畢業(yè)設(shè)計(jì)旋挖鉆機(jī)及變幅機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)(共32頁(yè))

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1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-----傾情為你奉上 旋挖鉆機(jī)及變幅機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 摘 要 隨著全球經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展以及改革開(kāi)放的逐步深化，基本建設(shè)范圍的持續(xù)拓寬，旋挖鉆機(jī)是一種多功能、高效率的灌注樁成孔設(shè)備，被廣泛應(yīng)用于水利工程、高層建筑、城市交通建設(shè)、鐵路公路橋梁等樁基礎(chǔ)工程的施工。旋挖鉆機(jī)能適應(yīng)我國(guó)大部分地區(qū)的地質(zhì)條件，成為適合建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)最理想的施工機(jī)械。 本課題在充分調(diào)研了國(guó)內(nèi)外鉆孔設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用前提下，了解和分析國(guó)現(xiàn)有的大型鉆孔裝備的技術(shù)特點(diǎn)，提出了旋挖鉆機(jī)總體設(shè)計(jì)方案，完成了旋挖鉆機(jī)主要部件的選取及變幅機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中引入CAD繪圖技術(shù)，利用Pro/e軟件建立了旋挖鉆機(jī)變

2、幅機(jī)構(gòu)的三維模型，使其實(shí)體化、可視化，縮短了設(shè)計(jì)周期。最后通過(guò)虛擬樣機(jī)仿真Pro/e軟件對(duì)旋挖鉆機(jī)變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真和分析，得到了變幅機(jī)構(gòu)在變幅過(guò)程中各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，確保所設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)滿足使用要求。 關(guān)鍵詞　旋挖鉆機(jī)；變幅機(jī)構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 專心---專注---專業(yè) 目 錄 第1章 緒論 1.1 課題背景研究的目的及意義 本課題在充分調(diào)研了國(guó)內(nèi)外鉆孔設(shè)備的實(shí)際應(yīng)用前提下，了解和分析國(guó)現(xiàn)

3、有的大型鉆孔裝備的技術(shù)特點(diǎn)，提出了旋挖鉆機(jī)總體設(shè)計(jì)方案，完成了旋挖鉆機(jī)主要部件的選取及變幅機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。在設(shè)計(jì)中引入CAD繪圖技術(shù)，利用Pro/e軟件建立了旋挖鉆機(jī)變幅機(jī)構(gòu)的三維模型，使其實(shí)體化、可視化，縮短了設(shè)計(jì)周期。最后通過(guò)虛擬樣機(jī)仿真Pro/e軟件對(duì)旋挖鉆機(jī)變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真和分析，得到了變幅機(jī)構(gòu)在變幅過(guò)程中各構(gòu)件運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，確保所設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)滿足使用要求[1]。 1.2 國(guó)內(nèi)外旋挖鉆機(jī)的研究現(xiàn)狀 1.2.1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀 旋挖鉆機(jī)在二戰(zhàn)以前首先在美國(guó)卡爾維爾特公司問(wèn)世，二戰(zhàn)之后在得到發(fā)展，1948年意大利邁特公司首先開(kāi)始研制，接著、開(kāi)始發(fā)展，到了70～80年代在得到快

4、速發(fā)展，當(dāng)時(shí)日本稱之為回轉(zhuǎn)斗成樁，也叫阿司特利工法（EarthDriII），在德國(guó)、日本這類工法相當(dāng)普遍。我國(guó)在80年代初從日本引進(jìn)過(guò)工作裝置，配裝在KH-125型上。1984年，天津廠引進(jìn)美國(guó)RDI公司的旋挖鉆機(jī)并進(jìn)行消化吸收。1987年在北京展覽館首次展出了意大利土力公司（SOILMEC）產(chǎn)品，1988年城建機(jī)械廠根據(jù)土力公司的樣機(jī)開(kāi)發(fā)了1.5m直徑的履帶起重機(jī)附著式旋挖鉆機(jī)。 1994年勘察機(jī)械廠引進(jìn)BSP公司附著式旋挖鉆孔機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)，但都沒(méi)有形成批量生產(chǎn)。1992年寶峨公司在北京設(shè)立了代表處，開(kāi)始了對(duì)華業(yè)務(wù)．并于1995年在天津成立了獨(dú)資子公司寶峨天津機(jī)械工程有限公司，組裝適合的

5、寶峨BG20型旋挖鉆機(jī)。 1998年在又成立了中德合資上海寶峨金泰股份有限公司，生產(chǎn)組裝BG15型、BG24型旋挖鉆機(jī)。1998年，開(kāi)始自主開(kāi)發(fā)研制RD18旋挖鉆機(jī)，于99年試制成功并投入批量生產(chǎn)，最近幾年我國(guó)旋挖鉆機(jī)取得了快速發(fā)展。后來(lái)，北京經(jīng)緯巨力、三一重機(jī)等也紛紛涉足旋挖鉆機(jī)的生產(chǎn)，目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)旋挖鉆孔機(jī)廠商有近二十家。 隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，給基礎(chǔ)工程市場(chǎng)帶來(lái)了巨大的發(fā)展機(jī)遇。被稱為“五大世紀(jì)工程”的三峽工程、西氣東輸、西電東送、南水北調(diào)、青藏鐵路等工程的建設(shè)；國(guó)家西部大開(kāi)發(fā)戰(zhàn)略的實(shí)施，使西部地區(qū)的高速公路建設(shè)及城市建設(shè)工程量劇增；以北京為主的幾個(gè)奧運(yùn)城市進(jìn)行了大規(guī)模的城市建設(shè)及

6、奧運(yùn)場(chǎng)館的建設(shè)。這一系列重大事件，使得近年來(lái)基礎(chǔ)工程市場(chǎng)達(dá)到了前所未有的規(guī)模。與普通的基礎(chǔ)工程相比，這些工程有著其不同的特點(diǎn)，如工程量大、持續(xù)時(shí)間長(zhǎng)；對(duì)環(huán)保要求嚴(yán)格，西部大開(kāi)發(fā)要保護(hù)生態(tài)環(huán)境，奧運(yùn)工程的建設(shè)不能對(duì)城市環(huán)境造成污染等；工程進(jìn)度不能拖延，等等。這些特點(diǎn)對(duì)基礎(chǔ)工程施工技術(shù)提出了更嚴(yán)格的要求，一般情況下采用常規(guī)的施工技術(shù)是很難滿足這些要求的，而必須采用先進(jìn)的施工設(shè)備和技術(shù)。在這些工程的建設(shè)中，旋挖鉆進(jìn)技術(shù)的應(yīng)用越來(lái)越多，在青藏鐵路及奧運(yùn)主場(chǎng)館的建設(shè)中甚至全部采用的是旋挖鉆進(jìn)技術(shù)[2]。 國(guó)產(chǎn)旋挖鉆機(jī)目前存在的主要問(wèn)題： 首先表現(xiàn)在整體的液壓系統(tǒng)與配置還達(dá)不到國(guó)外產(chǎn)品的先進(jìn)水平，特別

7、是與世界先進(jìn)水平的旋挖鉆機(jī)相比還存在很大差距。國(guó)外的優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品液壓系統(tǒng)一般都采用恒功率系統(tǒng)或負(fù)荷傳感系統(tǒng)，液壓元件采用國(guó)際先進(jìn)成熟的產(chǎn)品。 其次，國(guó)產(chǎn)旋挖鉆機(jī)的關(guān)鍵件如鉆桿，特別是機(jī)鎖式加壓鉆桿還不能滿足主機(jī)的要求，主要原因是國(guó)產(chǎn)鋼管在鋼管加工時(shí)，圓度和直線度達(dá)不到設(shè)計(jì)要求，無(wú)論是強(qiáng)度還是精度都不能滿足要求；鉆桿的加工工藝還處在摸索之中，焊接質(zhì)量不能保證，焊后易變形，而且鉆桿變形難以調(diào)整。 再其次，一些國(guó)產(chǎn)旋挖鉆機(jī)的整機(jī)外觀及操作室內(nèi)儀表盤的布置不如國(guó)外產(chǎn)品。國(guó)外的旋挖鉆機(jī)有的裝有全電腦操作系統(tǒng)，使操作手能實(shí)時(shí)掌握鉆進(jìn)深度、鉆架垂直度，保證鉆孔準(zhǔn)確到達(dá)設(shè)計(jì)深度和保持良好的垂直度；實(shí)時(shí)掌握各系

