旋挖钻机回转机构设计 【优秀论文+全套CAD图纸】
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更多设计 , 旋挖钻机回转机构设计 F 多设计 , 摘要 旋挖钻机是一种效率很高，并且功能很多的灌注桩成孔的机械设备，在我们的日常生活工程建设中得到了非常广泛的应用，极大减少了人们的建造工程量，主要用在需要打桩进行继续作业的建设工程中，比如城市公路铁路的开发建设，还有建造比较大型的水利工程等诸多方面。 在基础设施建设中得到了相当大的应用，大大减少了工程量，减少建设周期。而旋挖钻机回转机构是整个机械相当重要且不可或缺的一 部分。回转平台是旋挖钻机重要的钢结构件，它承受着安装在它上面的各个构件的全部质量，如果这一部分设计不好，会严重影响到旋挖钻机的施工作业的功能的实现，所以设计一个良好的回转平台对旋挖钻机整体机能及起作用的发挥都具有极其重要的作用。本文对旋挖钻机回转机构及变幅机构的设计进行主要的分析和计算，回转平台的箱型结构和工字梁型结构是旋挖钻机回转机构应用的两种主要形式，在文中我们对这两种结构形式进行了较为详细的介绍，并指出它们各自安装在旋挖钻机中所出现的各种优势和劣势，通过作出相应的比较，材料的选用，构造的性质我们可以得 出相应的结论，通过实验分析用以确定工字梁型结构表现出来的优越性及实用性。紧接着通过控制变量法，以转台板厚为设计变量 以减轻自重为目标的优化设计。尽可能的减少转台的质量用以减少动力的损耗，以实现最优状态，并减轻整体自重。 关键词： 旋挖钻机；回转支承；蜗轮蜗杆；回转机构 更多设计 ,I is a of is of of is in of of in of of of in In a of of to is a of is it is in of of of if of is to so of a of as a a of of is of of in we of in in by a of we to is by in to to as to of As as to of to in to 多设计 , 目 录 摘要 . I . 录 . I 1 绪论 . 1 论 . 1 挖钻机的分类和用途 . 1 挖钻机的分类 . 2 挖钻机的用途 . 2 挖钻机的发展和应用 . 2 挖钻机在国内发展进程 . 2 挖钻机在国外现状 . 3 国内外回转 平台的结构特点 . 3 旋挖钻机回转机构研究的内容及实际意义 . 4 旋挖钻机回转机构研究的内容 . 4 旋挖钻机回转机构研究的实际意义 . 4 2 回转平台 . 7 对于主卷安放位置的讨论 . 7 对于旋挖钻机回转平台布局形式的研究 . 8 机构特点的分析 . 9 旋挖钻机转台结构分析 . 10 对回转平台的工况分析 . 11 提钻工况分析 . 11 回转平台的受力分析 . 15 提钻时转台的受力分析 . 15 钻进工况转台的受力分析 . 18 本章小结 . 19 3 回转机构设计 . 21 况及载荷 . 21 转支承选型及强度验算 . 21 转机构的设计 . 22 转机构的类型 . 22 转机构的布置型式选择 . 23 转机构驱动装置设计 . 23 轮蜗杆的设计计算 . 27 章小结 . 30 4 结论 . 31 致谢 . 32 参考文献 . 33 更多设计 , 1 绪论 论 自 19 世纪工业革命以来，人类的经济和科技得到了飞速的发展，自此进入了工业时代。 21 世纪是信息时代， 但是工程机械仍然是基础设施建设不可或缺的一部分。由于市场需求量大，为工程机械带来了巨大的发展机遇，让基础工程市场迎来了新的春天，激发了市场竞争的活力。大量的基础设施的建设需要相当多的桩基工程施工，大大增加了施工的难道系数，工程量巨大，并且与其他的工程相比较，这类工程拥有的特点是：工程量巨大，工作周期长，对工作环境要求高，施工作业不能延误，必须将工作完成方可结束作业。旋挖钻机是一种大口径桩基础施工工程的成孔机械设备，它比其他桩基础工程机械技术含量更高，工作效率高，污染小，而且机动灵活，功能多种多样等的特点，它 引领着桩工程机械的发展方向，广泛应用于工程民建领域，为民生建设提供了极大地帮助，并越来越成为基础工程建设中成孔作业最为理想的工程机械设备。在我们日常生活中，为了适应生活节奏的加快，人们对于工程建设提出了越来越高的要求，不仅要求减少工期用以节约工程成本，还对机械的安全稳定作业同样提出了更高的要求，这就要求机械工程师在设计工程机械时综合考虑到各个方面的问题，这就对机械工程师的能力及创新精神提出了极大的挑战。随着科技的不断发展和社会的不断进步，基础桩工程技术日趋成熟完善和灌注桩承载力的能力不断地提高，为了适应社会 的可持续发展，保护环境，节约资源的理念不断深入人心，以人为本的理念甚至是相关的法律法规不断的强化实施，使得桩基础特别是现浇混凝土灌注桩差不多别的基础设施， 成为应用最为广泛的基础工程形式。