海底电缆埋设犁犁体结构应力分析

高树娟

摘 要：本文根据埋设犁极限工作状态计算犁体开沟阻力，运用solidWorks软件对埋设犁犁体进行三维建模，利用ANSYS软件建立有限元模型进行典型荷载工况下的应力分析，进行结构优化。探讨了有限元软件对犁体的结构设计、计算及改进的应用。

关键词：埋设犁；犁体；开沟阻力三维建模；有限元；应力分析

电缆埋设犁是布缆船上的一种主要布缆设备，通常带有可变角度的犁体，用于埋设海底电缆。犁体由高压水腔、电缆腔、导缆盖板和牵引装置组成，高压水腔底部安装喷嘴进行高压水射流开沟。犁体通过旋转轴固定在前龙门架的轴承座上，犁体正常工作位置是前缘与海底平面成47°夹角，满足3m埋深的要求。犁体是埋设犁重要工作构件，其工作性能直接影响成沟效果。

1开沟阻力计算

埋設犁在水底切削开沟，其阻力是切削泥土面积与单位面积泥土阻力-比阻力的乘积来计算。开沟的总阻力可按下式计算：

R=K平均.f

=15×320×36=172800N=172.8KN

式中：R——开沟的总阻力 N；

K——泥层切泥比阻力 N/cm2 ，参照下表取15；

f——为埋设犁开沟的截面积cm2；

表1：泥土比阻力数据表

序号 土质 泥土比阻力（N/cm2）

1 砂、砂质土、轻沙质黏土 6-12

2 沙质黏土、细砂、轻黏土 10-27

3 中等和重质黏土 27-48

4 重黏土 >48

2 埋设犁抗拔力计算

2.1计算犁体自重Gp【根据《桩基规范》5.4.5式5.4.5-2计算】，地下水位以下取浮重度。

2.2犁体非整体破坏的抗拔极限承载力标准值Tuk

犁体的抗拔极限承载力标准值（根据《桩基规范》5.4.6 式5.4.6-1）

式中：Tuk----基桩抗拔极限承载力标准值（kN）

λi----抗拔系数

qsik----桩侧表面第i层土的抗压极限侧阻力标准值（kN/m2）

ui----桩身周长（圆桩取πd，方桩取4b），对于扩底桩扩底影响范围内取扩底周长πdk（m）

li----桩侧表面第i层土厚（m）

Tuk=216.000 kN

2.3计算基桩抗拔极载力Tu

计算基桩抗抗承载力Tu（根据《桩基规范》5.4.5式5.4.5-2计算）

3犁体钢结构受力分析

埋设犁由犁体、前后龙门架、滑靴三部分组成。计算内容为采用有限元分析软件分别对犁体、前龙门架进行进行有限元分析。根据开沟阻力计算、埋设犁抗拔力计算及施工经验，犁体底部承受最大水平荷载30T，分别计算犁体及前龙门架的应力和变形。

4结束语

海缆埋设犁在作业中犁体与海底平面的夹角尽量不要小于20度，夹角越小对机架受力越不利；由于埋设犁在海洋中的使用环境恶劣，应使用优质的碳素结构钢。

参考文献：

[1] 杜少泽，张政，梁建兴. 海底电缆铺设设备分析【J】.中国集体经济，2013（23）：41-43.

[2]王立权，马洪新，王磊等.海底管道回填犁结构设计与试验研究【J】.机床与液压.2016，44（9）：90-95.

[3]王新敏，ANSYS工程结构数值分析【M】.北京：人民交通出版社，2007.