毕业设计（论文）开题报告-冲抓斗式连续墙施工机械的总体设计.doc

黑龙江八一农垦大学本科毕业设计开题报告姓 名： 陈小二学 院： 工程学院专 业: 机械设计制造及其自动化学 号： 2006课 题 名 称：冲抓斗式连续墙施工机械的总体设计指 导 教 师： 研究起止日期：2012 年 3月2012年6月开题报告填写要求1开题报告（含“文献综述”）作为毕业设计（论文）答辩委员会对学生答辩资格审查的依据材料之一。此报告应在指导教师指导下，由学生在毕业设计（论文）工作前期内完成，经指导教师签署意见及所在专业审查后生效；2开题报告内容必须用黑墨水笔工整书写或按教务处统一设计的电子文档标准格式（可从教务处网页上下载）打印，禁止打印在其它纸上后剪贴，完成后应及时交给指导教师签署意见；3“文献综述”应按论文的格式成文，并直接书写（或打印）在本开题报告第一栏目内，学生写文献综述的参考文献应不少于15篇（不包括辞典、手册）；4有关年月日等日期的填写，应当按照国标gb/t 740894数据元和交换格式、信息交换、日期和时间表示法规定的要求，一律用阿拉伯数字书写。如“2002年4月26日”或“2002-04-26”。一、论文选题的目的和意义选题意义随着高层建筑的不断兴建，深基坑开挖支护问题日益突出。地下连续墙具有防渗、截水、承重、挡土等功能，在施出过程中对周围环境影响小，墙体刚度大，止水性能好，既可作为临时施工设施，也可作为永久性结构，这些优点使得地下连续墙在深基坑开挖支护中的应用越来越广泛。近年来，我国一些工程也出现了厚度较大的地下连续墙。在超深地墙穿越硬土层时，常规的地下连续墙施工工艺常常会遇到成槽掘进困难、超深墙的槽壁稳定与垂直度控制难度大等问题。本文将针对此类问题， 介绍了一种新型的双轮铣槽机，其以成槽施工效率高、孔形规则、安全环保、适应地层地质范围广等优点，在大型工程中广泛应用选题目的本课题需要我在阅读大量资料的基础上，运用在校的图学、力学、材料学、机械学及计算机等相关知识，结合生产实习和工艺实习等实践教学，掌握由原理方案的设想，转化为结构的设计思路及设计方法。通过对国内外的成槽机的分析理解，综合考虑现代成槽机的优缺点，对其结构进行改进，研制具有自主知识产权的成槽机。二、国内外研究现状及发展趋势：地下连续墙施工法，从结构形式上可分为柱列式和壁式两大类。前者主要是通过将水泥浆及添加剂与原位置的土进行混合搅拌形成桩，并在横向上重叠搭接形成连续墙。后者则有水泥浆与原位置土搅拌形成连续墙和就地灌注混凝土形成连续墙两种。柱列式和壁式连续墙在施工中均可插入芯材，前者可根据桩径及间隔插入h型钢，后者除了h型钢外也可插入钢筋笼等。对于壁式地下连续墙来说，除了h型钢及钢筋笼外，将钢制或混凝土制的板桩埋入，可进行埋入型地下连续墙的施工。相应于各种施工法的相关施工机械，按机能分类如下：1柱列式地下连续墙工法(smw工法)该工法利用长螺旋钻孔机进行就地灌注桩的重叠搭接施工。对于单轴式长螺旋钻机，由于其回转轴刚性不足，随着施工深度的加大，桩与桩之间不能很好的重叠搭接，特别是对于以防水为目的的防渗墙效果就很差。由于这个原因，长螺旋钻孔机采用了双轴或双重钻孔的形式，用以提高施工的垂直精度。近年来为了解决上述问题，出现了利用多轴(一般为三轴)螺旋钻孔机及smw工法进行就地灌注桩的重叠搭接施工。该工法属于机械搅拌式，用多轴长螺旋钻孔机在土层中钻孔，在钻孔的同时通过钻杆从钻头端部注入水泥浆和高压空气，在原位置上建成一段水泥墙，然后再进行第二段墙施工，使相邻的水泥墙彼此有重合段，连续施工形成连续墙。smw工法的不足之处在于机械的重心位置比较高，在施工中必需十分注意机械的稳定性。为了解决此问题，目前已开发出可在施工中接长钻杆的低重心机型。另外，该工法在遇到大深度硬岩基础时，可能出现重叠搭接消失的情况，因此在施工中必须同时采取随时确认桩的位置精度的方法。