8、統(tǒng)工作情況，便于及時(shí)采取維修措施，保證鉆機(jī)正常運(yùn)轉(zhuǎn)。而目前，大部分國(guó)產(chǎn)旋挖鉆機(jī)的鉆桿牙嵌與動(dòng)力頭嚙合情況和鉆桿狀態(tài)均無(wú)顯示功能，操作手只能憑經(jīng)驗(yàn)判斷。施工中，旋挖鉆機(jī)在進(jìn)行鉆孔作業(yè)時(shí)，有一個(gè)鉆—提升—回轉(zhuǎn)—拋土—再回轉(zhuǎn)至原孔口—對(duì)準(zhǔn)—再鉆進(jìn)的過(guò)程。國(guó)產(chǎn)旋挖鉆機(jī)因沒(méi)有回位定位功能，所以在對(duì)準(zhǔn)時(shí)耗費(fèi)相當(dāng)多的時(shí)間和精力，而且，人工對(duì)準(zhǔn)精度低[3]。 國(guó)內(nèi)近年來(lái)利用各種方式和途徑，在消化吸收國(guó)外先進(jìn)技術(shù)的基礎(chǔ)上，創(chuàng)新，相繼開(kāi)發(fā)了多種型式的旋挖鉆機(jī)，如湖南山河、徐工集團(tuán)等開(kāi)發(fā)的專用底盤旋挖鉆機(jī);三一重機(jī)等開(kāi)發(fā)的挖掘機(jī)底盤旋挖鉆機(jī)。而在動(dòng)力方面，大部分都是采用了與卡特彼勒底盤配套的卡特彼勒發(fā)動(dòng)機(jī)，或選用

9、康明斯、沃爾沃的發(fā)動(dòng)機(jī)。液壓元件等關(guān)鍵部件也都是選用世界知名品牌產(chǎn)品。國(guó)產(chǎn)旋機(jī)整體水平雖然與國(guó)外產(chǎn)品還有一定差距，但已經(jīng)完全滿足國(guó)內(nèi)基礎(chǔ)工程施工的需要，加上格優(yōu)勢(shì)明顯，所以從2003下半年開(kāi)始，國(guó)內(nèi)旋挖鉆機(jī)市場(chǎng)已經(jīng)進(jìn)口機(jī)變?yōu)橐試?guó)產(chǎn)機(jī)為主。 1.2.2 國(guó)外研究現(xiàn)狀 國(guó)外目前旋挖鉆機(jī)的在國(guó)內(nèi)的公司主要有：德國(guó)寶峨公司，其產(chǎn)品系列為BG12～BG25；意大利土力公司，其產(chǎn)品為R412～R618；MAIT公司的HR130～HR240；IMT公司的AF6～AF50；CMV公司的TH12～TH25等。國(guó)外產(chǎn)品最大扭矩可達(dá)360kNm，發(fā)動(dòng)機(jī)功率達(dá)448kW，鉆孔直徑可達(dá)4m，鉆孔深度90余米等，品牌

10、主要集中于土力、寶峨、意馬、麥特、卡薩格蘭第、巨力、日本產(chǎn)小扭矩旋挖鉆機(jī)[4]。 國(guó)外旋挖鉆機(jī)的優(yōu)勢(shì)，國(guó)外的旋挖鉆機(jī)的鉆桿牙嵌與動(dòng)力頭嚙合情況和鉆桿狀態(tài)有顯示功能。鉆桿牙嵌是極易磨損的(特別是在嚙合不徹底的情況下)，磨損后的修復(fù)也是非常麻煩的。以往操作者只能憑自己的經(jīng)驗(yàn)來(lái)感覺(jué)嚙合情況，所以對(duì)操作者的熟練程度的要求很高。在鉆孔作業(yè)時(shí)，鉆孔深度通常達(dá)幾十米，由于地質(zhì)情況、鉆桿與鉆桿、鉆桿與鉆頭連接等方面的原因，造成鉆桿、鉆頭脫落在孔內(nèi)的事故，給施工單位造成很大的損失。鉆桿狀態(tài)的顯示功能，為操作者提供一個(gè)可視的鉆桿，方便了操作者，可有效避免事故的發(fā)生。 國(guó)外的旋挖鉆機(jī)采用電液比例伺服控制系統(tǒng)、P

11、LC、CAN總線控制等，提高了定位鉆孔精度，具有鉆孔深度的自動(dòng)化檢測(cè)，熒光屏顯示功能等，當(dāng)鉆機(jī)發(fā)生傾斜時(shí)，鉆機(jī)會(huì)自動(dòng)報(bào)警，并進(jìn)行自動(dòng)調(diào)整。采用能顯示多種信息的多功能液晶顯示器，能進(jìn)行鉆機(jī)控制、自動(dòng)垂直調(diào)平、回轉(zhuǎn)倒土控制、發(fā)動(dòng)機(jī)的監(jiān)控、鉆孔深度測(cè)量及顯示、車身工作狀態(tài)動(dòng)畫(huà)顯示及虛擬儀表顯示、故障檢測(cè)與報(bào)警等信息的顯示。鉆機(jī)的設(shè)計(jì)充分考慮操作人員的安全，并采取了一些措施，如駕駛室前窗配有FOPS；卷?yè)P(yáng)的高度限位；駕駛室內(nèi)操作臺(tái)安全控制；發(fā)動(dòng)機(jī)、液壓等參數(shù)顯示、報(bào)警等。在控制功能上普遍采取和專業(yè)廠合作或自己開(kāi)發(fā)專用控制器和控制軟件。國(guó)外鉆機(jī)發(fā)展趨勢(shì)具體表現(xiàn)在以下幾個(gè)方面。 1．多功能模塊化 只需

12、要選擇不同的工作附件，便可做到一機(jī)多用。鉆機(jī)采用的是多用途模塊式設(shè)計(jì)，可與連續(xù)墻抓斗、長(zhǎng)螺旋等配合使用。動(dòng)力頭為雙作用驅(qū)動(dòng)箱，既可進(jìn)行鉆孔，又能安放套管，一機(jī)多用。 2．機(jī)電一體化 采用電液比例伺服控制系統(tǒng)，國(guó)外產(chǎn)品大都實(shí)現(xiàn)了負(fù)載反饋的自動(dòng)控制。 3．控制可視化、智能化 具有鉆孔深度、鉆桅垂直度自動(dòng)化檢測(cè)、熒屏顯示，提高了定位鉆孔精度。并顯示、記錄、打印成樁的外形，大大提高了成樁質(zhì)量。 4．實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè) 采用孔深、發(fā)動(dòng)機(jī)、油壓、主副卷?yè)P(yáng)拉力等參數(shù)的自動(dòng)化檢測(cè)，熒光屏顯示。 5．安全措施 駕駛室前窗配有防墜物保護(hù)、卷?yè)P(yáng)的高度限位、駕駛室內(nèi)操作臺(tái)安全控制、發(fā)動(dòng)機(jī)參數(shù)顯示、液壓參數(shù)顯示、

