〔大学论文〕YZY400全液压静力压桩机的横向行走及回转机构设计（含word文档） .pdf

毕毕 业业 设设 计计 论论 文文 题目题目yzy400yzy400 全液压静力压桩机的横向行走全液压静力压桩机的横向行走 及回转机构设计及回转机构设计 学生姓名学生姓名 学学号号 专专业业机械工程及自动化机械工程及自动化 班班级级 指导老师指导老师 目录 1. 行走机构主要参数的拟定 05 2. 短船液压缸的设计计算 .06 2.1 短船液压缸的载荷力计算 .06 2.1.1 摩擦阻力 f f.07 2.1.2 惯性阻力fm08 2.1.3 行走风阻力 w f.09 2.1.4 轨道坡度阻力fs.09 2.1.5 载荷力的确定 10 2.2 液压缸主要结构尺寸的设计计算 11 2.3 确定短船行走液压缸的型号 12 2.4 短船液压缸技术规格 13 2.5 短船液压缸活塞杆稳定性校核 13 3. 短船机构的总体设计 16 3.1 行走小车间距的设计计算 17 3.2 短船尺寸的设计 17 3.3 短船上下层机构设计 17 3.4 短船上下层连接轴的校核 18 4. 小车组件的设计计算 19 4.1 小车车轮的计算与校核 20 4.2 车轴的设计计算 21 4.3 选定并校核轴承 23 5. 轨道的设计计算 .26 6. 焊缝的强度计算 28 6.1 小车构架的焊接校核 28 6.2 球座的焊接校核 29 7. 球头的强度校核 29 8. 短船液压缸连接部分设计 .30 9. 球头螺栓强度校核 .31 10. 总结与展望 . 32 11. 致谢 .33 12. 参考文献 .34 摘摘要要 这次毕业设计的课题是 yzy400 全液压静力压桩机的设计,我们是团队毕业设计,我完 成静压桩机横向行走及回转机构设计。 我首先参考塔式起重机， 根据行走机构的主要参数， 确定液压缸的型号，然后确定整个桩机行走部分的所有尺寸并完成部件的选定，最后对尺 寸、部件强度进行计算校核，包括液压缸活塞杆的稳定性、轴、轴承、球头、轨道、车轮、 螺栓、销轴、焊缝的计算校核。 关键词：压桩机;液压缸;计算 abstractabstractabstractabstract the task of graduate design will design a pile driver of statics yzy400 include hydraulic pressure. our collecting will finish this task , while i will finish landscape orientation and circumgyrate framework of this pile driver . first of all , i reference tower crane and base tread frameworks parameter , then make sure model number of fluid cylinder , secondly , i make sure all dimension of tread part and chose parts, lastly , i finish to cheak all dimension and intensity , include stability of fluid cylinders rod 、axes 、shafting bearing 、 buld 、rail 、 wheel 、 welded。 keywords :pile driver;fluid cylinder;calculate 全液压静力压桩机是利用中压油产生的强大静压力，平稳、安静地将预制桩快速压入 地基的一种新型桩基础机械，已广泛用于我国沿海城市建设和旧城市改造的桩基础施工。 