本文介紹了短螺旋鉆頭引導葉片的SolidWorks三維設計和受力分析相關內容。

　　短螺旋鉆頭在大口徑巖土旋挖鉆掘器具中占有重要地位，在樁基礎施工，尤其是在硬地層鉆進中廣為應用。由于設計、制造或使用的不當，螺旋鉆頭在施工中常出現葉片撕裂、斷裂等問題，并引發孔內事故，因此對短螺旋鉆頭在地層中受力分析進行研究是必要的。本文以SolidWorks為平臺對短螺旋鉆頭進行了初步的三維建模和受力分析探討。

　　1短螺旋鉆頭的結構分類及分析

　　根據使用的不同，短螺旋鉆頭具有的結構和分類的多樣性，常見的嵌巖短螺旋鉆頭從結構形式上可分為平頭短螺旋鉆頭和錐頭短螺旋鉆頭(如圖1,圖2所示)，其主要由法蘭、心軸管、主螺旋葉片(導向螺片)和引導螺旋葉片(錐片或平頭)組成。錐頭螺旋鉆頭又分為雙錐雙螺短螺旋鉆頭、雙錐單螺短螺旋鉆頭、單錐單螺短螺旋鉆頭尺寸。

　　螺旋鉆頭的主要參數有螺距、螺旋線長度、螺旋鉆頭錐角(平頭螺旋鉆頭錐角為0)、切削具布齒間距、切削距布齒到徑的螺旋線回轉角度、鉆齒的布齒角度及長度、硬質合金頭的相關參數等。由于螺旋鉆頭的錐角是螺旋鉆頭的重要指標，根據實際工程經驗，一般錐角較大，螺旋線的回轉角度較小，布齒相對較少，鉆頭的制造成本較低，可滿足強風化和礫石層鉆進;對于中風化、弱風化等堅硬地層，則要采用小錐角、大鉆壓進行鉆進。但是錐角的較大和較小只能靠工程經驗，具體的可靠工作范圍很難界定，為此有必要對短螺旋鉆頭的引導螺旋葉片受力情況進行分析研究，然后根據不同的地層特點設計相應的短螺旋鉆頭結構，以提高鉆進效果。

　　2 基于SolidWorks的短螺旋鉆頭引導螺旋葉片受力分析研究

　　由于平頭短螺旋鉆頭螺旋鉆頭錐角為零，其引導葉片可以錐頭短螺旋鉆頭的特例，為此現以雙錐雙螺短螺旋鉆頭(其基本參數見表1)引導螺旋葉片為例，材料一定，并假定材料設想為同象性，在約束和載荷一定的情況下，對引導螺旋葉片基于SolidWorks的受力情況分析研究。

　　分析過程中設想線性靜態分析:(1)材料行為為線性，與Hooke定律相符;(2)誘導位移很小以致由于載荷可忽略剛性變化;(3)載荷緩慢應用以便忽略動態效果。在分析過程中引導螺旋葉片材料屬性選擇為低合金Mn鋼，其受力分析如圖3所示，具體載荷等信息見表2。

　　圖4為螺旋錐角與最低安全系數變化關系圖，圖5為螺旋錐角與葉片質量變化關系圖，從表2和圖4 ,5可以得出:當引導螺旋鉆頭承壓一定時，其安全系數隨著螺旋錐角的增大而增大，但增大到一定值時又隨之減小，而螺旋鉆頭的質量卻隨著螺旋錐角的增大而減小，螺旋錐角與螺旋鉆頭錐角成正比關系，螺旋鉆頭錐角是螺旋錐角的2倍，即當引導螺旋鉆頭承壓一定時，其安全系數隨著螺旋鉆頭錐角的增大而增大，但增大到一定值時卻隨之減小;而螺旋鉆頭的質量卻隨著螺旋鉆頭錐角的增大而減小。可以根據變化關系及地層狀況選擇合適的螺旋鉆頭錐角。

　　3結論

　　本文主要探討了基于SolidWorks的雙錐雙螺短螺旋鉆頭引導螺旋葉片為例，假定材料設想為同象性，進行了受力分析研究，得出螺旋鉆頭錐角與安全系數之間的關系。設計者可以根據關系變化圖及不同的地層特點設計相應的短螺旋鉆頭結構，對提高螺旋鉆頭鉆進效果影響很大，同時也為短螺旋鉆頭的設計合理性及可靠性提供依據。