13、報(bào)警等。 1.3 本論文主要工作內(nèi)容 本課題以旋挖鉆機(jī)為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)旋挖鉆機(jī)接的國(guó)內(nèi)外設(shè)備狀況的調(diào)研，確定旋挖鉆機(jī)的鉆機(jī)及變幅機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)[5]。 初步確定本課題對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究和探討，具體工作內(nèi)容如下： l.調(diào)研、收集旋挖鉆機(jī)相關(guān)設(shè)計(jì)信息，根據(jù)旋挖鉆機(jī)的工作要求和工作環(huán)境，提出旋挖鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì)構(gòu)思。 2.對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行整體設(shè)計(jì)，在機(jī)械結(jié)構(gòu)整體方案基礎(chǔ)上，數(shù)據(jù)進(jìn)行選定。 3.根據(jù)總體設(shè)計(jì)，計(jì)算變幅機(jī)構(gòu)相關(guān)數(shù)據(jù)。 4.對(duì)變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行三維建模。 5.整理資料、撰寫(xiě)畢業(yè)論文。 1.4 本章小結(jié) 本章主要介紹了旋挖鉆機(jī)的發(fā)展歷史與功用以便我們更好的深入研究。本課題以旋挖

14、鉆機(jī)為研究對(duì)象，通過(guò)對(duì)旋挖鉆機(jī)接的國(guó)內(nèi)外設(shè)備狀況的調(diào)研，確定旋挖鉆機(jī)的鉆機(jī)及變幅機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)。初步確定本課題對(duì)以下幾個(gè)方面進(jìn)行了研究和探討確保所設(shè)計(jì)的機(jī)械結(jié)構(gòu)滿足使用要求。 第2章 旋挖鉆機(jī)總體設(shè)計(jì) 2.1 旋挖鉆機(jī)工作原理 旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)成孔工藝旋挖成孔，首先是通過(guò)鉆機(jī)自有的行走功能和桅桿變幅機(jī)構(gòu)使得鉆具能正確的就位到樁位，利用桅桿導(dǎo)向下放鉆桿將底部帶有活門的桶式鉆頭置放到孔位，鉆機(jī)動(dòng)力頭裝置為鉆桿提供扭矩、加壓裝置通過(guò)加壓動(dòng)力頭的方式將加壓力傳遞給鉆桿鉆頭，鉆頭回轉(zhuǎn)破碎巖土，并直接將其裝入鉆頭內(nèi)，然后再由鉆機(jī)提升裝置和伸縮式鉆桿將鉆頭提出孔外卸土，這樣循環(huán)往復(fù)，不斷地

15、取土、卸土，直至鉆至設(shè)計(jì)深度[6]。 2.2 結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì) 總體設(shè)計(jì)是機(jī)械產(chǎn)品設(shè)計(jì)的關(guān)鍵，它對(duì)產(chǎn)品的技術(shù)性能、經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和社會(huì)性具有決定性意義。總體設(shè)計(jì)應(yīng)始終貫徹了功能要求原則、可靠性原則、安全原則、力學(xué)原則、經(jīng)濟(jì)性原則等。本課題在鑒了國(guó)內(nèi)外的旋挖鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)，提出了旋挖鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì)方案。以下是各個(gè)功能元選擇的各種選項(xiàng)，以及選擇方法。 表2-1 旋挖鉆機(jī)的機(jī)構(gòu)選項(xiàng) 功能元 功能元解 1 2 3 4 A動(dòng)力源 電動(dòng)機(jī) 液壓馬達(dá) 氣壓馬達(dá) B傳動(dòng)方式 齒輪傳動(dòng) 鏈傳動(dòng) 帶傳動(dòng) 渦輪傳動(dòng) C行走方式 輪胎 履帶 軌道 D定位方式 行走定位

16、回轉(zhuǎn)變幅定位 E升降方式 卷?yè)P(yáng) 液壓缸 連桿 F取土形式 回轉(zhuǎn) 沖擊 A動(dòng)力源：由于旋挖鉆機(jī)輸出功率較大，三種動(dòng)力源之中液壓馬達(dá)以體積小、能量密度高、運(yùn)行穩(wěn)定等特點(diǎn)成為旋挖鉆機(jī)最佳動(dòng)力源。 B傳動(dòng)方式：傳動(dòng)方式中鏈傳動(dòng)不易于高速、重載，帶傳動(dòng)傳動(dòng)低速性能不好、徑向尺寸大、效率低壽命短。渦輪傳動(dòng)平穩(wěn)、振動(dòng)小、噪音小，但是傳動(dòng)效率低、但價(jià)格昂貴。而齒輪傳動(dòng)效率高、傳動(dòng)比準(zhǔn)確、承載能力大、使用壽命長(zhǎng)、可靠性高、價(jià)格合理、結(jié)構(gòu)緊湊最佳的選擇。 C行走方式：行走方式中，軌道不能自由移動(dòng)，因此去掉軌道選項(xiàng)。 輪胎機(jī)動(dòng)性較好，但承載不好，考慮旋挖鉆機(jī)施工現(xiàn)場(chǎng)環(huán)境

17、，選取履帶行走方式。 D定位方式：回轉(zhuǎn)變幅定位，因?yàn)樾凶叨ㄎ辉诿看涡锻炼家苿?dòng)位置嚴(yán)重影響工作效率。變幅機(jī)構(gòu)可以在不移動(dòng)位置下卸土。 E升降方式：卷?yè)P(yáng)，深度數(shù)十米液壓缸與連桿無(wú)法到達(dá)。 F取土形式：回轉(zhuǎn) 以上可以得出，旋挖鉆機(jī)結(jié)構(gòu)是方案為A2+B1+C2+D2+E1+F1，即全液壓履帶式旋挖鉆機(jī) 2.2.1 設(shè)計(jì)要求 為使旋挖鉆機(jī)滿足實(shí)際工程的使用要求，充分地調(diào)研了目前我國(guó)樁基施工的方法和鉆孔工藝，并根據(jù)鉆孔工藝和實(shí)際使用過(guò)程中操作人員的經(jīng)驗(yàn)，結(jié)合國(guó)內(nèi)外的技術(shù)和經(jīng)驗(yàn)提出了以下幾方面技術(shù)要求[7]。 1.功能要求：樁基孔直徑在1200~1500mm 之間，為了配合套管施工，所以

18、本鉆機(jī)鉆孔直徑在500~2000mm，鉆機(jī)具有通用接口，可以配備不同的鉆頭，適應(yīng)各種地質(zhì)條件下的施工，最大鉆孔深度85m。 2.性能要求：旋挖鉆機(jī)要求動(dòng)作迅速，快速啟動(dòng)和準(zhǔn)確制動(dòng)，機(jī)械系統(tǒng)在工作中應(yīng)該具有足夠的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性等。在各個(gè)工況下彈性變形要在許用范圍內(nèi)。 3.工作效率：一般情況下，在土層、砂層的鉆進(jìn)速度應(yīng)該達(dá)10m/h，在粘土層達(dá)4-6m/h，是普通回轉(zhuǎn)鉆進(jìn)的3-5 倍，甚至更高。 2.2.2 主要技術(shù)參數(shù) 主要技術(shù)參數(shù)是指能夠直接影響機(jī)械系統(tǒng)功能和工作性能的一些技術(shù)參數(shù)，詳見(jiàn)表2-2。它是機(jī)械系統(tǒng)結(jié)構(gòu)總體設(shè)計(jì)和主要零部件設(shè)計(jì)的依據(jù)。 表2-2 旋挖鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)

19、名稱 參數(shù) 動(dòng)力頭輸出扭矩T 280kNm 最大鉆深度h 60m 鉆孔直徑D 500~2000mm 鉆孔速度n 6~35r/min 卷?yè)P(yáng)單繩最大拉力F 200kN 卷?yè)P(yáng)最大速度v 1m/s 上車回轉(zhuǎn)角速度ω 2.5r/min 鉆桅左右調(diào)垂角度α 5 地盤擴(kuò)履尺寸L 3200/4200mm 2.2.3 總體布置 總體布置應(yīng)從保證其主要性能出發(fā)，對(duì)鉆機(jī)的性能、使用和制造等方面都將產(chǎn)生非常重要的影響?？傮w布置應(yīng)滿足功能、性能、結(jié)構(gòu)、工藝和使用等方面要求。 圖2-1 旋挖鉆機(jī)總體布置簡(jiǎn)圖 2.3 運(yùn)動(dòng)分析 旋挖鉆機(jī)運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖如圖2-2所示。旋挖鉆機(jī)