全液压静力压桩机共有十二个部分组成，司机室、操作台、机身、压桩机构、起重机、纵 行机构、横行及回转机构、配重、顶升机构、夹桩机构、液压系统、电气系统、油箱系统。 桩机对单根预制桩施加的最大静压力不大于自身的总重量（包括 70%的配重块重量）。 目前该类桩机自身的吨位一般为 80-650t。 随着夜压技术的发展，我国在 20 世纪 70 年代开始研制生产静压桩机。采用静压桩机将 桩逐段压入土层中具有如下明显的优点： （1）在施工过程中无震动、无噪音、无污染，在城市居住密集区施工有明显的优越性。 （2）由于桩是通过静力压入图层，桩没有受到锤击所引起的拉伸应力的冲击，因此桩内 的钢筋配置和混凝土的强度均可比锤击桩要小，这样可节约桩的工程成本。经统计，与打击 桩相比，静压桩可节约钢材 47%，水泥 12%。 （3）采用柴油锤打桩，桩周边土壤有一定程度的“液化” ，因此，桩要经过一段时间“休 息”后，才具有真实的承载力，静压桩在施工中不会对周边土壤产生较大的干扰，所压入桩 的最终压力基本上体现了桩的实际承载力，因此施工完成后，根据压入过程的压力曲线可迅 速计算出桩的实际承载力。 （4）基本上无断桩。 （5）可以直接用静压桩机对桩进行静载实验。 虽然静压桩有上述优点，但由于静压桩机要配有较多的配重，整个机器的拼装、运输 及工作效率仍然比打击桩低，所以目前仍不如柴油锤打击桩与钻孔桩普及。但随着城市的 发展，对噪音及泥浆污染进行越来越严格的限制，静压桩机必将越来越受到市场的重视。 我这次毕业设计的任务是完成短船行走机构与回转机构的设计和校核，短船行走机构 与回转机构由船体、行走梁、回转梁、挂轮机构、行走轮、液压缸、回转轴和滑块组成。 回转梁两端与底盘结构铰接，中间由回转轴与行走梁相连，行走梁上装有行走轮，正好落 在船体的轨道上，用焊接在船体上的挂轮机构挂在行走梁上，使整个船体组成一体。液压 缸的一端与船体铰接，另一端与行走梁铰接。工作时，顶升液压油缸工作，使长船落地， 短船离地，然后短船液压缸工作使船体沿行走梁前后移动。顶升液压缸回程，长船离地， 短船落地，短船液压缸伸缩使桩机通过回转梁与行走梁推动行走小车在船体的轨道上左右 移动。上述动作反复交替进行，实现桩机的横向行走。桩机的回转动作是：长船接触地面, 短船离地, 两个短船液压缸各伸长 1/2 行程, 然后短船接触地面, 长船离地, 此时让两个短 船液压缸一个伸出一个收缩, 于是桩机通过回转轴使回转梁上的滑块在行走梁上作回转滑 动。油缸行程走满，桩机可转动 10左右，随后顶升液压缸让长船落地，短船离地，两个 短船液压缸又恢复到 1/2 行程处，并将行走梁恢复到回转梁平行位置。重复上述动作，可使 整机回转到任意角度。 1. 1. 1. 1. 行走机构主要参数的拟定行走机构主要参数的拟定 接地比压 -0.13mpa 纵向行走最大行程-2m 前进速度 -1.41.5minm 后退速度 -2.62.8minm 横向行走最大行程-0.5m 左移速度 -1.4minm 右移速度 -2.8minm 转角-15 静压桩机的吨位设计计算: 静压桩机的机身总重量：400=m（吨） 从静压桩机额定压桩的安全考虑，该桩机应设计吨位： 4804002 . 1=m（吨） 2. 2. 2. 2.短船液压缸的设计计算短船液压缸的设计计算 2.12.12.12.1短船液压缸的载荷力计算短船液压缸的载荷力计算 在露天工作的静压桩机,当沿着有一定坡度的轨道行走时,其总行走阻力包括：摩擦阻 力 f f； 轨道坡度阻力 s f； 行走风阻力 w f和惯性阻力 m f。 2.1.12.1.12.1.12.1.1摩擦阻力摩擦阻力 f f 摩擦阻力包括车轮的滚动摩擦阻力、车轮轴承中的摩擦阻力以及车轮轮缘与轨道之间 的滑动摩擦阻力。为了简化讨论，假定静压打桩机的全部载荷都作用于一个车轮上，当车 轮沿着轨道滚动时，其受力情况如图 1 所示，沿铅垂方向有载荷重力g以及支反力n， 当 车轮在驱动力矩t的作用下开始转动，由于车轮轨道的微小变形，支反力n将偏离载荷g 的作用线一个距离f。 