有一种多功能全液压旋挖钻机得到了相当广泛的应用，它能在不论多么复杂的工况下都可以进行施工作业，适应能力很强，在我们身边的很多新的工程建设当中都有它的身影。作为一种成孔桩成机械设备，广泛应用在大型建筑物，铁路公路等工程建设当中，该旋挖钻机也可配置套管及其驱动装置、长螺旋钻具、地下连续墙抓斗、扩底钻斗及其附属装置、预制桩桩锤等施 工装置。 挖钻机的分类和用途 旋挖钻机也有很多形式的分类，一种是按行走方式，而另一种则是按驱动方式进行的分类。旋挖钻机是靠钻杆带动回转斗旋转切削土层，是一种取土成孔灌注桩施工机械，还能把土运到空外卸土的循环性周期作业机械。 更多设计 , 挖钻机的分类 （ 1）按行走方式分为： 履带式旋挖钻机（用履带作为底盘的旋挖钻机） 轮式旋挖钻机（以轮式作为底盘的旋挖钻机） 步履式旋挖钻机（用步履式作为底盘的旋挖钻机）。 （ 2） 按动力驱动方式分为： 电动式旋挖钻机（用电驱动作为动力源的旋挖钻机） 内燃式旋挖钻机（用内燃机驱动作为动力源的旋挖钻机）。 挖钻机的用途 旋挖钻机可以应用于多种桩的施工，可用于复杂的施工环境，采用的是多功能模块式设计。 （ 1）咬合桩 在地下工程和高层建筑 ,旋 挖钻机和短螺杆配置螺旋料斗、振动锤等。工具 ,可用于基坑支护桩施工。 （ 2）灌注桩 旋挖钻机配置全套管与冲抓、反循环钻具、振动锤，潜孔锤机具和长螺旋钻具等施工工具可以进行垂直桩和斜桩钻孔。 挖钻机的发展和应用 挖钻机在国内发 展进程 随着人类社会的不断发展进步， 19 世纪蒸汽机的诞生标志着人类进入机器大生产的时代，机械作业充斥着人类工程建设的方方面面，经过第一次，第二次工业革命的洗礼，人类社会飞速发展，人类越来越迫切需要更加专用的机械设备进行大工程的建设，于是在 20 世纪初，在这种迫切的需求下，在美国生产出来了第一台旋挖钻机，欧洲的一些国家也开始旋挖钻机的设计开发及制造，工业强国德国也紧随其后。到了 20 世纪的七八十年代，日本的经济逐渐复苏，并得到飞速的发展，旋挖钻机已不再是欧美等国家的专利，亚洲国家经济和综合实力的发展，很多亚洲国 家也开始了这一大型机械设备的研究制造。随着我国刚开始进行改革开放，学习国外关于这方面机械的研究和制造，并进行了很好的借鉴和吸收利用。在这期间，中国不断的借鉴国外的先进技术并进行了深入的研究，在原先的基础发展创造，取得了辉煌的成绩。在外国先机技术的支持下，中国本土更多设计 , 也成立了一些生产旋挖钻机的生产厂家，但是生产都没有行成规模，都是比较小批量的生产。再后来，到了 20 世纪末，旋挖钻机已经在国内发展了一段时间，国企徐工集团于是开始研发 挖钻机，通过徐工集团机械工程师的不懈努力在 1999 年的时候试验制造成功并开始 投入批量生产，在近几年中取得了不错的成绩，并得到国内和国际社会的认可。后来，北京经纬巨力、三一重机等也纷纷涉足旋挖钻机的生产，旋挖钻机生产厂家不断用现在中华大地上。 2003 年青藏铁路及北京奥运工程的建设需要带动了旋挖钻机行业，被社会各界广泛认知，占据了广大的市场容量。社会各种方面建设的需求的高涨吸引了很多工程企业的加入，比如三一、徐工、中联重科和山河智能，市场份额急剧扩大，同时也促进了旋挖钻机的研发和生产。 2005 年以后，由于国内旋挖钻机充分满足了国内建设的需求，逐渐取代了国外旋挖钻机在中国市场。 2006 年以来，社会需求量巨大，旋挖钻机销售量呈跨越式增长。尤其是在 2009 年的时候，国内已经有 30 多家企业从事旋挖钻机的生产制造，推出了 200 多个型号的产品，市场保有量达到近 4000台，市场竞争空前激烈。 挖钻机在国外现状 由于国外的旋挖钻机发展历程比在中国内地要早许多，而且最适合机械发展的时候得到了很好的发展。所以它们拥有非常雄厚的技术基础，以及优越的发展条件，中国国内生产出来的旋挖钻机与这些国家的产品还是有很大的差距的，这就激励国内生产厂家需要更加努力，不断的积极进取，开拓创新，不断的研究开发，创 造出拥有自我知识产权的先进技术。国外有几家品牌在国际上还是颇有声誉的，我列举几个，意马，土力，宝娥，麦特等都是生产旋挖钻机的知名品牌。由于生产旋挖钻机的厂家有很多，并且在国际上没有统一的生产规格，导致每个品牌的生产产品都是不尽相同的，每个品牌都有各自的特点和优势。各个品牌之间都有可以相互借鉴的地方和可取之处，优势互补，共同推进旋挖钻机的不断发展和创新。 国内外回转平台的结构特点 本文是对旋挖钻机回转机构的设计，回转机构中的主体就是回转平台。对于回转平台的优化设计是整个回转机构的重要部分，需要综合 考虑整个机械的安全性，平稳性，可靠性以及实用性。尽可能的减少整体结构材料的使用，以减少不必要的无用功。他它是一种很重要的钢结构件，它必须承载着上车的全部质量，同时旋挖钻机工作的各个构件也是安装在它上面，是车体各种零件的安装基础。