20、的運(yùn)動(dòng)可分解為鉆孔運(yùn)動(dòng)、提鉆運(yùn)動(dòng)、變幅運(yùn)動(dòng)和回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，下面將分別對(duì)旋挖鉆機(jī)進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析[8]。 圖2-2 旋挖鉆機(jī)運(yùn)動(dòng)示意圖 2.3.1 鉆孔運(yùn)動(dòng) 鉆孔運(yùn)動(dòng)是依靠鉆斗的回轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)的，鉆斗的回轉(zhuǎn)是由動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)鉆桿，使鉆斗同鉆桿一同運(yùn)動(dòng)的。動(dòng)力頭采用結(jié)構(gòu)緊湊的雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，以減小動(dòng)力頭的徑向尺寸。傳動(dòng)原理是，液壓馬達(dá)輸出扭矩通過(guò)行星減速機(jī)減速后，將動(dòng)力傳給小齒輪，小齒輪將動(dòng)力傳遞給回轉(zhuǎn)支承外環(huán)，回轉(zhuǎn)支承外環(huán)與動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)套固連，通過(guò)驅(qū)動(dòng)套內(nèi)鍵將扭矩傳遞到鉆桿驅(qū)動(dòng)鉆具回轉(zhuǎn)。 動(dòng)力頭采用結(jié)構(gòu)緊湊的雙馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，以減小動(dòng)力頭的徑向尺寸。傳動(dòng)原理如圖2-3所示，液壓馬達(dá)3輸出扭矩通過(guò)行星減速機(jī)2減

21、速后，將動(dòng)力傳給小齒輪1，小齒輪將動(dòng)力傳遞給回轉(zhuǎn)支承6外環(huán)，回轉(zhuǎn)支承外環(huán)與動(dòng)力頭驅(qū)動(dòng)套4固連，通過(guò)驅(qū)動(dòng)套內(nèi)鍵將扭矩傳遞到鉆桿5驅(qū)動(dòng)鉆具回轉(zhuǎn)[9]。　 動(dòng)力頭輸出轉(zhuǎn)速n可以表示見(jiàn)式(2-1)： (2-1) 式中 ——為液壓馬達(dá)流量L/min ——馬達(dá)排量mL； ——行星減速機(jī)減速比 ——齒輪副減速比。 1—小齒輪；2—行星減速機(jī)；3—馬達(dá)；4—驅(qū)動(dòng)套；5—鉆桿；6—回轉(zhuǎn)支承 圖2-3動(dòng)力頭傳動(dòng)原理 2.3.2 升降運(yùn)動(dòng) 升降運(yùn)動(dòng)主要是指在鉆鈄下鉆和裝滿巖土提到地面的過(guò)程，升降運(yùn)動(dòng)靠鉆機(jī)的提升系統(tǒng)完成。

22、在鉆機(jī)每個(gè)工作循環(huán)中旋挖鉆機(jī)要經(jīng)過(guò)孔定位、下鉆、鉆進(jìn)、提鉆、回轉(zhuǎn)、卸土六個(gè)工序，提升系統(tǒng)主要功能是控制鉆桿下降和提升速度，為了避免鉆桿觸地后卷?yè)P(yáng)繼續(xù)放繩而引起亂繩、損壞鋼絲繩的現(xiàn)象發(fā)生。提升系統(tǒng)主要是由卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu)、導(dǎo)向滑輪和繩鎖機(jī)構(gòu)構(gòu)成。如圖2-4所示。提升系統(tǒng)的主要運(yùn)動(dòng)是將卷?yè)P(yáng)的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)通過(guò)繩索系統(tǒng)轉(zhuǎn)換成豎直方向的移動(dòng)[10]。 滑輪架 回轉(zhuǎn)接頭頭 圖2-4提升系統(tǒng)傳動(dòng)原理 主要參數(shù)有提鉆加速時(shí)間t，鉆桿提升速度v，啟動(dòng)加速度a=v/t。則鉆桿提升速度v可以表示見(jiàn)式(2-2)： (2-2) 式中　Q——馬達(dá)流量，L/m

23、in； r——滾筒半徑，m； vg——馬達(dá)排量，mL。 2.3.3 變幅運(yùn)動(dòng) 變幅機(jī)構(gòu)由平行四邊形機(jī)構(gòu)和三角形機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分構(gòu)成，平行四邊形機(jī)構(gòu)通過(guò)變幅油缸的伸縮使桅桿遠(yuǎn)離機(jī)體或靠近機(jī)體，三角形機(jī)構(gòu)作用是通過(guò)立桅油缸的伸縮改變桅桿的角度，以調(diào)節(jié)桅桿相對(duì)水平面的角度。變幅機(jī)構(gòu)在鉆孔時(shí)改變鉆頭位置，在下車不移動(dòng)的工況下實(shí)現(xiàn)對(duì)孔定位，變幅機(jī)構(gòu)是旋挖鉆機(jī)重要部件，可以簡(jiǎn)化如圖2-5所示。因?yàn)樵谧兎^(guò)程中鉆具、動(dòng)力頭等部件固定在鉆桅桿上，所以在機(jī)構(gòu)分析中只分析鉆桅運(yùn)動(dòng)特性。變幅機(jī)構(gòu)共有8個(gè)活動(dòng)構(gòu)件，2個(gè)移動(dòng)副和9個(gè)轉(zhuǎn)動(dòng)副，自由度為2。主運(yùn)動(dòng)分別有變幅油缸BF和立桅油缸BC驅(qū)動(dòng)[11]。 變幅

24、機(jī)構(gòu)隨油缸伸出長(zhǎng)度的不同，其角度和受力都會(huì)變化，為了更清楚地找到它們之間的數(shù)學(xué)關(guān)系，在此引入了變幅和桅桿姿態(tài)角，通過(guò)姿態(tài)角的引入，就可以通過(guò)姿態(tài)角的大小來(lái)描述機(jī)構(gòu)的幾何尺寸和受力情況。變幅機(jī)構(gòu)中鉸點(diǎn)A、F與轉(zhuǎn)臺(tái)固定鉸鏈，變幅姿態(tài)角為變幅臂中心的連線與水平面成角，立桅姿態(tài)角 為鉆桅與三角架和立桅油缸兩鉸點(diǎn)連線與水平面成角，為轉(zhuǎn)臺(tái)傾角，為三角架BD與水平夾角, 為立 桅油缸與水平負(fù)方向的夾角， 為工作裝置重心與鉸點(diǎn)C、D構(gòu)成的三角形夾角，L1、L2分別為變幅油缸、立桅油缸長(zhǎng)度，G表示工作裝置，包括鉆桅總成、動(dòng)力頭、鉆具等。 設(shè)計(jì)時(shí)考慮到工作裝置質(zhì)量較大，鉆機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)兩油缸交替工作，這樣設(shè)計(jì)可

25、以提高鉆機(jī)本身的動(dòng)態(tài)穩(wěn)定性還可以降低液壓系統(tǒng)的負(fù)荷。下面分別對(duì)兩液壓缸工作進(jìn)行說(shuō)明。 (1)變幅油缸工作時(shí)，在平行四邊形ABEF中，AF為固定機(jī)架，四桿機(jī)構(gòu)屬于雙搖桿機(jī)構(gòu)，上臂AB和下臂EF為搖桿，其運(yùn)動(dòng)特性相同，質(zhì)心分別用GAB和GEF表示，質(zhì)心距各自回轉(zhuǎn)中心距離用和表示，當(dāng)變幅油缸運(yùn)動(dòng)時(shí)，AB、EF繞機(jī)架轉(zhuǎn)動(dòng)。則上臂AB質(zhì)心的速度可以表示為見(jiàn)式(2-3)： (2-3) 式中　——變幅角，rad。 圖

