旋挖钻机是我国近年来才引进发展起来的一种施工设备 ,该钻机是机、电、液一体化的高度集中，具有机械化自动化程度高、环保性能好、钻孔效率高、进度快、质量可靠、机动性能好、多功能性、地层适应性强等特点，代表着桩工机械的发展方向，深受施工部门的青睐。旋挖钻机主要应用于高层建筑、公路、桥梁、发电厂、飞机场、大型港口、深水码头等建筑工程桩基础的施工，在国内逐渐被推广使用。钻杆是旋挖钻机的一个关键零部件。钻杆结构至关重要，一方面钻杆的能力的强弱决定了钻机能够使用什么样的钻具，而钻具的形式直接决定了钻孔的工效和地层适应能力。另一方面，设备本身的动力配置、动力头扭矩、液压系统、卷扬拉力以及支撑结构的设计也都围绕钻杆结构和能力进行的，以使整个系统的配置最为合理。对其进行静强度、模态及疲劳强度的仿真计算及分析是确保旋挖钻机安全运行的需要。专用履带底盘两侧的距离可以调整，运输时两履带收缩，以便于运输。施工状态下底盘拓展开，使钻机工作时的稳定性更好。底盘在两侧履带拓展开时的几种典型工况受力都较恶劣，其强度、刚度直接影响钻机工作的稳定性，从而影响到成孔质量。因此有必要对底盘进行强度分析，以确保钻机的安全稳定的使用。本论文计算并分析了钻杆的静强度和模态，谐振下的响应情况以及底盘的静强度。基于CATIA和ANSYS软件，按照从实体造型到有限元分析（FEA）的基本步骤，首先对钻杆的静强度和动态特性的进行了有限元分析，以了解钻杆静应力、刚度、振动模态以至动应力的情况，找出了薄弱部位。然后对旋挖钻机的专用伸缩底盘进行了有限元分析，通过分析我们对底盘的应力水平和应变情况有了很清晰的了解，发现其薄弱环节和过剩部位，为进一步优化结构、改进设计提供依据。利用先进的CAD软件可实现三维实体设计，捕捉设计意图，快速得到产品几何模型。产品机械性能上的基本要求有两个，即强度和刚度。传统方法是一种用设计规则保证性能要求的方法，缺乏对设计结果合理性的验证。CAE技术提供了强大的分析功能，对模型进行有限元分析，即可得到任意结点的应力、应变情况，从而为优化结构布局，提供了可靠依据。 <WP=71>钻杆和底盘的分析分两步进行。首先用CATIA做造型设计，然后利用其提供的数据接口把模型导入到ANSYS环境进行有限元计算，从而得到钻杆的机械性能。CATIA具有强大的造型功能，用它作造型设计可以迅速得到实体模型，并可方便地进行修改；而ANSYS则提供了有限元计算的优异分析功能，用它可以保证计算的精度。由于两种软件基于不同的内核，在模型传递中要注意一些方法技巧，否则会出现模型无法传递或数据丢失现象。主要应注意以下两点：第一，在CATIA造型过程中，零件体不得含有分离部分，即所有零件必须是连结在一体的整体；第二，造型中的切除特征，如孔、槽等，必须指明在切除特征所属的母体，否则容易造成传递失败。钻杆和底盘的受力都很复杂，很难用解析法计算钻杆的强度、刚度，这样就无法解释钻杆时常受到强力破坏的现象，不便于确定合理的设计准则。在缺乏合适的钻杆强度、刚度计算方法时，无根据一味的提高安全系数，使钻杆结构变得笨重，而可靠性却没有显著提高。有限单元法分析是一项较为复杂的工作过程。主要包括确定计算原理，建立数学模型、建立有限单元模型、确定典型工况及外载荷，边界约束条件处理，有限单元计算，计算结果处理，以及对结果进行分析和改进。各种工程结构有限元模型的建立是进行结构计算机辅助分析的首要环节和关键任务，模型的优劣直接关系到计算结果的精度甚至准确与否。建立有限元模型时要如实反映构架实际结构的重要力学特性，为获得钻杆较真实的应力及变形，以及确保不遗漏钻杆的模态振型，采用整体结构建立计算模型。底盘各构件装配成一体，结构比较复杂，必须适当采取一些简化措施，简化的程度主要取决于分析目的。本文略去了次要构件及各构件的倒角，将翼板视为矩形截面来处理。根据该钻杆和底盘在各种运用情况下的受力分析以及以往的运用经验，共选择几种典型工况进行加载计算。在选择单元时，以力求反映结构的力学特性为前提，同时尽可能选择简单的单元，这样可以节约计算费用。由于钻杆在实际工作中主要靠各级钻杆间的接触处的挤压来传递力和力矩。如何处理接触处的连接问题成为有限元分析的关键。我们首先考虑用接触单元来分析，但按接触单元分析时，钻杆单元数多，接触有12处之多，另外接触问题属于非线性问题，迭代计算过程复杂，计算量特别大。而且实际结构中的接触特性并不清楚，很难求解。基于此，我们采用了在接触处添加节点耦合和约束方程的方法来模拟接触。动力头作用在外键上的压力近似按均布载荷处理。同样可伸缩底盘的上下部件接触处的连接问题我们也采用添加节点耦合<WP=72>的方法来处理，用以传递上下部件之间的压力。各种工况下的受力按台车架对其反作用力来计算。根据计算结果，钻杆的危险点位于最里层钻杆与其外层钻杆的接触处。在进行钻杆的结构改进时，应该对该处进行重视。钻杆在静载荷作用下的最大变形量为0.078m，其转角大小为0.072 °/m。其刚度满?