LXW80轮式底盘旋挖钻机设计【石油】【12张CAD图纸和说明书】
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lxw80
轮式
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12
十二
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图纸
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目 录
第1章 概述 1
1.1 引言 1
1.2 旋挖钻机发展概况及国内外生产企业的情况 1
1.3 旋挖钻机发展趋势 3
1.4 本章小结 4
第2章 旋挖钻机结构设计 5
2.1 LXW80轮式旋挖钻机方案的确定 5
2.2 轮式旋挖钻机的结构设计 9
2.3 本章小结 15
第3章 旋挖钻机的计算与分析 16
3.1 动力头的设计计算 16
3.2 起升机构的设计计算 18
3.3 本章小结 23
第4章 主要零部件的分析 24
4.1 滑轮架的分析计算 24
4.2 桅杆的设计与分析 26
4.3 本章小结 33
第5章 整机稳定性分析 34
5.1 整机稳定性校核 34
5.2 整机稳定度分析 37
5.3 本章小结 39
第6章 液压系统回路原理设计 40
6.1 主要执行元件的选取 40
6.2主要回路的供油原理设计 41
6.3 本章小结 42
结 论 43
参考文献 44
致 谢 45
第1章 概述
1.1 引言
旋挖钻机属机电一体化设备，技术含量高，使用技术和设备保养要求严格,也是一种多功能、高效率的灌注桩成孔设备。其采用无循环工艺施工钻孔灌注桩，该工艺方法具有钻进速度快、成孔深度深、质量好、噪声低等优点。被广泛应用于高层建筑、铁路公路桥梁、水利工程和城市交通建设等桩基础工程的施工。
随着国民经济的发展，城镇化进程还在加快。老城市改造和新城市建设中新增的桩基础工程将大幅度增加。目前,旋挖钻机的产品大都是200kNm级,成孔直径为2 m,钻孔深度为60 m,而据建筑施工单位的反馈,国内80%的桩基础成孔直径都在1.2 m以下,深度不超过40 m。因此,针对国内现实国情,开发研制小型化、功能少、价格适宜的特种作业型机型,满足不同地域桩基需求。
1.2 旋挖钻机发展概况及国内外生产企业的情况
旋挖钻机是在回转斗钻机和全套管钻机的基础上发展起来的。第二次世界大战前，美国CALWELD公司首先研制出回转斗、短螺旋钻机，二十世纪五十年代，法国BENOTO将全套管钻机应用于桩基础施工中（如图1.2所示），而后由欧洲各国将其组合并不断完善，发展成为今天的多功能组合模式。图1-2美国CALWELD回转斗钻机图1-3法国BENOTO全套管装置。意大利土力公司首先将安装在载重汽车上和附着在履带起重机上的钻机从美国引入欧州。但是，这种钻机的动力头为固定式，不能自行安装套管，难以适应硬质土层施工。
- 内容简介：
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LXW80轮式旋挖钻机,课题来源： 指导教师： 答辩人,旋挖钻机钻孔灌注桩钻进速度快、成孔深度深、质量好、噪声低等优点。被广泛应用于高层建筑、铁路公路桥梁、水利工程和城市交通建设等桩基础工程的施工。 轮式旋挖钻机在城市改造、市政项目中显示了其快速灵敏的独特优势,概述,旋挖钻机的优势,1.成孔效率高； 2.环保特点突出 ； 3.灵活方便 ； 4.效益高,前景 随着铁路线等重点工程不断上马，旋挖钻机的市场需求量在节节攀升以及城市改造，这对于国内旋挖钻机生产企业来说，预示着非常好的市场前景，昭示着旋挖钻进技术在我国的巨大发展前景。 针对国内现实国情,开发研制小型化、功能少、价格适宜的特种作业型机型,满足不同地域桩基特别时城区需求。为轮式旋挖钻机的提供广阔的应用前景和发展空间,总体设计方案,发动机功率 133kw2300rpm 额定扭矩 80kNm 最大成孔直径 600-1200mm 最大成孔深度 35m 主卷扬最大拉力 120kN（60m/min） 主卷扬最大速度 76m/min 副卷扬最大拉力 60kN 副卷扬速度 70m/min 动力头最大转速 25rpm 加压油缸推拉力 100/100kN 行驶速度 0-70km/h 爬坡能力 24 侧前后角 5/5/7/90 整机重量 25t（带钻杆,旋挖钻机总体图,运输状态,工作状态,底盘的选择设计,底盘可分为专用底盘、履带液压底盘、履带起重机底盘、轮式起重机底盘、步履式底盘、汽车底盘等组成，汽车载式旋挖钻机提高机动性，主要在城区或要求快速施工的场合使用但有的也有运输方面的限制，履带式功率大、污染小、效率高、整机稳定性和适应性较好等优点。