26、 2-5 旋挖鉆機(jī)變幅機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)示意圖 變幅油缸BF長(zhǎng)度L1與變幅姿態(tài)角之間關(guān)系可以表示為見(jiàn)式(2-4) (2-4) L1對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)，變幅油缸活塞桿運(yùn)動(dòng)速度可以表示為見(jiàn)式(2-5) (2-5) 三角架與工作裝置做平動(dòng)，運(yùn)動(dòng)特性與下臂E點(diǎn)相同，其運(yùn)動(dòng)方程可表示為見(jiàn)式(2-6)： (2-6) (2)立桅桿油缸工作時(shí)，在三角形機(jī)構(gòu)中BCD中，工作裝置的重心G，回轉(zhuǎn)半徑用表示，則工作裝置轉(zhuǎn)速可以表示為見(jiàn)式(2-7)： (2-7) 立桅油缸BC

27、長(zhǎng)度L2與姿態(tài)角之間關(guān)系可以表示為見(jiàn)式(2-8)： (2-8) 將對(duì)時(shí)間t求導(dǎo)，立桅油缸活塞桿運(yùn)動(dòng)速度可以表示為見(jiàn)式(2-9) (2-9) 　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　 2.3.4 上車回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng) 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)主要是驅(qū)動(dòng)上車?yán)@回轉(zhuǎn)中心整周回轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)是支承旋挖鉆機(jī)上車的自重及鉆孔提鉆過(guò)程中的垂直載荷作用，由回轉(zhuǎn)平臺(tái)和回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)兩個(gè)部分構(gòu)成

28、。在回轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)的作用下使上車?yán)@回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)頻繁，且質(zhì)量較大，屬于大慣量系統(tǒng)。回轉(zhuǎn)部分的主要運(yùn)動(dòng)參數(shù)有回轉(zhuǎn)角速度和啟動(dòng)時(shí)間和制動(dòng)時(shí)間t?；剞D(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)由液壓馬達(dá)、回轉(zhuǎn)減速機(jī)和回轉(zhuǎn)支承組成。傳動(dòng)原理如圖2-8所示，鑒于目前設(shè)計(jì)國(guó)內(nèi)尚無(wú)旋挖鉆機(jī)設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)，參照國(guó)內(nèi)外同類產(chǎn)品設(shè)計(jì)和同噸位的汽車起重機(jī)設(shè)計(jì)。旋挖鉆機(jī)的最大回轉(zhuǎn)速度n定為2.5r/min，回轉(zhuǎn)角速度為0.262rad/s。則上車回轉(zhuǎn)速度n為見(jiàn)式(2-10)： (2-10) 式中　——流量，L/min； ——馬

29、達(dá)排量，mL； ——行星減速機(jī)減速比； ——回轉(zhuǎn)支承齒輪副減速比。 2.4 動(dòng)力分析 由于旋挖鉆機(jī)質(zhì)量大，輸出扭矩大，所以對(duì)旋挖鉆機(jī)的主要部件進(jìn)行力學(xué)分析是十分重要的，主要對(duì)旋挖鉆鈄鉆進(jìn)過(guò)程、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)和變幅機(jī)構(gòu)變幅過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)力分析。 2.4.1 旋挖鉆斗動(dòng)力 鉆鈄在鉆土過(guò)程中，可將鉆鈄的掘削機(jī)構(gòu)分為切削機(jī)構(gòu)、裝載機(jī)構(gòu)和摩擦機(jī)構(gòu)，則動(dòng)力頭鉆鈄回轉(zhuǎn)時(shí)切削阻力矩M1為見(jiàn)式(2-11)： (2-11) 式中　k——掘削比阻力，； γ——鈄齒的切削刃后角； n——鉆鈄齒數(shù)； h——鉆鈄一次掘削深度，m； α——刀刃與土之間摩擦角； R—

30、—回轉(zhuǎn)鈄半徑，m； R0——回轉(zhuǎn)鈄頂尖半徑，m。 鉆鈄的裝載機(jī)構(gòu)為鉆鈄的內(nèi)腔，一邊靠切削刀切削，一邊把切削下的土裝入鈄內(nèi)。鉆鈄圓柱部分所消耗的阻力矩M2為見(jiàn)式(2-12)： （Nm） (2-12) 式中　K——土與鋼的摩擦系數(shù)； ρ——土的比重，kg/m； l——斗體高度，m； k——主動(dòng)土壓系數(shù)。 鉆鈄在掘削土過(guò)程中，由于受鉆桿的穩(wěn)定性等因素的影響，鉆鈄與孔壁之間產(chǎn)生摩擦阻力矩，這個(gè)阻力矩可以利用朗肯主動(dòng)土壓理論來(lái)求解，摩擦阻力矩M3為見(jiàn)式(2-13)： （Nm） (2-13) 式中　R——鉆鈄

31、半徑，m； h——鉆鈄高度，m； θ——為土內(nèi)部摩擦角； P——土側(cè)壓力，N。 鉆鈄受到總的阻力矩Md為見(jiàn)式(2-14)： (2-14) 2.4.2 回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)動(dòng)力 回轉(zhuǎn)過(guò)程的阻力矩包括風(fēng)載阻力矩、坡阻力矩、摩擦阻力矩和慣性阻力矩構(gòu)成。由于風(fēng)載產(chǎn)生的阻力矩相對(duì)較小，所以忽略風(fēng)載對(duì)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)的影響。根據(jù)剛體繞定軸轉(zhuǎn)動(dòng)微分方程，則慣性阻力矩Mg為見(jiàn)式(2-15)： (2-15) 式中　t——為啟動(dòng)時(shí)間，s； ω——為回轉(zhuǎn)角速度，rad/s； J——為轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，kgm2；

32、φ——為回轉(zhuǎn)角，rad。 (2-16) 式中　mi——分別為鉆桅、動(dòng)力頭、鉆桿、鉆斗、上車轉(zhuǎn)臺(tái)、變幅機(jī)構(gòu)質(zhì)量，kg； ri——為相應(yīng)的回轉(zhuǎn)半徑，m。 摩擦阻力矩可以表示為見(jiàn)式(2-17)： (2-17) 式中　k——為回轉(zhuǎn)阻力系數(shù)； D＿為滾到平均半徑，m； ΣＮ——為回轉(zhuǎn)支承受總壓力，N。 坡阻力矩可以表示為見(jiàn)式(2-18)： (2-18)

33、 式中　θ——坡道角度 鉆機(jī)回轉(zhuǎn)總的阻力矩可以表示為見(jiàn)式(2-19)： (2-19) 設(shè)啟動(dòng)安全系數(shù)為K，啟動(dòng)力矩Mq為見(jiàn)式(2-20)： (2-20) 制動(dòng)力矩Mb見(jiàn)式(2-21)： (2-21) 式中　——為減速機(jī)效率； ——液壓馬達(dá)效率； ——回轉(zhuǎn)支承效率。 2.4.3 變幅機(jī)構(gòu)動(dòng)力 變幅機(jī)構(gòu)作為鉆機(jī)重要支承機(jī)構(gòu)，以工作裝置為研究對(duì)象，受力如圖2-6所示，對(duì)D點(diǎn)力矩，列平衡方程見(jiàn)式(2-22)： 　　　　　(2-22)

34、 (2-23) 式中　dD——為G點(diǎn)到D點(diǎn)距離，m； ——為鉆桅與水平面夾角； δ——為立桅油缸與鉆桅夾角； γ——為工作裝置重心與鉸點(diǎn)C、D構(gòu)成的三角形夾角。 立桅桿受力FL表示為鉆桅傾角 為函數(shù)為見(jiàn)式(2-24)： (2-24) 圖2-6工作裝置受力模型 以三角架為研究對(duì)象，受力如圖2-7所示。利用截面法計(jì)算下臂對(duì)三角架的作用力 。相對(duì)于工作裝置質(zhì)量三角架自重忽略，對(duì)B點(diǎn)取 ，則 的受力平衡方程為見(jiàn)式(2-25)： (2-25) 圖2-7三角架受力模型