图图 1 1 1 1摩擦阻力摩擦阻力 f f计算图计算图 由车轮的平衡条件有： 1 t=ug 2 d 2 t=fn t= f f d 2 t= 1 t+ 2 t=ug 2 d +fn f f= d t2 = d fdug)2(+ (2.1.1.1) 车轮轮缘与轨道侧面的摩擦引起的附加摩擦阻力，一般用增加附加阻力摩擦系数 f k 来考虑，得： f f= f k d fdug +)2( (2.1.1.2) 式中t 驱动力矩 1 t 轴径摩擦阻力矩 2 t 变形引起的滚动阻力矩 g 静压桩机自重 f k 附加阻力系数 u 轴承摩擦系数，查机械设计手册 f 车轮滚动阻力系数，查机械设计手册 d 小车车轮的直径 d 小车轴径 由设计数据，确定各个系数值： g= 480 1000 9.8 = 4704000（n） = 4.70410（kn） u= 0.02， 圆锥滚子轴承 f= 0.003，轨道为钢轨，平头，车轮为钢材料 d= 0.3 m d= 0.15 m f k= 1.3，有车缘的柱面车轮，圆锥滚子轴承 将以上数据带入(2.1.1.2)式中计算： f f= f k d fdug +)2( = = 4.70410（0.020.15/0.3 + 20.003/0.3）1.3 = 183（kn） 2.1.22.1.22.1.22.1.2惯性阻力惯性阻力fm 惯性阻力主要指小车运动时起动惯性阻力，按下式计算： fm= = = = g g 0t v (2.1.2.1) 式中v小车运行速度 t 小车起动时间 由设计数据，确定各个数值： v = 2.8 min v = 0.047 s m t。= a v ， 取 s m a 2 5 . 0= 轴满足连接的强度要求 4.4.小车组件的设计计算小车组件的设计计算 静压桩机的支撑，靠长船和短船上的四只行走小车提供作用力，只要克服桩机的自重 即可。由于三点确定一个平面，虽然有四只小车支撑，但实际产生作用的往往只有其中的 三只小车，单只小车的受力按下式进行计算： f车 3 2 minmax ff+ =(4.1) 式中 max f 桩机正常工作时，小车的最大受力 min f 桩机正常工作时，小车的最小受力 由设计数据，确定 max f、 min f的值 )(156838 . 91000480 max knf= )(117648 . 91000480 min knf= 将以上数据代入(4.1)式计算： f车 3 2 minmax ff+ =)(1437 3 117615682 kn= + = 4.14.1小车车轮的计算与校核小车车轮的计算与校核 车轮是静压桩机的行走部件，在静压桩机的运行机构中均采用单轮缘柱面车轮，通常 情况下轮缘的高度约为 2025mm，且具有 1：5 斜度。 车轮的强度按车轮面接触强度来计算，车轮的接触强度与它的材料、车轮踏面和轨道 接触情况有关，为了计算车轮的接触应力，需要先计算出轮压p： 3 2 minmax pp p + = = max pf车)(479 3 1437 3 kn= = min pf车)(25.359 4 1437 4 kn= 3 2 minmax pp p + = )(439 3 25.3594792 kn= + = 车轮点接触强度校核： 213 2 2 cckp m r (4.1.1) 式中 1 c 速度系数 2 c 工作级别系数 r曲率半径 m 由轨道头与车轮曲率半径之比)( r r 所确定的系数 2 k 与材料有关的许用点接触应力常数 由设计数据，确定各个数值： 1 c=1.17 2 c=1.12（m4） r=400mm( r = 300 , r = 400 ) m=0.430（ r/r = 0.75 ） mm nk 2 2 245 . 0 = 将以上各数据，代入(4.1.1)式计算得： )(439)(646 12 . 