图1柱列式地下连续墙工法2原位置土混合搅拌壁式地下连续墙施工法(trd工法)该工法是把插入地基中的链锯式刀具跟主机连接并横向移动、挖沟及灌注凝结剂、混合搅拌原来位置上的泥土以浇筑连续墙，插入工字钢之类的芯材后，可作为地层挖掘工程中的挡土防渗或承重墙使用。此外，也用于防液化、加固地基及截断地下水等。此工法形成的连续墙与柱列式不同，它所形成的是完全连续墙，止水防渗性能特别好。另外，根据深度的不同，由于链锯式刀具的上下移动能够将土层完全搅拌，从而形成的连续墙质量非常稳定，并且切削装置的整体高度低，对于在高度受到限制的施工现场及靠近已建建筑物的施工十分有利。此外亦可进行倾斜式连续墙的施工。trd工法(trench-cutting&re-mixingdeepwallmethod)是由日本(株)神户制钢所与东绵建机(株)联合开发成功的，近来在地基基础施工中正以很快的速度得到广泛应用，1997年获得了日本建设机械化协会的技术审查证明。1999年日本日立建机(株)与(株)利根建机共同开发成功了与trd工法类似的以打桩机为底盘的ptr工法施工机(powertrencher)。图2为trd工法施工机的外观图。图2 trd工法3就地灌注壁式地下连续墙施工法该工法有抓斗式切削机、回转式切削机及振动沉钢模板三大类。抓斗式包括悬挂式液压抓斗和导杆式液压抓斗两种，回转式包括垂直多轴型和水平多轴型两种。悬挂式液压抓斗切削机是用液压动力使抓斗开闭，并利用抓斗的自重对土砂进行切削，然后用悬挂抓斗的履带起重机将土砂吊起排出。导杆式液压抓斗切削机是用液压动力驱动安装在液压抓斗上部的多节伸缩钻杆在履带起重机上安装的导向架中进行升降，切削反力由导向架承受。垂直多轴型回转切削机是由5个电动的垂直牙轮钻头与侧切削刃组成，切削装置通过专用支撑架或履带起重机用钢丝绳悬吊，切削的土砂通过沙浆泵以逆循环的方式，将泥水(稳定液)在地面上排出。水平多轴回转式切削机是通过两对双轮铣刀的水平轴回转进行土砂的切削，用机体内装备的潜水砂浆泵以逆循环方式将泥水(稳定液)在地面上排出。振动沉钢模板技术是我国自行开发的主要用于防渗的壁式地下连续墙施工方法。该工法是利用振动锤等振动机械的强大激振力将空腹钢模板振入地下，形成槽孔，起到浇筑模板和导管的作用，灌入水泥浆和添加剂后将模板拔出地面，浆液便在地下形成致密的连续防渗墙体。在此过程中，空腹模板起到了护壁作用，减少了泥浆护壁的工序，成槽、护壁、浇注一次性直接成墙。该工法在我国对江河、湖泊、平原水库堤坝进行防险加固的工程中发挥了很好的效果图3就地灌注壁式地下连续墙施工法4地下连续墙施工机械的发展方向与问题4.1大型化地下连续墙施工所使用的机械因施工工法不同而不同，总的来说，正在向多样化和大深度化方向发展，特别是在相当坚硬的基础中施工时，为了达到所要求的埋设深度，相继开发了多种大型机械。但是，施工现场既有宽阔的平整场地，也常有非常狭窄的地方。因此，高能力的施工机械及相应的施工方法要与施工现场的宽阔程度相适应。4.2小型化对于地下连续墙施工机械，除了要求高能力外，对大型机械还要求能够对其进行分解，并且容易在施工现场组装。为了在狭窄及高度受到限制的场地进行施工，现已出现了小型化低重心的施工机械。这类机械并不是简单地从机械构造上进行改进，如进行柱列式连续墙施工的长螺旋钻机，回转轴(钻杆)的长度必须满足施工深度的要求，由于其回转动力机构位于回转轴(钻杆)的最上端，如果在施工中不采用接钻杆的方式，就很难达到降低高度及重心的目的。另外，即使是切削机本身可降低重心，但插入芯材的长度及悬吊芯材的起重机也必须降低高度和实现低重心化，一旦芯材采取接长的方式则施工效率将大大降低。另一方面，对于采取反循环方式进行施工的切削机，若采用履带起重机作为底盘，由于起重机本身的高度是已定的，若想降低其高度十分困难。4.3底盘的稳定性 大部分地下连续墙施工机械是将其主要部分切削机构安装在底盘上，目前主要是从已生产的起重机或打桩机中选择能够与切削装置相匹配的底盘。但是，履带起重机的底盘大部分是作为起重机械而开发的，在与地下连续墙施工机相匹配进行基础施工时，需考虑与切削装置的主要部分之间的平衡问题，特别是在施工现场内进行小范围移动时，施工机本身不拆卸，因此机械总体的重心位置很高。