35、 (2-26) (2-27) 聯(lián)合求出下臂對(duì)三角架的作用力 。 以上臂為研究對(duì)象受力如圖2-8所示，對(duì)A點(diǎn)取力矩 ，則變幅油缸受力平衡方程見(jiàn)(2-28)： (2-28) 由公式聯(lián)立求出變幅油缸作用力 根據(jù)各工況求出變幅油缸最大受力 圖2-8上臂受力模型 2.5 本章小結(jié) 本章通過(guò)對(duì)旋挖鉆機(jī)的功能原理分析，利用對(duì)功能元的求解方法，建立了旋挖鉆機(jī)的形態(tài)學(xué)矩陣，并通過(guò)各功能元評(píng)價(jià)分析確定了旋挖鉆機(jī)的方案。運(yùn)用理論力學(xué)分析方法對(duì)旋挖鉆機(jī)的鉆孔轉(zhuǎn)速、上車回轉(zhuǎn)速度、卷?yè)P(yáng)提升速度以及變幅機(jī)構(gòu)運(yùn)

36、動(dòng)速度進(jìn)行了理論推導(dǎo)，完成了的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)。并對(duì)鉆進(jìn)過(guò)程、上車回轉(zhuǎn)和變幅過(guò)程中的阻力矩進(jìn)行了分析。為下一章結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。 第3章 旋挖鉆機(jī)總體設(shè)計(jì) 3.1 旋挖鉆機(jī)工作主要原件選型 旋挖鉆機(jī)在各個(gè)工況中功率變化較大，為了提高液壓系統(tǒng)的工作效率，選擇變量泵系統(tǒng)。主泵選擇力士樂(lè)變量泵，主閥選擇為負(fù)載敏感式多路閥。本文僅對(duì)馬達(dá)和減速機(jī)進(jìn)行選型，泵閥選擇不做詳細(xì)說(shuō)明。 液壓馬達(dá)分為低速馬達(dá)和高速馬達(dá)，低速馬達(dá)具有較好的低速穩(wěn)定性，一般可以不需要變速裝置直接傳遞扭矩，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但體積大、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量大，制動(dòng)時(shí)需要扭矩大，制動(dòng)非常困難。高速馬達(dá)體積小、重量輕、結(jié)構(gòu)緊湊、轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小

37、、反映靈敏，但輸出轉(zhuǎn)速高、扭矩小、低速穩(wěn)定性差，使用時(shí)必須配大減速比的減速機(jī)使用，制動(dòng)一般都采用減速機(jī)高速端制動(dòng)，所需扭矩小[13]。本課題中采用高速馬達(dá)和行星減速機(jī)構(gòu)組成的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)。選型根據(jù)運(yùn)動(dòng)參數(shù)和動(dòng)力參數(shù)計(jì)算。根據(jù)前面計(jì)算，選用標(biāo)準(zhǔn)件如表3-1、表3-2所示 表3-1 馬達(dá)型號(hào) 名稱 型號(hào) 排量mL/r 最大流量L/min 最大扭矩Nm 卷?yè)P(yáng) A2FE160/61W-VZ 160 577 812 回轉(zhuǎn) A2FE90/61W-VZL192J 90 405 458 動(dòng)力頭 A6VM200HA2/63W-VAB020A 200 580 1273 表3

38、-2減速機(jī) 名稱 型號(hào) 最大輸出扭矩Nm 減速比i 卷?yè)P(yáng) GFT110W3B115 78429 115 回轉(zhuǎn) GFB502B46 38000 60 動(dòng)力頭 GFC36T2B29-05 43000 32 3.2 動(dòng)力頭機(jī)構(gòu) 動(dòng)力頭是旋挖鉆機(jī)的關(guān)鍵工作部件，其性能好壞將直接影響鉆機(jī)整機(jī)性能的發(fā)揮。動(dòng)力頭主要作用是驅(qū)動(dòng)鉆桿帶動(dòng)鉆頭回轉(zhuǎn)，并提供鉆孔所需的加壓力、輔助提升力。動(dòng)力頭能根據(jù)不同的土層硬度自動(dòng)調(diào)整轉(zhuǎn)速與扭矩，以滿足不同的工況高效率鉆進(jìn)。動(dòng)力頭設(shè)計(jì)具體結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。 動(dòng)力箱是動(dòng)力頭中主要支承件屬于形狀復(fù)雜箱體，焊接件具有成型工藝簡(jiǎn)單、易于修改、重

39、量較輕，所以動(dòng)力箱采用焊接結(jié)構(gòu)。為了便于維修和觀測(cè)動(dòng)力箱上有潤(rùn)滑油高度顯示、加油口、放油口等[12]。 減速機(jī)構(gòu)主要由行星減速機(jī)、小齒輪軸和回轉(zhuǎn)支承組成，為了減小動(dòng)力頭徑向尺寸和重量，采用高速液壓馬達(dá)和大傳動(dòng)比的行星減速機(jī)使動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)更加緊湊。 動(dòng)力頭上、下端蓋采用旋轉(zhuǎn)密封圈進(jìn)行密封，過(guò)渡連接盤與上密封蓋之間又形成了迷宮式密封，以防止在惡劣工作環(huán)境塵土進(jìn)入動(dòng)力箱內(nèi)部。為了保證回轉(zhuǎn)支承與小齒輪軸內(nèi)潤(rùn)滑充分，動(dòng)力箱采用油浴式潤(rùn)滑，使回轉(zhuǎn)支承與小齒輪軸潤(rùn)滑更充分以較小磨損。 驅(qū)動(dòng)套與動(dòng)力頭箱體通過(guò)過(guò)渡盤3連接，當(dāng)驅(qū)動(dòng)套損壞時(shí)可以單獨(dú)地更換而不必拆動(dòng)力箱。動(dòng)力通過(guò)液壓馬達(dá)經(jīng)行星減速機(jī)6傳遞到小齒

40、輪軸8，通過(guò)回轉(zhuǎn)支承2將扭矩傳遞到驅(qū)動(dòng)套5。 1—?jiǎng)恿ο洌?—回轉(zhuǎn)支承總成；3—過(guò)渡連接盤；4—密封圈；5—驅(qū)動(dòng)套； 6—減速機(jī)；7—軸承；8—小齒輪；9—軸承；10—軸承蓋；11—下密封蓋 圖3-1動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)圖 3.3 變幅機(jī)構(gòu) 變幅機(jī)構(gòu)是旋挖鉆機(jī)中重要的支承機(jī)構(gòu)，承受鉆桅、鉆桿、鉆具等重量，鉆孔時(shí)還受來(lái)自動(dòng)力頭的扭矩作用，變幅機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)要求要有足夠的強(qiáng)度，在極限工況下不發(fā)生破壞，要有足夠的剛度保證極限工況下變形在許用范圍內(nèi)。變幅機(jī)構(gòu)中各構(gòu)件在連接鉸點(diǎn)處受力較大，為了滿足接觸剛度要求，同時(shí)減小零件質(zhì)量，連接頭采用鍛造件，上、下臂整體采用截面采用空心矩形，三角架采用空心

41、截面設(shè)計(jì)，內(nèi)部按強(qiáng)度布置隔板和筋板以保證三角架的剛度滿足設(shè)計(jì)要求。材料選用高強(qiáng)度合金鋼Q345。變幅 機(jī)構(gòu)結(jié)構(gòu)如圖3-2所示。平行四邊機(jī)構(gòu)下鉸點(diǎn)固連在轉(zhuǎn)臺(tái)上，變幅油缸伸縮改變平行四邊形機(jī)構(gòu)的角度，三角架處于平動(dòng)狀態(tài)[13]。 圖3-2變幅機(jī)構(gòu)圖 3.4 卷?yè)P(yáng)機(jī)構(gòu) 卷?yè)P(yáng)主要功能是鉆孔作業(yè)時(shí)提拉鉆具，控制鉆具下降速度和提升速度。鉆孔效率的高低、鉆孔事故發(fā)生的幾率、鋼絲繩壽命的長(zhǎng)短都與卷?yè)P(yáng)有密切的關(guān)系。卷?yè)P(yáng)的結(jié)構(gòu)和功能都非常重要。卷?yè)P(yáng)的主要結(jié)構(gòu)由支承架和動(dòng)力驅(qū)動(dòng)裝置構(gòu)成，卷?yè)P(yáng)支承架采用焊接結(jié)構(gòu)，滾筒為鑄造件。驅(qū)動(dòng)裝置工作特性要求卷?yè)P(yáng)滾筒轉(zhuǎn)速不隨外載荷變化而變，即勻速提鉆、下鉆，由液壓系