1 17 . 1 245 . 0 430 . 0 400 3 2 213 2 2 knkn cck m r = = 车轮满足强度要求 4.24.2车轴的设计计算车轴的设计计算 静压桩机的行走小车均采用两根联结轴，每根轴的受力为：)(439knf= 7020020070 439kn439kn 293kn 293kn293kn 轴的受力图 439kn -439kn 146kn -146kn q 轴的剪力图 30730n.m 159930n.m 30730n.m m x 轴的弯矩图 轴材料选用 # 45 钢，调质处理 查机械设计手册，mpa270= 轴的弯曲强度条件为： = d m w m 3 maxmax max 32 1 pa10 6 270= mm m d 3 . 131 27014 . 3 5993032 32 3 6 3 max 10 = = 轴与轴承采用基孔制配合 查机械设计手册，取mmd140= 4.34.3选定并校核轴承选定并校核轴承 对于缓慢摆动或低速旋转的轴承，应分别计算额定动载荷和额定静载荷，取其中较 大者选择轴承。 基本额定动载荷的计算： r tn dmh cp ff fff c 轴承满足强度要求 5. 5. 5. 5.轨道的设计计算轨道的设计计算 静压桩机的轨道是用来支承桩机的全部自重，保证其正常定向运动的支撑零件，静压 桩机的轨道通常采用 p 型铁路钢轨， 钢管的顶部做成凸状的， 底部是具有一定宽度的平板， 增大与基础的接触面积，轨道的截面多为工字型，具有良好的抗弯强度。 为了确定钢轨的型号及进行基础设计， 必需计算出钢轨的最大弯矩 max m和钢轨对基础 的最大比压 max q。 钢轨对基础的最大比压 max q按下式计算： max qp b = 2 2 ( 2 mm n ) 钢轨的最大弯矩 max m按下式计算： 4 max p m= 式中p 最大轮压，n； 计算长度，mm； ei bk 4 2 =(mm) 式中ei 钢轨的刚度 2 b 轨道的底面宽度 k 由基础的材料决定 由设计数据，确定各个数值： mm nei 2 13 103= mmb92 2 = 查机械设计手册 ，取k= = = =10 ei bk 4 2 = 10 10 6 13 8 . 2 34 9210 = = max qp br = 2 mm n 233 6 1010 10 7 . 6439 922 8 . 2 = = mmn p m 10 10 10 10 6 3 max 9 . 3 8 . 24 439 4 = = p 型铁路钢轨已经标准化，根据计算数据，选用24p型 b1 h b2 yy1 2 r h1 xx 图图 7 7 7 7p型铁路钢轨截面型铁路钢轨截面 铁路钢轨的基本尺寸(mm)： 轨道型 号 h 1 h 1 b 2 bl 1 y 2 yrr备注 p2410723.28519226.1353.0553.9513300yb222-63 铁路钢轨的计算数据： 计算数据 轨道型号 截面面积 ( 2 cm) 惯性矩 质量 )( 4 cmjx)( 4 cmjy p2431.2448680.4624.46 6. 6. 6. 6.焊缝的强度计算焊缝的强度计算 计算焊缝时假设: 1)载荷沿焊缝均匀分布; 2)焊缝中的工作应力在其相应的截面上也均 匀分布. 6.16.16.16.1小车构架的焊接校核小车构架的焊接校核 静压桩机的小车构架生产批量很小，如果采用铸造毛坯，在总成本中制模费将要占很 大的比重，往往不如采用焊接毛坯经济。此外，铸件的最小壁厚受铸造工艺的限制，常大 于强度和刚度的需要。改用焊接毛坯，就可采用较小的壁厚，重量也可平均降低 30%。 