当旋挖钻机在进行工作时，其上各种机构之间会进行不间断的相互作用，产生各更多设计 , 种冲击载荷，差不多都被回转平台承受，同时能够保持整个旋挖钻机平稳的进行工程作业。旋挖钻机通过一个巨大的回转支承与其下的履带式行走机构底架直接相连，可实现 360度无死角的旋转运动，这样在施工作业时可以坦然的面对任何复 杂以及不容易施工的工况。目前，旋挖钻机的回转平台发展还不够完善，所以并没有行成系列化，没有统一的规格，各个厂家都有不同的想法，所以每个厂家生产的旋挖钻机回转平台都拥有各自的特点，并生产各自专用的旋挖钻机回转平台。由于每个生产厂家都是按照自己的观点来进行旋挖钻机的设计，使得生产厂家与生产厂家之间有着细微的差异。对于卖家来说，必须要综合考虑到施工工况的各个方面选用更为适合的旋挖钻机，更好的适应施工条件。生产厂家对旋挖钻机回转平台的设计是旋挖钻机整机设计的一个至关重要的一部分，机械设计师需要耗费大量的精力来进行不 断地研究，以获得更好的设计方法。旋挖钻机回转平台有两种结构形式：一种是箱型转台，而另一种是工字梁型转台，这两种是比较常用的，其中工字梁型转台相较于箱型转台更为优越。工字梁型结构可容易的进行拆卸，并且便于运输。由于工字梁型结构在许多方面有着突出优势，所以在生产设计时更多的采用这种结构的回转平台。 旋挖钻机回转机构研究的内容及实际意义 旋挖钻机回转机构研究的内容 旋挖钻机作为一种灌注桩成孔的机械设备，回转平台作为一种支承整个上车部分的重要构件，它的研究对于整个旋挖钻机整体的设计具有举足轻 重的作用。这篇文章主要是对旋挖钻机的回转机构进行相关方面选择，分析和计算。通过合理的计算分析得到数据来选用回转平台的结构形式，使得整个钻机达到最有效果，减少原材料的使用，降低机械本身的能耗，符合节约资源保护环境的理念，并减轻本身的重量，降低生产成本，提高企业的综合竞争力。同时对旋挖钻机的桅杆及变幅机构进行了简单的分析和计算，以满足旋挖钻机的整体结构要求。 旋挖钻机回转机构研究的实际意义 在当今这个旋挖钻机生产规格没有进行统一的时期，每个生产厂家的机械设计工程师都有不同的想法，没有成文的设计步骤 ，所以他们都是借鉴前人的生产经验，以及加上自己对旋挖钻机的进一步理解得出来相应的设计方法，这种方法可以达到一定的，同时也存在一定缺陷，即为计算的过程较为复杂，容易出现不可预知的错误，导致不必要的时间精力的耗费，而且很难保证设计的准确性。在设计的过程中选择制造的材料比较偏于保守，得出的材料的耗费比国外相同规格更多设计 , 质量更重，体积更大，所以就会导致生产成本比国外更高，生产效益更低，极大地削弱了市场竞争力，使得社会更加倾向于国外的产品，使国内产品处在极其不利的地位。除此之外，国内生产的机械基本上是没有自主权的，都是通过 借鉴和吸收国外的一些先进的生产制造技术和生产经验，并结合自己对旋挖钻机的理解以及对工程实际需要开发出来的，这就导致国产技术的旋挖钻机在质量安全和性能要求这些方面还是有很多的不足，需要我们继续努力，继续进步。作为整个旋挖钻机的重要支承部分，对于回转平台的设计是非常重要的，我们采取的方法是有限单元法，这种方法对产品的结构设计是非常有利的。作为生产厂家最终要的就是能够有市场，但这并不是一件简单的事，我们需要拥有自己的知识产权，拥有自己的生产技术，开发出生产时间少，性能要求高的旋挖钻机就能很高的市场竞争力，占据着市 场的优势，所以对于回转平台的设计具有非常重要的经济意义和社会意义。 旋挖钻机在国内已经发展了很多年，而且发展的速度也是十分可观的，也取得了不小的成就，与国外的那些声誉比较好的品牌相比还是有着很大的差距，而且这种差距不是一天两天能够追赶上来的，需要我们一代甚至是几代人的不断努力，尤其是在旋挖钻机各个结构件的设计的这个方面，还是处一个比较低的阶段，这种阶段还是比较的尴尬，不能够行成市场，只能在国内有些销路，很难走向国际市场。旋挖钻机的回转平台是整机的一个极为重要的一部分，它连接上车部分和行走装置的桥梁，而且他还 承受着上车部分的全部重量，不仅如此，当旋挖钻机在正常施工作业的过程中，还要承受着巨大的外部作用力，所以一个良好的回转平台的选用对于旋挖钻机整体性能的体现具有重要的现实意义。 在我们的日常生产实际当中，回转平台主要有两种常用的结构形式，但是这两种结构形式到底哪一种更为优越，我们需要通过实验进行比较。为了获取更好的钻机性能和经济效益的最佳结构形式，我们要对两种结构形式进行衡量比较。在保证旋挖钻机正常工作的前提下，应该使得转台具有足够的强度和刚度。我们需要对回转平台进行优化设计，充分利用原材料的力学性能，减少能耗 。旋挖钻机能够广泛应用于工程建设当中，它有着相当复杂的工作环境，需要钻机有很强的适应性，如果生产制造出来的旋挖钻机不能满足实际的建设需求，那么将会是极大的浪费，所以机械工程师们需要尽可能的了解旋挖钻机的施工工况，能够设计出来一种适应多种复杂情况的旋挖钻机，这种钻机能够满足多种建设实际需要。