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混凝土泵車作為一種常見的建筑施工機械，具有施工效率高、對環(huán)境污染少等眾多的優(yōu)點，已經(jīng)被廣泛的應用在橋梁、電廠、鋼廠、水處理廠等大型設備和一些高層建筑中。為了適應市場的需求，2004年，開發(fā)出國內(nèi)首創(chuàng)的前伸縮后擺動型支腿的40 m級混凝土泵車，其優(yōu)點是適宜在狹窄工地的施工。
回轉底座是混凝土泵車中的關鍵結構件之一，上部連接混凝土布料臂架，下部與汽車底盤相連接。如圖所示，該回轉底座前端部連接伸縮型支腿，后部連接擺動型支腿，結構獨特，受力復雜，用一般解析法無法進行受力分析。為了系統(tǒng)直觀地反映整個回轉底座的應力變化趨勢，運用ANSYS分析軟件對其進行有限元分析。
混凝土泵車工作時，位于回轉底座上部的布料臂架在水平面內(nèi)360°全回轉，同時各節(jié)臂桿在垂直平面內(nèi)自由轉動。綜合泵車的整個工況，當各節(jié)臂桿與水平面平行，進行水平狀態(tài)泵送布料工作時，回轉底座承受的傾覆彎距最大，回轉底座的應力最大，布料臂方向支腿受力也最大，當圖中所示的口角恰好為鈍角132.7°時針算后得出，與布料臂相反方向的支腿抬起該支腿力為零，整車的支承形式變?yōu)槿c支承，此時D支腿受力最大。由于D支腿為伸縮型支腿，其與回轉底座的連接處將承受較大的擠壓應力，此時回轉底座局部受力最惡劣，對該工況進行詳細分析，足以看出回轉底座的應力分布及變化趨勢。
該回轉底座屬于典型的板殼單元結構，因此實體結構采用了4節(jié)點板殼線彈性單元模型SHELL63單元即可撐彎板殼單元進行網(wǎng)格劃分，單元類型為四邊形單元或三角形單元，建立有限元模型所遵循的原則如下：1)各板件厚度方向的位置以板厚中分面來確定；2)為提高計算的運行速度，油口、小工藝孔對計算結果影響很小，在建立有限元模型時忽略；3)為保證焊接工藝而設計的板邊緣，對計算結果分析；4)為提高元件劃分的優(yōu)良率，對為避免應力集中而采用的倒圓角或板的折彎圓弧，也未考慮在內(nèi)。
回轉底座的有限元模型采用了PRO/E及ANSYS軟件通過PREP多種技術處理及修復，局部應力集中點采用2倍及4倍的網(wǎng)格細化，總共劃分357個面，57197個節(jié)點，47026個單元，如圖所示。
一般汽車起重機車架泵車回轉底座的結構形式等同于汽車起重機的車架的有限元計算，大多采用以四支腿作為約束點，然后在均布的螺栓孔上施加線性分布力。實際工作中，回轉支承部位設計較為剛性，上下車通過高強度螺栓緊密地連接。在總體工況已計算出支腿反力的情況下，完全可以采用約束螺栓孔的辦法計算回轉底座的應力分布，這樣一次就可以得出與支腿連接處的局部應力。
有限元的應力、應變分布云圖，在多板交叉尖點出現(xiàn)了應力集中實際情況，這些區(qū)域都進行了圓弧處理及圓滑過渡，其附近區(qū)域應力值顯著下降，其余大部分應力均在460MPa以內(nèi)。由圣維南定理可知：應力集中點對較遠處應力不受影響。因此，回轉底座的應力分布合理，符合實際工作工況。
從有限元分析也可以看出，多板交叉尖點的應力值與其附近區(qū)域應力值相比較，呈幾何基數(shù)增加。這就要求焊接中嚴禁在板交叉區(qū)域起弧及收弧。同時要求，在設計中應盡可能地在該區(qū)域采用大圓角過渡，焊縫采用圓滑焊接處理，嚴禁出現(xiàn)焊接缺陷。
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