42、統(tǒng)保證。驅(qū)動(dòng)裝置主要由內(nèi)藏式減速機(jī)和插裝式馬達(dá)，減速機(jī)內(nèi)置制動(dòng)器，該裝置具有結(jié)構(gòu)緊湊、傳遞扭矩大、制動(dòng)迅速等特點(diǎn)。卷?yè)P(yáng)結(jié)構(gòu)如圖3-3所示。 1—支架；2—滾筒；3—鎖繩器；4—減速機(jī)；5—壓繩器 圖3-3卷?yè)P(yáng)總裝圖 3.5 本章小結(jié) 本章根據(jù)旋挖鉆機(jī)的運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)，對(duì)旋挖鉆機(jī)馬達(dá)和行星減速機(jī)零件的選型，完成主要部件包括動(dòng)力頭、卷?yè)P(yáng)、變幅機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)。并完成了旋挖鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。 第4章 旋挖鉆機(jī)總體設(shè)計(jì) 4.1 三維設(shè)計(jì)簡(jiǎn)介 三維設(shè)計(jì)是新一代數(shù)字化、虛擬化、智能化設(shè)計(jì)平臺(tái)的基礎(chǔ)。它是建立在平面和二維設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，讓設(shè)計(jì)目標(biāo)更立體化，更形象化的一種新興設(shè)計(jì)方

43、法。傳統(tǒng)的方法，我們是在一個(gè)平面的二維空間內(nèi)考慮布局，也就是上下左右四個(gè)方向。如果我們把每個(gè)模塊抽象成為一個(gè)平面，從三維的角度來(lái)看，有了前后的關(guān)系，一個(gè)頁(yè)面就可以看做N個(gè)層的重疊，通過(guò)層之間的互相透視，二維上形成一個(gè)頁(yè)面。這種抽象只是在設(shè)計(jì)頁(yè)面布局的角度，和最終呈現(xiàn)給用戶的二維視覺(jué)沒(méi)有影響。二維布局越復(fù)雜，制作難度越大，在三維空間內(nèi)，再?gòu)?fù)雜的布局也就是更多個(gè)層的疊加，同時(shí)根據(jù)瀏覽器解析代碼自上而下的特性，可以隨意調(diào)整各模塊的顯示順序，很多存在于二維布局方法的難題迎刃而解。 4.2 Pro/ENGINEER簡(jiǎn)介 Pro/Engineer操作軟件是美國(guó)參數(shù)技術(shù)公司旗下的CAD/CAM/CA

44、E一體化的三維軟件。Pro/Engineer軟件以參數(shù)化著稱，是參數(shù)化技術(shù)的最早應(yīng)用者，在目前的三維造型軟件領(lǐng)域中占有著重要地位，Pro/Engineer作為當(dāng)今世界機(jī)械CAD/CAE/CAM領(lǐng)域的新標(biāo)準(zhǔn)而得到業(yè)界的認(rèn)可和推廣。是現(xiàn)今主流的CAD/CAM/CAE軟件之一，特別是在國(guó)內(nèi)產(chǎn)品設(shè)計(jì)領(lǐng)域占據(jù)重要位置。 　　Pro/E第一個(gè)提出了參數(shù)化設(shè)計(jì)的概念，并且采用了單一數(shù)據(jù)庫(kù)來(lái)解決特征的相關(guān)性問(wèn)題。另外，它采用模塊化方式，用戶可以根據(jù)自身的需要進(jìn)行選擇，而不必安裝所有模塊。Pro/E的基于特征方式，能夠?qū)⒃O(shè)計(jì)至生產(chǎn)全過(guò)程集成到一起，實(shí)現(xiàn)并行工程設(shè)計(jì)。它不但可以應(yīng)用于工作站，而且也可以應(yīng)用到單機(jī)

45、上。 　　Pro/E采用了模塊方式，可以分別進(jìn)行草圖繪制、零件制作、裝配設(shè)計(jì)、鈑金設(shè)計(jì)、加工處理等，保證用戶可以按照自己的需要進(jìn)行選擇使用。 Pro/E特點(diǎn)主要在以下幾個(gè)方面： 　　1．參數(shù)化設(shè)計(jì)　相對(duì)于產(chǎn)品而言，我們可以把它看成幾何模型，而無(wú)論多么復(fù)雜的幾何模型，都可以分解成有限數(shù)量的構(gòu)成特征，而每一種構(gòu)成特征，都可以用有限的參數(shù)完全約束，這就是參數(shù)化。 　　2．基于特征建?！ro/E是基于特征的實(shí)體模型化系統(tǒng)，工程設(shè)計(jì)人員采用具有智能特性的基于特征的功能去生成模型，如腔、殼、倒角及圓角，您可以隨意勾畫(huà)草圖，輕易改變模型。這一功能特性給工程設(shè)計(jì)者提供了在設(shè)計(jì)上從未有過(guò)的簡(jiǎn)易和靈活

46、。 3． 單一數(shù)據(jù)庫(kù)　Pro/Engineer是建立在統(tǒng)一基層上的數(shù)據(jù)庫(kù)上，不象一些傳統(tǒng)的CAD/CAM系統(tǒng)建立在多個(gè)數(shù)據(jù)庫(kù)上。所謂單一數(shù)據(jù)庫(kù)，就是工程中的資料全部來(lái)自一個(gè)庫(kù)，使得每一個(gè)獨(dú)立用戶在為一件產(chǎn)品造型而工作，不管他是哪一個(gè)部門的。換言之，在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的任何一處發(fā)生改動(dòng)，亦可以前后反應(yīng)在整個(gè)設(shè)計(jì)過(guò)程的相關(guān)環(huán)節(jié)上。例如，一旦工程詳圖有改變，NC（數(shù)控）工具路徑也會(huì)自動(dòng)更新；組裝工程圖如有任何變動(dòng)，也完全同樣反應(yīng)在整個(gè)三維模型上。這種獨(dú)特的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與工程設(shè)計(jì)的完整的結(jié)合，使得一件產(chǎn)品的設(shè)計(jì)結(jié)合起來(lái)。 4.3 變幅機(jī)構(gòu)三維仿真 動(dòng)仿真可以模擬變幅機(jī)構(gòu)在不同狀態(tài)的運(yùn)動(dòng)，通過(guò)研究樣

47、機(jī)的動(dòng)力學(xué)特性和仿真結(jié)果的分析可以得到旋挖鉆機(jī)變幅機(jī)構(gòu)中各個(gè)構(gòu)件的受力情況，進(jìn)而驗(yàn)證變幅機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)是否合理。仿真前假設(shè)初始狀態(tài)鉆桅處于水平，變幅機(jī)構(gòu)中上、下臂處于水平狀態(tài)。 4.3.1 零件模型建立 Pro/E的零件建模時(shí)是基于二維參數(shù)化草繪的實(shí)體建模，通過(guò)拉伸、旋轉(zhuǎn)等特征操作命令完成零件的建模。當(dāng)需要修改模型特征時(shí)，只需要進(jìn)入相應(yīng)的草圖平面修改所需的數(shù)據(jù)，即可完成特征的修改。在設(shè)計(jì)零件時(shí)采用了Pro/E的關(guān)聯(lián)尺寸功能，即Pro/E中的自上向下建模方法，新零件的建立參照已有零件的配合尺寸，使修改一個(gè)零件的尺寸，其它零件也相應(yīng)修改。建立了變幅機(jī)構(gòu)三維模型。以下是變幅機(jī)構(gòu)中動(dòng)臂和三角架建模