我们需要对回转机构的设计进行很优化的处理，回转转台上上的各个构件应该合理的进行布置，保证转台上的重量分布均匀，这样既能使得转台上受力平衡，同样也会保证旋挖钻机本身的平稳性和安全性。还有就是在设计转台时要注意回转平台的各方面 选用及设计，既要考虑到转台材料的性能，又要考虑到转台的质更多设计 , 量，还有就是需要尽可能的减少转台的重量用以减少旋挖钻机整机的质量。只有不断的降低旋挖钻机的生产成本，实现最优设计，取得较大的经济效益，才能在国内甚至国际上能够拥有一块立足之地，才能有一定的市场竞争力。 更多设计 , 2 回转平台 接下来就进入旋挖钻机回转平台的设计了，回转平台作为整个旋挖钻机的重要组成部分，它是旋挖钻机上车部分的所有构件的安装基础，它既是支承机构，同样也是控制上车机构能够进行 360度方向的回转的重要机构，回转机构与上车部分的变幅机构通过轴类零件进 行连接，在下面回转机构与行走机构又是连接在一起，从而实现回转机构的动作，同时平台上有一定的液压控制系统，用以实现回转平台的不同方向的旋转以及实现快速对正钻头，提高工程作业的准确性和效率。回转平台上各个结构件分布均匀，承受均匀的上车重量，只有这样才能保证钻机安全稳定的工作，而且大大的提高成孔的精度，以达到工作需求。由于旋挖钻机整体具有相当大的质量和体积，所以在能够保证正常工作的前提下，对其转台的刚度和强度有很高的要求。旋挖钻机的回转平台在设计的时候没有统一的规格，所以导致实际的研究生产各有各的不同，在众多生产 实际中，对于回转平台的设计也是即为重要的一部分，其中主体主要是采用两种结构形式：工字梁型结构和箱型结构。这两种结构形式相比较之下工字梁型结构更为优越。通过应用工字梁型结构回转平台设计出来的旋挖钻机不仅结构美观，而且还可以减少摩擦阻力。 对于主卷安放位置的讨论 回转平台上的各个构件的安放位置同样也会影响回转平台的结构及其受力状态。其中主卷扬的安放位置也是影响的重要因素之一。目前，主卷扬主要有两种安放位置： 掘机，旋挖钻机还有履带吊改式底盘的旋 挖钻机。经常会采用这一放置方式。卷扬前置，这样可以很方便钻机驾驶者观察卷扬的工作状态，如果在工作过程中出现突发问题，可以很及时观察到并得到及时的处理。还有就是可以节省转台上的安装空间，不至于转台上结构件过于复杂，影响结构件安装及拆卸修整，有利于转台的布局优化。虽然主卷扬安放在前端有诸多好处，但是同样也会带来一定的坏处，首先主卷扬前置，桅杆的重量就会相应的增加，这一突然地增加可能就会对整个旋挖钻机整体的设计带来不可估量的缺陷，所以在设计时不能好好地处理这一问题必然会带来一个又一个的问题，其中在重要就是可能会对 操作人员的生命安全带来很多的隐患，本身构件分布就不均匀，如果又是在工况极其严峻的情况下，这个时候的更多的外力加在前方钻桅上，回转平台就会受到更加不平衡的力，导致整个旋挖钻机更加的重心不稳定，可能发生旋挖钻机机身的从后端翘起的状况，甚更多设计 , 至是旋挖钻机发生侧翻的最坏情况。所以这也是主卷扬前置的最大缺陷，也是这种安置方式不被选用的重要原因之一。 就是把主卷置于回转平台上，它的安放可以保证回转平台上各个构件处在比较合理的位置，由于这种安置方式比较的合理，但也会带来一些小问题，就是需要一个更大 的转台来安置它，虽然会使得整个钻机的体积增大一些，但是同样会使得回转平台上多出来更多的空间，一利必有一弊，创新性的旋挖钻机设计会带来更多的有利影响，以使钻机有更强的适应能力，在各种工况下施工作业。与前置的相比，其不足的地方就是使得操作人员不能够及时的了解到主卷扬的工作情况，但是随着智能时代的到来，这种问题得到了较好的解决方法，已逐渐被克服，不再是难人问题。只要有心，这都不算是问题，比如说，旋挖钻机的机械设计师在研究回转平台上各构件如何安置的问题时，只要通过一个极其简单而又不起眼的设计，就很容易解决这个问题了 ，方法就是在主卷扬上安装一个小型的摄像头，然后通过操作室中的显示器很容易观察到卷扬的工作状态。以至于这都不算是难题了。 通过以上一段文字的分析，我们主要对主卷扬的两种安置方式进行了相应的介绍，由于主卷扬能否合理设计会直接影响到回转平台的优化设计，对整个旋挖钻机在正常工况下能否安全稳定的进行施工作业是非常重要的。通过对两种情况进行比较，主卷前置带来的问题比较严重，且不容易解决，严重影响钻机的工作稳定性，存在较为严重的安全隐患，而主卷扬后置的优势明显，虽然也有一些小问题，但是很容易都被解决了。所以在设计生产中更 多的采用主卷扬后置。 对于旋挖钻机回转平台布局形式的研究 接下来我们要对旋挖钻机回转平台的布局形式进行相关的深入研究，作为一种重要的支承机构，它承担着包括钻桅及变幅机构在内的上车部分的全部重量，是整个旋挖钻机重要的支承及稳定机构。