挖坑機是一種在林業中廣泛應用的園林機械，由于園林機械的工作條件復雜，載荷的隨機性大，因而要求整機必須具備性能可靠、振動小、重量輕和使用方便等特點。而我國現有的挖坑機，其使用性能和結構等方面，都得不到令人滿意的效果。特別是挖坑機的鉆頭，通常都是采用經驗類比設計。由于鉆頭螺旋面是一個空間曲面殼體，結構復雜，用傳統計算方法無法對其進行強度分析，挖坑機鉆頭螺旋面結構強度的研究在國內尚未開展，因此從理論計算上弄清螺旋面的應力分布狀況和易破壞的位置及原因，對鉆頭的強度、剛度分析是很有意義的。本研究運用有限元分析法的基本理論，建立了挖坑機螺旋鉆頭的計算模型，對其進行計算分析。在此基礎上，通過變換鉆頭結構參數，在計算機上進行模擬對比試驗，對影響鉆頭強度的結構參數作了分析研究。
      挖坑機工作時處于旋轉狀態。根據達郎伯原理，可建立“靜力”平衡條件的有限元方程式中，為螺旋面的總體剛度矩陣，K為螺旋面全部節點位移向量，R為螺旋面總載荷列陣。螺旋面是一空間曲面殼體，其單元類型屬于板殼元，它是平面應力元和薄板彎曲元的簡單組合，因此單元剛度矩陣由兩部分組成。挖坑機鉆頭主要由鉆桿、鉆尖、刀片和螺旋面組成。在建立鉆頭計算模型時，略去一些次要結構，如鉆尖和刀片。
      將螺旋面與鉆桿焊接處以端定端處理，螺旋面繞鉆桿螺旋上升，采用板殼元中的三角形單元，這樣從模型上對結構實體有很好的逼近性。在劃分單元時，考慮到受力區和非受力區的不同，對受力區單元劃分稠密，對非受力區單元劃分相對稀疏，同時考慮刀背及刀背附近區域受力更大以及與鉆桿固結區域的受力相對大些，故劃分的單元密而小。經過對各區的不同處理，螺旋曲面被劃分成285個大小不等的三角形板單元，共176個節點。在實際工作中，挖坑機螺旋鉆頭外緣和坑壁有一定的間隙，它們之間的摩擦主要是螺旋面上土流和坑壁土壤的接觸。
      對螺旋面來說，外緣邊界上作用有面力，可作無約束狀態處理。鉆頭工作時，受力狀態比較復雜。通過運用現代測試技術，經測試試驗并回歸分析，得出了土流對螺旋面的正壓力P，T螺旋面承受摩擦力F，邊緣摩擦力F，重力G，離心慣性力C以及刀背上的R，t等七種力。

                                                                                  專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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