结果发现最大冲击力跟带杆距离呈现近线性关系，最大冲击力可达稳态力的数倍.增大缓冲距离能有效减小冲击力，当缓冲距离增大到刚好避免二次冲击发生时，继续增大缓冲距离对冲击力无影响.

关键词：旋挖钻机； 带杆； 冲击； Adams

中图分类号：TU621文献标志码：B

0引言

在国内外的现浇筑混凝土灌注桩施工中，旋挖钻机已占据主力机型位置[1].施工时，旋挖钻机在提升钻杆过程中“带杆”故障多发.带杆时，某节钻杆会被带着非正常顺序上提，当该节钻杆在扰动或限位作用下自由落体时，会产生巨大冲击力，对钻机有较大破坏作用，有必要对带杆冲击进行分析研究.

文献[2-4]对“带杆”故障进行原因分析和定性估算，但未有效量化该冲击力.带杆时，下落的钻杆可能冲击托盘，从而将冲击力传至钢丝绳；也可能冲击动力头.由于动力头设有缓冲装置，因此，钻杆冲击托盘的工况更为危险.本文采用多体动力学方法，仿真不同工况下带杆冲击托盘的冲击力，为旋挖钻机钻杆设计、钢丝绳选型、卷扬设计乃至整机结构强度设计提供载荷工况数据.

1动力学模型

在多体动力学软件Adams中，根据旋挖钻机和钻杆系统结构，简化后钻杆模型见图1.共3个部件：自由落体的钻杆、流水台和托盘.钢丝绳等效为一个弹簧，连接大地和托盘；托盘与流水台之间由缓冲弹簧连接；托盘上固有缓冲弹簧的限位台；钻杆与流水台、流水台与托盘之间分别定义接触关系.

3结论

（1）带杆冲击力与带杆距离呈近乎线性关系.最大冲击力可达平衡时载荷的6倍.

（2）随着缓冲距离的增加，最大冲击力减小，且减小速度增加，最大冲击力与缓冲距离呈非线性关系.

（3）为减小冲击力，缓冲距离增大到刚好避免二次冲击发生即可，继续增大对冲击力无影响.

参考文献：

[1]黎中银， 焦生杰， 吴方晓. 旋挖钻机与施工技术[M]. 北京： 人民交通出版社， 2010.

[2]刘海增， 黎中银， 高崇金. 旋挖钻机“带杆”现象的改善[J]. 工程机械与维修， 2010（12）： 176-177.

[3]王春生， 李宝鑫. 旋挖钻机带杆现象的解决措施[J]. 黑龙江科技信息， 2011（18）： 13.

[4]李立敏， 郑逢良， 于庆达. 旋挖钻机机锁杆“带杆”故障的成因和处理方法[J]. 工程机械， 2008， 38（9）： 63-65.（编辑陈锋杰）