还有就是我们要对安装在旋挖钻机回转平台上的各部分构件的合理布局进行研究，只有这样才能完成对整个回转平台的实现最为优化的设计。在我们设计制造回转平台时，要对各个构件合理安置并要充分利用回转平台上的空间，不仅是要使得整个钻机有一个美观的外形，满足一定稳定性和运输要求，而且还要 布局合理，方便各个结构件的安装和拆卸，以便于保养维修。在旋挖钻机的驾驶室内装配有各式各样的监控装置，使得操作员更加方便快捷的观测到各个设备的工作状态。下面我们通过某种旋挖钻机为列子，简单的介绍一下旋挖钻机回转平台的布局机构。先是一个回转减速器，把它安置在回转平台上靠近前方的位置，这样的设计方法是比较常用的，它能够最大限度的利用转台上的空间，使得没有任何浪费的地方，这样能够使得回转平台上的结更多设计 , 构安排更加的紧凑，更好的保证旋挖钻机整机的稳定性。此旋挖钻机的驾驶操作室是安装在旋挖钻机回转平台的靠前部位置，安装在这里 是有很多的好处，不仅视野很开阔，更容易观察，操作方便。在回转平台上安装有数不清的结构件，这些结构都是整机的一部分。旋挖钻机的动力源件，应该布局在回转平台合理的位置，并且是横向布置，通过这种合理的安装，使得各个机构之间有一定的空隙，以便于发动机的安装以及拆卸。紧接着就是为防止发动机持续工作导致其损坏，柴油发动机的右侧装有一散热器（水散），在水散的前方是油散。再接着就是为保持旋挖钻机平衡而将主卷扬合理安装在回转平台上，保证构件均匀分布，使得承受均匀的受力，也就是前文已经分析过该种情况的优越性。回转平台的布局如下 图 图 回转平台的布局 机构特点的分析 目前，国内外虽然有很多家生产旋挖钻机的企业，但是始终没有对回转平台进行统一的规范，没有规范化，系列化，不同企业的不同设计人员都有自己独特的观点和想法，这就导致生产出来的钻机有不尽相同的样式。但是再怎么不同，也都只是很小一部分的区别，不同的布局结构都有着以下的特征，逐个介绍一下： 旋挖钻机的整体设计需要满足一定条件，不能超过国家要求，驾驶室需要满足人机工程学的要求使得驾驶员舒适驾驶。还有就是使得回转平台上构件分布合理，质量分布 相对平衡，同时满足力矩的平衡，保证钻机在施工作业时安全稳定，还有就是要使承载的外力均匀，避免因受力不均而影响旋挖钻机的正常施工作业。 旋挖钻机回转平台上各结构件应该合理安排，在安装尽可能的紧凑的情更多设计 ,0 况下，又不影响各个构件各自的安装拆卸，保证各个管路之间连接通畅，同时也要保证操作的安全可靠。 回转平台上安装有桅杆，变幅机构，动臂等纵向尺寸较大的结构件，从而会使得上车部分的纵向尺寸较大，由于上车部分的纵向尺寸大导致重心位置偏高，钻机稳定性变差，对整个钻机的性能也会有较大的影响。所以，在进行旋挖钻机的 回转转台布局有几个要求： 使上车部分尺寸小一些，重心在相对较低的位置，以保证钻机稳定。 在设计钻机的过程中，更多的变幅以适用于各种工况，即使是在最大负载的工况下也能够使整机稳定工作同时要使转台上各构件合理分布，质量分布均衡，只有达到这种条件，才能真正的满足旋挖钻机稳定正常工作 回转平台的回转部分需要更加深入的设计制造，保证钻机回转平台平稳流畅的进行回转动作。 旋挖钻机转台结构分析 旋挖钻机回转平台是由四个主要的部分组成支承，主体，左右纵梁。其中回转平台承受着其上所有的结构件的全部重量，对于 它的研究与设计制造对整个旋挖钻机功能的实现，以及保证操作人员的生命安全，保障公司的市场效益具有重要的意义。接下来我们讲述的就是回转平台的主体部分。以上我们也提出了回转平台的结构主要是分成的两种结构：工字梁型结构和箱型结构。接下来我们一某种型号的旋挖钻机为列子，这种箱型结构的回转平台是由多个箱板及纵梁通过焊接加工行成一个整体。但是这种加工方式自然而然的就会有很多的缺陷，受到社会各界的不被认可。由于各个部分比较多，所以这种结构消耗的钢板比较多，所以它的焊缝也是比较多的。由于回转机构的整体是通过焊接在一起的，在焊 接的过程中由于高温加压会产生很多结构的变形，焊缝越多结构变形也就越大，严重影响了回转机构的美观和精确度，造成不必要的制造瑕疵。还有就是这种成型方式会使焊接接缝处产生应力，在我们学习工程材料的时候就介绍焊接技术的种种缺陷，会导致焊接成型之后的整体强度不高，焊接接缝处问题比较严重，当受到较大的冲击载荷的时候容易断裂，刚好回转平台又是承受上机整个部分全部重量的关键机构。如果选用焊接成型的箱型结构，使得制造出来的旋挖钻机达不到相应的施工要求，增加了生产工艺的复杂程度，带来了生产过程中不必要的能源，人力，物力的损耗， 使企业在市场上竞争力大幅下降。由于是焊接行成的，没有铸造出来的那种一体的结构，焊接处不仅有应力集中，在一些特殊焊接位置，比如说角焊接缝和对接焊缝的焊趾处，可能还会很容易发生断裂的严重后果，焊接热循环伴随产生的残余应力可能会导致结构材料的性能发生变化，这种影响也是更多设计 ,1 不可忽略的一部分，在其中最重要的就是对结构动强度的影响。 