同土壤硬度和不同钻头转速的大量实验数据，应用实验统计方法，建立关于钻头进给阻力和扭转力矩与上述因素之间的统计模型。实验过程中，每一组实验需重复2-3次，以消除由于土样配置所产生的测量误差。挖坑实验考虑的影响因素及其水平如表1所示。 表1 实验中影响因素及其水平列表 钻头转速(r/min) 土壤类型 土壤硬度(kg/cm2 ) 1 55 砂土 10 2 110 粘土 20 3 165 石质山地 30 。
对钻头动态工作进行有限元分析 首先，对挖坑机钻头进行数值建模。ANSYS的几何建模功能不如其他建模软件功能强大，而且，ANSYS具有与其他建模软件的接口，因此建模使用的软件可以是PROE或CATIA等制图软件，将建好的钻头模型导入到ANSYS进行有限元计算分析。 其次，为了数值计算时考虑土壤对钻头的真实作用，将实验得到的土壤对钻头的作用力（包括铅垂阻力与扭转力矩）与时间的函数关系，作为非线性荷载，施加到钻头螺旋翼片的有限元模型上。由于钻头的运动为边旋转边直线下降，因此在土壤作用力加载的时候，需要分次施加，即将总的工作时间分成若干时间段，然后在每一时间段内将对应的实验作用力与时间的数据结果施加到有限元模型上进行动态计算。最终，可以将全部时间段内的钻头的动力学数据串联起来，构成钻头的力学参数与时间的关系曲线。
研究方案与技术路线 （1）挖坑机钻头挖坑实验 首先，取每种实验用土进行配水及搅拌以达到实验要求的含水率，然后进行土壤装填及夯实。夯实过程利用硬度计，保证每次实验土槽内土壤硬度基本一致。 其次，调整数据采集系统及其他实验装置，准备就绪后开始正式挖土实验。实验过程及最终挖坑质量由摄像机拍摄。各种测试数据由数据采集系统采集并传输到计算机上进行实时监控及记录。
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