静压桩机的小车构架焊接均采用端焊缝类型，端焊缝在受力时的应力情况很复杂，在 焊缝三角形的垂直平面上有正应力、水平平面上有切应力，同时还存在其它应力（如 弯曲应力等等） ，试验表明，在静载荷作用下，焊缝的破裂多沿与载荷方向成 45 的斜面， 所以就用这个截面作为计算截面，截面上的应力称为条件应力，应小于其许用值，因此焊 缝的强度条件为： 45 klsin f 式中 熔积金属的许用条件应力 k 焊缝的高度 l焊缝的长度 由设计数据，确定各个数值： =160mpa,查机械设计手册 k =5 l=2 6502 4002100+ = m pa m pa 3 701 10 94.4 45455 2100 160 f sinklsin = = 小车构架的焊接满足强度要求 6.26.26.26.2球座的焊接校核球座的焊接校核 侧焊缝中的应力情况也很复杂, 仍取与载荷方向成 45 的截面作为计算截面,相应的 许用应力也用 表示, 设焊缝的总长度为l, 则强度条件为: 0.7 f kl 由设计数据，确定各个数值： =160mpa,查机械设计手册 k =8 l=22 3.14 150942r= 3 701 10 133 0.70.78942 f mpa kl = 160mpa= 球座的焊接满足强度要求 7. 7. 7. 7.球头的强度校核球头的强度校核 在外力作用下，联结件和被联结的构件之间，必将在接触面上互相压紧，于是挤压应 力相应的强度条件是： bsbs bs p a = 式中 bs 材料的许用挤压应力 图图 8 8 8 8球头受力图球头受力图 由设计数据，确定各个数值： mpa bs 200=, 查机械设计手册 p=1437kn 3140010014 . 3 22 =rabs mpa a p bs bs 46 31400 101437 3 = = mpa bs 200= 球头的强度满足要求 8. 8. 8. 8.短船液压缸连接部分设计短船液压缸连接部分设计 液压缸连接耳套采用对称结构，与液压缸以销轴方式连接。 图图 7 7 7 7液压缸连接耳套示意图液压缸连接耳套示意图 液压缸耳套孔 ：md09 . 0 = 采用基孔制配合，销轴直径md09 . 0 = 销轴受到的最大剪切力： 701 350.5 2 fkn= 故选用 # 45 钢，调质处理，查机械设计手册，mpa80= 剪切应力的强度校核条件： = a f mpampa f a f d 80 2 . 56 14 . 3 4 1 425.357 4 1 09 . 0 10 2 3 2 = = 采用的销轴完全满足剪切安全强度 9. 9. 9. 9.球头螺栓强度校核球头螺栓强度校核 球头的盖板与底座之间采用 6 个 24 m的螺栓连接，螺栓的材料选用 # 45 钢，性能等 为 10.9 级。 查机械设计手册，1000 b mpa=，900 s mpa=，2 . 1= s s 900 750 1.2 s s mpa s = 螺栓螺纹部分的强度计算： 3 . 14 2 = md f c 式中 c d 螺纹小径 m 螺栓的个数 紧联结螺栓的许用拉应力 2 3 32 4 1.3 4 1.3 1437 690.7 750 3.1420.752 108 10 c f d m mpampa = = （） 球头螺栓连接的强度满足要求 10.10.10.10.总结与展望总结与展望 yzy400 全液压静力压桩机横向行走及回转机构，尺寸基本合理，轴、轴承、轨道、 车轮等的强度满足要求，根据行走机构的主要参数，参考塔式起重机的小车计算，选取的 液压缸比较科学经济，短船分上支座和下支座两部分，在回转时能很好的实现行程补偿， 使桩机的行走更方便可靠，大量采用焊接工艺，行走机构的结构更简单，节省材料，实现 高性能与低成本的完美结合。 11.11.11.11.致谢致谢 这次毕业设计的课题是 yzy400 全液压静力压桩机的设计，我们是团队毕业设计, 我 完成静压桩机横向行走及回转机构设计。小组所有成员在完成初步整体设计的基础上，各 自承担一定的设计任务，由于我们各自的设计任务彼此之间的相互联系很紧密，