根据上述的结果得到，箱型结构存在很多不容忽略的缺陷，相比较而言，工字梁结构体现出了极大地优越性，所以我们可以将这种型号的旋挖钻机的回转机构进行改变，更多的都是在设计制造的时候选用工字梁型结构的 回转平台。与之前的箱型结构相比，焊缝的个数得到大大的降低，同时也降低了工艺的复杂程度，对于满足整机的强度要求有了很大的提高，减少了不必要的结构缺陷。所以一般生产厂家都是会选用工字梁型结构。 对回转平台的工况分析 旋挖钻机作为一户外的大型工程机械，主要用来进行灌注桩成孔的施工动作，而且它的施工环境一般都是比较复杂的情况，所以我们在对旋挖钻机进行设计的时候都要综合考虑到每种常见的复杂工况，才能在真正遇到情况的时候不会措手不及。在钻机施工作业的过程中，当钻机加压钻进还有就是钻机提升的这两种情况下，整个钻 机工作装置会受到来自各个方面的冲击，整个钻机也会处于比较恶劣的受力状态下，在这种情况下也是对旋挖钻机的回转机构的重大考验，产生很大的影响，由于这两种情况影响最大，所以我们着重对钻进和提钻这两种工况进行研究分析。另外的两种情况，一种是在刚开始进行工作的时候下放钻具这一动作，这一动作基本上不会有其他外力干扰它，差不多等于是旋挖钻机在静止状态下受力情况，所以忽略这一部分对回转平台的影响。还有一种工况就是钻机卸土的时候，在这种情况下，旋挖钻机的回转机构回转这是本身上车部分的重量加上所装载的土的重量，这种情况所受的外 力也是比较小的，可以忽略不计，毕竟影响的比较小，还有就是与另外的两种工况相比还是相差的比较大的，所以下放钻具与回转卸土这两种工况是可以不予分析的，通过只分析和研究在极限条件下的两种工况，并得出相应的实验结论。 提钻工况分析 首先我们先进行旋挖钻机在提钻工况时进行分析，这是施工作业的主要工况，也是一种很危险的工况。在钻机施工作业时有两种提钻的方式，一种是直接体钻，另一种就是回转提钻。同样的，旋挖钻机的所用的钻具也分为两种，一种是回转斗，另一种是短螺旋。接下来我们将会对旋挖钻机的钻具在直接提钻和回转提钻这两种机构进行一下简单的介绍。 1. 直接提钻 在直接提钻的过程中，由于组钻具是是直接深入需要施工的工作目标，在进行向上提出钻具的过程中，钻孔壁与钻具之间产生极大的摩擦力，导致在提钻的更多设计 ,2 过程中产生了极大阻力，同时会使得钻机的钢丝绳受到巨大的拉力，也就是对回转平台上的主卷扬具有极大的拉力，同样也就是对旋挖钻机回转平台的极大的外部作用力。这样极端受力可能导致旋挖钻机整机不平衡，导致钻机可能前倾，严重会影响到施工作业的效果。 图 直接提钻工况钻具受力分析 如上图所示，取深入土中的钻具为研究对象进行相应的受力分析，有： 214 d F Gg d t 式（ 式中的字母具有各自的实际意义： T 是指在提升钻具时受到的提升拉力； 值为 : e x p 式（ 式中： 起始的压力； S 抽气速度； V 容积； t 起始压力至瞬时真空压力的时间。 更多设计 ,3 D 短螺旋钻具的直径； 1直接提钻时钻具与孔壁之间的摩擦力； G 总的重量： 01G G G式中： 0G钻具内土的重量； 1G钻具的重量 提升时的加速度。 对钻具进行受力分析，有： 2 1 0 s i n s n G10c o s c o G得出： 式（ 式中： 螺旋钻具的螺旋升角。 N 螺旋钻具上的土对这段螺旋的正压力； 2F土与螺旋之间的摩擦力，其值为：2 *f N F2F土与螺旋之间的摩擦系数。 2. 回转提钻 除了直接提钻，还有一种就是回转提钻的工作方式，当旋挖钻机正常工作的过程中钻具达到一定的位置，之后便开始提升动作 钻机回转平台上的主卷扬通过回转动作将钻具提出钻孔，但是也会存在一定的缺陷，当要求的目标孔很深时，会使得钻杆发生弯曲变形，不仅会影响钻杆的使用寿命，还会导致钻出来的钻孔满足不了需求，严重影响作业效果，它会使得钻孔发生一定的变化，随着进一步的输土作业，由于钻孔的变形，会影响工程质量。在这种回转提钻的工况下，对钻具进行受力分析得到下图： 0212( c o s s i n )s i n c o f 更多设计 ,4 图 回转提钻工况钻具的受力分析图 取钻具为研究对象进行受力分析，有： 1 c o d G 式（ 式中： 孔壁对钻具的摩擦力与提升方向夹角； 1回转提钻时钻具与孔壁之间的摩擦力。 取一段螺旋钻具上的一小块土为研究对象进行受力分析，有： 式（ 由式 2 式 2入参数得： 式（ 通过上面的分析计算可以知道，两种提钻方式还是有一部分的差异的，直接提钻时比回转提钻时孔壁对钻具的摩擦力要大，所以我们需要研究这种受到摩擦力更大的情况，只要这种情况满足了，那么受到摩擦力相对较小的回转提钻也一定会满足相应的要求。