但其设计周期长，制造成本高等缺点。 对比以上几种底盘选择自行设计更适合城区作业的专用轮式底盘,轮式旋挖钻机底盘的结构设计,外形尺寸（长宽高） 589524961370,轴距 1330、2000,接近角/离去角 18/20,最小离地间隙 500,最大允许质量 30000,轮胎规格 11.00R20/10,底盘支腿尺寸 55355700,回转支承型号 JB/T2300-1999 014.45.1250,底盘计算,本底盘 参照国内外轮式起重机形式设计，但考虑到本机实际情况采用三桥的形式，以使上车重量合理分配到各个桥采用全液压驱动，发动机安装在上车，将四个马达安装在前桥与后桥，采用H型支腿,轮式底盘,旋挖钻机支撑结构的确定,目前旋挖钻机的钻挖支撑系统主要有三种形式，一种为平行四边形小三角结构。第二种为大三角结构。第三种虽然也是大三角支承结构，辅助起架油缸，整机也能放倒折叠，具有以上两种结构的优点。 结合各种机构的利弊，结合设计要求选择第一种其特点变幅范围大，可整机放倒、折叠，降低运输高度和长度 以适合其在城区运输,旋挖钻机桅杆的确定,桅杆属于细长空间杆件，根据不同需要，其结构形式主要可以分为3类：整体式桅杆、分段式桅杆和伸缩式桅杆。考虑各种形式的性价比及设计需要，选择分段式桅杆。以利于在运输时减少运输长度,变幅机构的选择设计,采用平行四边形加三角形结构可以调节桅杆的工作幅度和运输状态桅杆的高度。使其运输高度低于3.5米，使其适合城市狭窄场地的施工。变幅角度范围在075.8，本机定在有利角度75,桅杆截面结构设计,凹箱形截面受扭应力云图 凹箱形截面受扭位移云图,圆形箱形截面受扭应力云图 圆形箱形截面受扭位移云图,通过对各种形式截面的抗弯和抗扭能力的分析比较，可以得出以下结论:大圆角箱形桅杆截面，具有矩形和圆形截面的混合特征，其抗扭刚度较大，抗弯能力强，具有良好的刚性和稳定性，重量轻，外形美观，但造价较高，不利布置加压油缸;直角箱形立柱截面，抗压弯能力较强，具有较好的刚性和稳定性，但在截面角接处易产生应力集中，其抗扭刚度较小，不利布置加压油缸;凹箱形立柱截面，其抗扭刚度小，抗压弯能力差，自重大，对布置加压油缸有利;圆形立柱截面的惯性半径最大，承载能力大，抗扭刚度也大，但抗压弯能力差，对加压油缸的布置不利。 考虑到本设计的实际情况选用大圆角箱形桅杆截面,钻杆,六边形钻杆,该钻杆是根据以往典型圆柱型钻杆改进的新型六边形摩阻式钻杆该钻杆有着独特的六边形可以在转动时充当花键的作用省掉了以往圆柱型钻杆在内部焊花键，只需要在两端焊接加强板就可以。采用摩阻式钻杆不但可用于软地层，也可用于较硬地层施工。摩阻式钻杆制成4节，13节杆每节钢管长10米。钻孔深度可达35米左右,各种钻杆的受力分析,六边形是六点受力，而圆柱形为3点受力，四边形为四点受力，理论上为六变形的好。 通过分析可证明六边形钻杆受力情况比以往的圆柱形与四边形受力情况好,主副卷扬机,卷扬机构主要由液压马达、内藏式卷扬减速器、卷扬筒、钢丝绳、压绳器、排绳器等组成。卷扬减速器内部自带片式摩擦片液压制动器，主要功能是停车制动,卷筒的设计,l)卷筒直径,7)卷筒的长度与绳偏折角 卷筒长度主要是由容绳量大小来决定，容绳量为60米，卷绕2.5层，为正确地卷绕钢丝绳，要求偏折角维持在允许的极限之内，如图3-1所示。 绳的偏折角不应小于，以防止钢丝绳在端部挡盘处堆积并确保它安全地进入下一层。 绳的偏折角不应大于，以防止钢丝绳从绳槽中脱出，且当卷绕几层时，确,偏折角计算,动力头的设计,动力头的结构组成,根据设定的参数要求最大转速为25rpm以及最大输出扭矩为10000N/m选择德国力士乐公司液压减速机GFB26T2，其最大输出扭矩为12000N/m，马达选用力士乐公司A2FE56。动力头选用两个马达和两个减速器,动力头的设计计算,滑轮架的设计分析,起吊附属物工况,起钻工况,提钻工况分析,钻桅在水平方向主要是风载，计算时取风压P=250Pa，方向按最不利风向的工况考虑，钻桅上节受自身重力，计算重力时取g=10m/s2。将滑轮架传给钻桅上节的反作用力加载到钻桅上节顶面上。将钻桅上节的销轴孔和连接用螺栓孔定义为铰接约束。滑轮架上两个铰接处的反作用力大小如图4-6所示,图4-6滑轮架前铰接孔处反作用力 滑轮架后铰接孔处反作用力,上桅杆的受力分析,计算时取风压P=250Pa，方向按最不利风向的工况考虑，钻桅上节受自身重力，计算重力时取g=10m/s2。将滑轮架传给钻桅上节的反作用力加载到钻桅上节顶面上。