本文探讨研究了ZYB600F型液压静力压桩机悬臂强度分析方法等内容。
0引言
液压静力压桩机是实施静力压桩工法的关键施工设备。这种设备施工时具有无震动、无噪声、无油污飞溅、施工质量好、使用费用低、工作效率高、压桩速度快、操作者劳动强度低等特点，是环保型桩工机械。正因为液压静力压桩机具有以上特点，所以在现代建筑基础施工领域中得到了广泛的应用。但由于液压静力压桩机的工作条件不好，工况复杂，致使压桩机的悬臂在工作中易发生严重变形或开裂，从而降低其使用寿命或因不能满足工程施工的要求而影响施工。
液压静力压桩机悬臂结构的设计，大多是利用材料力学知识来进行强度分析，往往注重宏观结构和制造工艺等方面的要求，而忽略了其微观特征。有限元分析方法是用有限个单元将连续体离散化，通过对有限个单元作分片插值求解各种力学、物理问题的一种数值分析方法。有限元法把连续体离散成有限个单元，每个单元的场函数是只包含有限个待定节点参量的简单场函数，这些单元场函数的集合就能近似代表整个连续体的场函数。根据能量方程或加权残量方程可建立有限个待定参量的代数方程组，求解此离散方程组就得到有限元法的数值解门。故本文利用有限元分析方法，在短船悬空、长船着地支撑时一对角线上的两个支腿油缸支撑，另一对角线上的两个支腿油缸悬空这一最不利工况下，对液压静力压桩机悬臂进行静态分析，阐述液压静力压桩机悬臂受力特征，分析悬臂变形或开裂的原因，探讨悬臂的结构优化途径
1 ZYB600F型液压静力压桩机基本结构
ZYB600F型液压静力压桩机的基本结构如图1所示，主要由悬臂梁、配重、悬臂、机身、短船和长船等组成。
2悬臂受力分析及强度校核
液压静力压桩机在实际工作中，因地质条件和路面情况等因素的不同，在短船悬空、长船着地支撑时，可能出现一对角线上的两个支腿油缸支撑，另一对角线上的两个支腿油缸悬空的情况。由材料力学中的相关知识可知，在这种工况下，悬空的悬臂可简化为一悬臂梁.其受力情况如图2所示。
图中:A-悬臂的外端点;B-横梁与悬臂接触的几何中心;Fb横梁和配重在悬臂上的压力;C-支腿油缸的支撑点;Fc-支腿油缸的支撑反力;D-悬臂与机身的连接点，解除该点的约束，可用机身连接点对悬臂的约束反力Rd和Ma来代替;Mr-横梁及配重对该悬臂产生的扭矩。
根据液压静力压桩机设计的资料及工作要求，现已知横梁质量mhl=8t，机身质量mjs=80t，长船质量mcc=20t ,短船质量mdc=24t，配重mpx=240t。我们利用材料力学知识对悬臂进行分析与计算，可得:Rd=Fb=6.4*105(N);MD ≈154*107(Nmm);MT207.4*107 (Nmm)。
根据受力特点和力学原理分析，可知其危险截面可能在D处.而D截面的结构尺寸及形状如图3所示。
因此，在此工况下D截面处的正应力小于许用值，因此是安全的。
3有限元分析
3.1建立实体模型
利用SolidWorks 建立悬臂和机身连接的实体模型，如图4所示。根据研究问题的性质，在建立实体模型的过程中，对一些非接触配合的凸台进行了省略，悬臂端面的限位条也省略，机身用一框架结构代替，省略了长船和短船，4个支腿着地时，支腿球头以一球面约束进行模拟。
3.2建立有限元分析模型
(1)利用Cosmos有限元分析软件，对实体模型用标准网格器按实体网格类型4Point形式划分网格。
(2)定义材料为普通碳素结构钢Q235(密度为kg/m3，弹性模量为Mpa，泊松比为0.3)。
(3)施加载荷与约束，根据设计资料，已知单根配重横梁重4t，单边配重的重量为24Ot，根据工作需要，均以面力方式施加到机身和悬臂上，如图5所示。
关于约束.一方面是对于支腿的约束.在此工况下，支腿在X, Y, Z三个方向上的移动应予以限制，而转动不必限制，因此，支腿可用径向力加以约束，如图6所示;另一方面是悬臂旋转座与机身接触处的约束，以及悬臂的销轴与机身接触处的约束，对于这一问题，应用相触面组进行处理，即定义源与目标实体之间的相触面。根据它们的实际接触情况，在此应用无穿透型接触面组，此接触类型可防止源与目标实体之间产生干涉，但允许源与目标实体之间形成缝隙。
(4)计算求解。利用Direct sparse解算器进行求解，得到最大应力为:σmax=172.3MPa。
3.3分析与比较
本工况下与其它工况相比较，由于横梁及配重对悬空的悬臂产生了较大的扭矩Mr，从而恶化了该悬臂的的受力情况。作者认为主要是以下两个方面的原因:①材料力学计算中，把机身与悬臂机构当成一个整体，忽略了它们之间的联接，这样，计算中的受力情况与实际受力情况是不完全一致的;②应用材料力学知识计算时，没有考虑悬臂的应力集中问题。而实际结构中，悬臂旋转座与机身上平面相接触的水平面与垂直部分的相交处，形成了一个直角，因此，在此处产生力集中，形成一最大应力集中区域。
4结论
(1)利用CosMos有限元分析时，悬臂产生变形与实际变形情况完全一致;产生裂纹或发生开裂的情形与实际情况也相同，这说明利用有限元分析的结果与实际情况是相符合的。
(2)利用有限元分析时，能够明确标示出构件受力最大的区域或应力集中的区域;同时，通过上述分析，找到了悬臂产生严重变形或开裂的主要原因，这为悬臂的结构优化指明了方向。