对于多轴smw工法施工机，由于回转动力装置位于回转轴(钻杆)的最上方，重心高的问题更为突出，在进行地下连续墙等基础施工时，屡屡发生整套施工机械倾覆的重大事故。其中故然有安全管理方面的问题，但从根本上说还是施工机切削装置与底盘之间不匹配所产生的整体稳定平衡问题。在地下连续墙施工中，施工现场情况的变化很大，施工机械常常处于非常恶劣的工况，这就需要底盘能够对切削工作装置给予充分的支撑，为了抵抗切削反力，底盘需要有足够的重量和稳定性以及耐久性。特别是对于地下连续墙的施工，既要求支撑切削部分的重量，又要具有使其以超低速下降的机构。综上所述，对于地下连续墙施工机械这类基础施工机械的开发，将切削装置与底盘作为一体进行设计和充分论证是十分必要的。三、研究的主要内容（1）对目前冲抓斗式连续墙施工机械的总体设计的国内外发展状况进行分析，展望冲抓斗式连续墙施工机械的总体设计方向和发展趋势。（2）分析冲抓斗式连续墙施工机械的特点。（3）简述设计技术要点。（4）提出冲抓斗式连续墙施工机械的总体设计方案，进行机构的设计计算。（5）基于ug进行有限元分析。四、研究方法及技术路线连续墙施工机械液压抓斗的主要机构包括专用的底盘、主卷扬、液压卷盘、卷筒、油缸、臂架、顶部滑轮组、抓斗等，采用电液控制，能够实现动力与液压系统的的合理匹配，发挥整机的最大效率，主要结构如图4所示。图4 抓斗连续墙施工机械底盘：采用专用的底盘，履带在工作时可以展宽，运输时可以收回，履带支重轮架为冲压成形的五边形结构，具有高的强度，加长底盘提高了稳定性和提升能力。主卷扬：由液压马达、减速器、卷扬、支架压绳器、钢丝绳组成，有安全保护装置。限位开关能够控制油路。设备中还具有制动器。当抓斗放到槽底是，钢丝绳的压力减小到一定值，通过电液控制卷扬机停止下方，有利于成槽的垂直精度。液压卷盘：由马达减速机构，主油路组成，必须时刻与斗体同步，为了设计随动机构，通过马达给卷扬以恒定的转矩，处于拉紧状态。电缆卷筒：为安装在抓斗上的装置及液压控制阀提供电源。顶部滑轮组：由主钢丝绳导向滑轮、液压胶管导轮，电缆导轮，同时具有防脱装置，防止抓斗过度提升，在钢丝绳固定端舍友可旋转的提引器。抓斗：采用钢丝绳吊挂利用液压操作，由外体、内体、推杆、开闭斗油缸、铲斗组成五、课题的研究进度第一阶段（2012年3月10-2012年3年31）材料的搜集整理查阅相关资料本阶段需要完成与课题相关的调研工作，并对相关的文章进行搜集、整理，选出与设计有关的资料备用，并且找出自己设计的产品与国内外的不同之处，说明其优点所在，拟定设计草图，选出最佳方案。第二阶段（2012年4.1-2012年4月30）方案设计，总体布置设计，计算 本阶段主要清楚的表达出冲抓斗式连续墙施工机械系统的组成，及相关方案设计，总体布置设计.如果有不合适的地方应进行修改，计算，使之满足生产要求。第三阶段 (2012年5月1-2012年5月15) 绘制原理图 撰写设计说明书本阶段主要完成与方案相符合的文章的撰写，包括摘要、前言、设计步骤、内容、参考文献等。六、预期结论根据上述选择的方案符合课题要求，可以完成设计综述、绘制草图，并且根据草图进行成槽机各个部件的参数、尺寸计算，之后根据各个参数、尺寸完成图纸的设计并绘制出cad图，最后进行说明书行的编写和有限元分析。在满足课题要求的同时，还可以让我对成槽机都有了更多的了解；这个课题的设计运用到了我大学四年所学到的很多知识，让我对自己所学到的知识有了更好的掌握，同时通过这个课题的设计让我学习到了很多新的知识，这必将对我以后的工作有很多的帮助。七、参考文献1 聂红光建筑工程中地下连续墙施工技术探讨j建材与装饰，2007(7)：1011022王友林。余远逢，董军几种地下连续墙的施工工艺分析j有色金属设计，2007，34(3)：16203喻传，瞿雄伟地下连续墙施工常见问题原因分析及处理对策j山西建筑，2008，34(7)：1571584 张宏