将钻桅上节的销轴孔和连接用螺栓孔定义为铰接约束,下桅杆受力分析,下桅杆在提钻时，只是受本身的重力与风力的作用，风力与上桅杆采用同一个数值，由于材料选用Q345，计算重力时取g=10m/s2利用SolidWorks软件加载其重力，将风载加在最危险受力面上,中桅杆受力分析,将上桅杆与下桅杆由受力分析所测得的反作用力加载在中桅杆相应的铰点与螺栓位置，另外钻桅中节还受自身重力，取g=10m/s2。将钻桅上节传给钻桅中节的反作用力加载到钻桅中节顶面上。将钻桅下节传给钻桅中节的反作用力加载到钻桅中节底面上。将P=300Pa的风压加载到最危险的表面上。将100kN的加压油缸拉力反作用力加载到钻桅中节的加压油缸轴承座处。将钻桅中节的销轴孔和用螺栓孔连接定义为铰接约束，将钻桅中节与转板接触的表面定义为固定约束。 中桅杆的材料为Q345，利用软件进行有限元分析。分析步骤：将上桅杆与下桅杆上各销轴与螺栓连接处的反作用力加载在中桅杆相应的连接处， ，利用软件进行实体网格 ，变形比例取真实比例。中桅杆由下部到顶部应力变化曲线。 由分析可知钻桅在提钻工况时最大应力均小于Q345的许用应力，故桅杆的设计满足要求,整机稳定性分析,最大幅度关系,卸土工况,整机稳定度分析,稳定度是通过最不利倾覆线的垂直平面和通过整机重心与同一倾翻线的平面之间的夹角。夹角越大，稳定度越高。而本工程车辆的稳定度超过18时就能达到所需稳定度,纵向工作工况稳定度图,横向工作工况稳定度图,在转场行驶工况下，利用SolidWorks软件测出此工况下整车的重心位置，取驱动桥后桥中心线为最不利倾覆线作图，得到整车的稳定度为36.83,转场工况,运输工况,液压系统设计,液压系统设计首先根据分析计算选出液压缸，与相关液压马达。 根据工作情况，确定系统压力为25MPa。并设计处相应供油与回油流路,额定输出扭矩为80kNm，大小齿轮的齿数比为82:19，故每个减速机的输出扭矩为(8019)/(822)=9.23(kNm)。 根据减速机选型公式： T2K=T2K （6-1） 式中：T2输出扭矩，T2=9.23 kNm T2K已修正的输出扭矩 K系数根据工作级别和载荷级别，取工作级别为M5，载荷级别为重，查表FEM得K=1.1。 将各值代入式5-1中，得T2K=10.15 kNm12000 Nm，故扭矩满足要求，选型合理。 卷扬机的液压系统设计：由前面第3章卷扬机的设计依据设计参数主卷扬最大拉力120kN，所选择的马达为A2FE63重量115 kg。主卷扬驱动元件选力士乐卷扬减速机CFT 50 W3-A6VE 80/63W-VAL，马达排量80cm3，压差30MPa，传动比84.2，输出扭矩32134 Nm，最大单绳拉力128536N，马达重量34kg。 加压油缸的选型设计：考虑在钻进过程中的不同阻力，确定加压油缸的推拉力为100kN。结合卡键式钻杆的卡键布置情况和钻斗斗深，确定加压油缸行程为2000mm。根据力士乐样本，选用力士乐CDL1MT4/100/56/2000型液压缸。 16MPa下，力士乐CDL1MT4/100/56型油缸的承载力： F100=161063.14(10010-3)2/4=125600(N)100kN 所以，加压油缸选型合理。 桅杆油缸的选型,动力头的设计马达选用德国力士乐公司A2FE56型号，液压减速机选用德国力士乐公司GFB26T2型好，其最大输出扭矩为12000N/m，传动比为46.42，动力头选用两个马达和两个减速器,下车行走供油回路： 在运输行驶时用三个泵同时给四个行走马达供油，以解决行走时需油流量大的问题。辅泵采用离合器与发动机连接。下车的行走马达采用四个双向变量马达，由四个三位四通U型换向阀，来实现车体的前进后退与转弯等各种工作情况。 动力头供油回路： 由于执行元件多需要的流量大，因此供油路采用两个泵供油，动力头传递扭矩大，采用双定量马达减速机驱动。两减速机的小齿轮和同一大齿轮啮合，故属于机械同步。采用一液控三位四通U型换向阀来实现两马达的串联与并联的切换，来适应各个工况。利用两马达并联工作时来满足小载高速反转提钻甩土的工况要求。利用两马达串联工作，来满足大载低速钻进的工况要求。 主副卷扬机供油回路： 主副卷扬机供油回路也采用两个主泵供油，主卷扬马达采用变量马达，可根据外载的大小自动调节转速的高低，具有一定的适应能力。由于制动油缸的作用，常态下主卷扬马达处于制动状态。当主油路来油时，高压油通过卸荷阀推开两位三通液控换向阀，制动油缸缩回，主卷扬开始工作。卸荷
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