所以以下我们只要探讨摩擦阻力最大的情况，这种情况也211c o s ( 9 0 s i ns i n ( 9 0 c o G ） +0212( s i n s i n )s i n ( ) c o s ( )f 更多设计 ,5 是整机及回转平台受到最大外力的情况，只要设计的回转 机构能满足这种最大外力的工况，那么设计也就符合要求了即只要考虑直接提钻的工况。 不过，旋挖钻机不同的工况又会有不同的受力状态，这就要求我们要全面考虑到各种情况。但是我们只需要把两种极限位置处的变幅距离的提钻工况进行一定的分析和计算，就可以得出向合理范围内的工作情况，一种是最远变幅距离的提钻，另一种则是最近变幅距离的提钻。这是两种比较极限的工况，只要能够研究设计好这两种情况下的受力，并通过适当的计算分析，最终得到整个受力条件的合理要求。 回转平台的受力分析 我们需要对钻机的回转平台在两种工况下进行一 定的受力状态分析，这两种情况一种是受到摩擦力极大的直接提钻，而另一种是加压钻进的情况，我们可以建立数学模型，这样可以更加清晰准确的结果。这两种情况即是提钻工况和钻进工况，虽然这两种工况不尽相同且回转平台的受力情况也不同，但是它们可以用相同的数学模型进行分析，在进行分析的过程中我们可以对这两种工况的进行数学模型的带入。 比较极限的工况，只要能够研究设计好这两种情况下的受力，并通过适当的计算分析，最终得到整个受力条件的合理要求。 提钻时转台的受力分析 由于旋挖钻机的回转平台在设计时满足各条件下对称 的原则，其上各个构件安装都是对称的，且质量分布均匀，所以在提钻工况时转台的受力也是对称的，在这种情况下我们可以把受力分析简化为平面分析。我们可以截取其中的几个部分进行相应的受力分析，把拉杆截断取出其中的钻桅，接着就是它上面的三脚架，还有就是钻桅变幅油缸，把这三个部分看成一个有机的整体进行分析计算出 三个力：水平分量 垂直分量 整体进行受力分析之后，再选其中的一个部分进行受力分析，这两个分量：水平分量 钻桅三脚架结构受力分析图如下图所示： 更多设计 ,6 图 钻桅三脚架结构受力 分析图 动臂的受力分析图如下图所示： 图 动臂受力分析图 由上面的钻桅三脚架结构受力分析图可得到相应的平衡方程式： 更多设计 ,7 1 5 2 4 3 1 6 1 1 1 2 1 211 2 1 1c o s s i n c o s s i n 0s i n s i n 0c o s c o s 0 AF a F a G a G a F a F b F a F G G F F F 式 （ 式中： 1F主卷扬钢丝绳拉力； 2F加压油缸提升力 ； G 钻桅重力； 1G三角架的重力； 拉杆对三角架的作用力； 、动臂对三角架作用力的水平分量和垂直分量； 11、拉杆与三角架的铰接点 A 到动臂与三角架的铰接点 B 的水 平距离和垂直距离； 22、背滑轮支架与背滑轮的连接点 的水平距离和垂直距离； 3a钻桅的重心到到动臂与三角架的铰接点 4a 加压油缸支座距动臂与三角架的铰接点 5a钢丝绳与提引器的连接点到动臂与三角架的铰接点 B 的水平距离； 6a 三角架的质心到动臂与三角架的铰接点 拉杆与垂直方向的夹角； 背滑轮钢丝绳引线与垂直方向的夹角。 由动臂受力分析图可以得到相应的平衡方程式： 更多设计 ,8 1 2 2 320s i n 0c o s 0D Y D B X C B YF d F d G F G 式（ 其中： 、回转平台对动臂作用力的水平分量和垂直分量； 、回转平台对动臂作用力的水平分量和垂直分量； 回转平台对动臂油缸作用力； 2G动臂的自重； 21d d 、动臂与转台的铰接点 D 到动臂与三角架的铰接点 B 的水平距离和垂直距离； 3d 动臂重心到动臂与三角架的铰接点 动臂油缸与垂直方向的夹角。 上面是统一的计算方程式，我们可以把不同参数的数值带入其中，这样就可以得出在不同变幅距离时的结 果。通过分析可以得出在两种极限情况下的受力状态。 钻进工况转台的受力分析 前面一部分我们进行了关于钻机提升工况的受力分析，接下来我们要对另一种工况进行相应的受力分析，也就是在钻机施工作业是钻进工况下的受力分析及计算。这种工况的主要动作是：钻机回转平台上的主卷马达先进行浮动，其上的 钢丝绳自由的下放，此时没有受到任何外力的作用，所以所受的拉力为 0；与此同时，加压油缸施加最大的加压力 。在这种工况下，我们可以像钻机提升工况一样对钻机的钻进工况也建立一定的数学模型，并把旋挖钻机的受力分析同样简化为平面 问题，运用相同的分析方法进行相应的分析和计算。和前面一样，我们先要截取钻桅、三角架、钻桅变幅油缸这三个部分为一个有机的整体，然后对这个整体进行受力分析，受力分析图如下图所示： 更多设计 ,9 图 钻进工况钻桅三脚架受力分析图 根据受力分析图列出平衡方程式： 2 4 3 1 6 1 121c o s s i n 0s i n 0c o s 0 AF a G a G a F a F b G F F 式（ 通过这种分析方法之后，我们可以根据 。