48、，利用了草繪圖形，并通過(guò)拉伸、切除、實(shí)體引用等完成建模。動(dòng)臂，三腳架如圖4-1，4-2所示。 圖4-1動(dòng)臂模型 圖4-2三角架模型 4.3.2 裝配模型建立 裝配就是將裝配中裝配信息表達(dá)成相關(guān)零件相應(yīng)特征的裝配屬性，特征的裝配屬性來(lái)表達(dá)裝配信息。把裝配信息表達(dá)到零件模型中。從而建立起零件之間的各種裝配關(guān)系，形成一個(gè)完整的產(chǎn)品模型。裝配設(shè)計(jì)包括自下而上和自上而下兩種裝配設(shè)計(jì)方式。圖4-3為變幅機(jī)構(gòu)裝配模型，圖4-4為變幅機(jī)構(gòu)爆炸圖模型。 圖4-3變幅機(jī)構(gòu)裝配模型 圖4-4變幅機(jī)構(gòu)爆炸圖模型 4.4 本章小結(jié) 本章完成了對(duì)旋挖鉆機(jī)變幅機(jī)構(gòu)整體

49、的三維建模，并對(duì)裝配體進(jìn)行運(yùn)動(dòng)仿真。利用虛擬樣機(jī)技術(shù)建立了變幅機(jī)構(gòu)的樣機(jī)模型，對(duì)旋挖鉆機(jī)變幅機(jī)構(gòu)在桅桿升降和平行四邊形機(jī)構(gòu)變幅過(guò)程進(jìn)行了仿真。 結(jié)論 本文在充分了解國(guó)內(nèi)外灌注樁施工方式中的旋挖鉆進(jìn)技術(shù)現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合灌注樁施工工藝和要求，提出了全液壓旋挖鉆機(jī)的設(shè)計(jì)方案。根據(jù)主要技術(shù)參數(shù)和相關(guān)技術(shù)指標(biāo)完成了旋挖鉆機(jī)的總體設(shè)計(jì)。利用Pro/Engineer軟件進(jìn)行了旋挖鉆機(jī)變幅機(jī)構(gòu)的三維建模和虛擬裝配，對(duì)變幅過(guò)程進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真。完成以下工作： 1．在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上，結(jié)合國(guó)內(nèi)外鉆孔設(shè)備的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢(shì)，提出了旋挖鉆機(jī)的設(shè)計(jì)方案，并詳細(xì)設(shè)計(jì)了旋挖鉆機(jī)的各個(gè)功能模塊。

50、 2．根據(jù)主要技術(shù)參數(shù)進(jìn)行了旋挖鉆機(jī)主要部件的運(yùn)動(dòng)設(shè)計(jì)和動(dòng)力計(jì)算，設(shè)計(jì)了旋挖鉆機(jī)的主要部件，并建立了三維模型，裝配體設(shè)計(jì)合理運(yùn)動(dòng)部件之間未出現(xiàn)干涉。 3．通過(guò)Pro/Engineer軟件對(duì)旋挖鉆機(jī)的變幅過(guò)程進(jìn)行了三維建模和動(dòng)力學(xué)仿真，結(jié)果證明采用平行四邊形和三角形變幅機(jī)構(gòu)運(yùn)動(dòng)的平穩(wěn)、各構(gòu)件在變幅過(guò)程中的受力變化均勻，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理滿足使用要求。 參考文獻(xiàn) 1 孫玉煒．．今日工程機(jī)械：2009年，第7期： 42-43 2 宋金虎．．工程機(jī)械文摘：2009年，第3期：28-30 3 張啟君，張忠海，陳以田等.國(guó)內(nèi)外旋挖鉆機(jī)結(jié)構(gòu)特點(diǎn)的探討.江蘇徐州37-41 4 黃志明

51、，姜國(guó)平，劉慶東．國(guó)內(nèi)旋挖鉆機(jī)市場(chǎng)調(diào)查與分析．建筑機(jī)械：2006年，第3期：20-22 5 朱迪斯，黃玉文，史新惠等．旋挖鉆機(jī)鉆進(jìn)實(shí)驗(yàn)．探礦工程，2008年，第35卷，第3期 6 陳克然．旋挖鉆機(jī)市場(chǎng)熱 用戶選擇須謹(jǐn)慎．中國(guó)建設(shè)報(bào)：2007，08，21：第002版，工程機(jī)械 7 Fujimoto，Tomoya．Automatic-controlled circumferential MAG welder　system for pipeline construction．Kawasaki steel technical report．1996，25 (4)：67-71 8 A．E．Ben

52、tley and S．J．Marberger．Arc welding penetration control using quantitative feedback theory．Welding journal，1998，38(4)：397-405 9 盧貴主，胡國(guó)清．利用功率鍵合圖和SimuLink實(shí)現(xiàn)液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)仿真機(jī)床與液壓．2001年，第4卷，第4期：79一80 10 蔣道成．小型挖掘機(jī)液壓控制系統(tǒng)分析與仿真．四川：西南交通人學(xué)，2008 11 劉江麗．旋挖鉆機(jī)鉆桅垂直度控制系統(tǒng)的研究．湖南：中南大學(xué)，2008 12 戴洵，張文明，馮雅麗．旋挖鉆機(jī)數(shù)字控制系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀．建

53、筑機(jī)械：2006年，第8期： 51~56 13 王守城，段俊勇．液壓元件及選用主編．北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2007：121-200 致謝 歷經(jīng)近三個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)即將結(jié)束，本次設(shè)計(jì)從選題、設(shè)計(jì)、到指導(dǎo)工作均是在焦波老師的直接關(guān)懷和悉心指導(dǎo)下完成的。崔老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，敏捷的思維，淵博的知識(shí)均使我受益非淺。在此，對(duì)老師所給予的無(wú)私幫助表示誠(chéng)摯的謝意。 　　這次設(shè)計(jì)是大學(xué)期間所學(xué)知識(shí)的一次綜合運(yùn)用，它涉及到軟件應(yīng)用，鏈輪設(shè)計(jì)等多方面的知識(shí)。同時(shí)，這也是一次完全不同于以往的設(shè)計(jì)，它需要我們?cè)讵?dú)立完成的同時(shí)，對(duì)過(guò)去所學(xué)的知識(shí)進(jìn)行完善和總結(jié)。 在此期間，我遇到了許多困難和疑惑，但在老

54、師和同學(xué)的幫助下，得以在設(shè)計(jì)的期限內(nèi)按要求順利完成設(shè)計(jì)。同時(shí)，我也認(rèn)識(shí)到了自身知識(shí)的不足，在今后的人生道路上，我還需要不斷的學(xué)習(xí)。 　　在整個(gè)軟件的學(xué)習(xí)過(guò)程中我深刻認(rèn)識(shí)到了，只求結(jié)果有時(shí)并不一定可取，在新軟件的學(xué)習(xí)過(guò)程中，老師曾給了不少支持和鼓勵(lì)，于是得以長(zhǎng)久的堅(jiān)持下來(lái)，不僅僅是一次學(xué)習(xí)過(guò)程，而且更好的完成了一次心理的歷練，是一個(gè)成長(zhǎng)的過(guò)程，是一個(gè)從大學(xué)走向社會(huì)的過(guò)程，在此對(duì)老師在整個(gè)過(guò)程給予的幫助和支持真心的說(shuō)聲謝謝，我一定會(huì)在以后的工作工程中扎扎實(shí)實(shí)的以此次畢業(yè)設(shè)計(jì)的心態(tài)來(lái)對(duì)待每一項(xiàng)工作和任務(wù)。 　　大學(xué)畢業(yè)后，我將走向工作崗位，我將用我的知識(shí)去回饋社會(huì)，母校給我的一切我都將銘記于心。最后，對(duì)所有曾經(jīng)傳授我知識(shí)的老師，給過(guò)我?guī)椭耐瑢W(xué)們一聲謝謝，感謝你們！