接着再对某一部分进行相应的受力分析，截断动臂变 幅油缸，并对分隔出的动臂进行受力分析，分析的时候可以根据动臂在提钻工况下的受力状态，因为动臂在进行钻进的工况下受力的状态相同，即为动臂受力图。通过上图及上式可以分析得到各个部分的受力。 本章小结 这一章主要是对旋挖钻机的回转机构的设计进行了一些分析讨论，发现很多问题，并通过分析得到一些较为妥当的处理方法。在这一章刚开始的时候我们对旋挖钻机的回转平台上构件安置进行了 旋挖钻机回转机构设计 徐州工程学院 2016届 本科 生 学位论文 答辩 日期： 旋挖钻机 研究概述 研究背景：旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业 的施工机械。主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用 研究意义：实现旋挖钻机上车部分安全稳定地回转 研究目标：完成回转机构设计 研究问题：回转机构中的轴承、回转支撑转动不灵活 回转机构原理 4蜗杆 5动力源 原理简介 动力源带动蜗杆，通过蜗杆蜗轮传动将动力传到蜗轮上，蜗轮和齿轮以键连接在蜗轮轴上，最终是齿轮于回转支撑上的内齿相啮合，从而实现回转运动 研究综述 回转机构的动力源 蜗轮蜗杆传动 键连接 回转支承设计 致谢 大学本科的学习生活即将结束。在此，我要感谢所有曾经教导过我的老师和关心过我的同学，他们在我成长过程中给予了我很大的帮助。本文能够顺利完成，要特别感谢我的导师李老师，感谢各位系的老师的关心和帮助。 最后向所有关心和帮助过我的人表示真心的感谢。 请各位老师批评指正。 1 of i 00072, 13016, or of is to is of on of s of is in it of by to ?or of of of 0%, so it is to of by 1 By +86877011 we of 2 at of is of of is by of of in 3. is of It is by of 0% of 4 of of in of on of of we a （ 4） of on of in he of in is in we to 1) l. (. a) b) c) 3 of in 50in 723 of of is 12345678910he of in at to at we do of to s, to 5%. he of is by in of is 4 as 100 r of %) of on of in of is of at of at of of of of of of is of at is of it 60? is by at of at of of on of in is by a on is of is by on is no So in is In to of on on up/ of of . 5 123456789101112he of in we do , of to s, to 5%. is in . is of of of of of of of is of of is of by of is of 6 1 of of of he of is of of of is of is of s is to s i, of in h/eiv/s; 2011; 25(3): 543 546 2011; 11(15): 3553 3556 n of m3/h) %) %) %) of %) %) ) ) 743 7 2011; 39(6): 98102 on io/1998; 27(2): 36 i, of 2007; 35(1): 59 (2) of 902 kg s/ (50) 15.2 s (50, 1(3) of of a in 0, In of to to 8 中文译文 第二个关于石油和天然气工程的稀土总量会议 实验研究关于杆泵式井下油水旋流器的入口结构 李栋，周晓军 (1)，周海安 (2) （ 1） 中国上海 200072，上海大学机电工程及自动化学院 （ 2） 中国常州 203016，常州大学石油工程学院 摘要： 对于高含水切断原油生产井的问题，油水分离和注入井下的技术可以降低成本。井下油水分离系统由双液流泵、油水旋流器和石油提升泵组成。在网站上系统运行正常。实验研究发现旋流器在直角环节的切线入口和流动导向板的平均分离效率达到 此外，在连续流动时平均减速率 的分离效率只有 旋流器慢慢地减少的分离比率除以原油含量的增长。与阿基米德螺旋线入口相比，对于杆式泵的井下油水分离系统前者的制造技术简单而且适当。 (c)艾斯维尔有限公司 2010 年出版发行。在社会责任的原则下考量资源、环境和工程，选择和 /或同行业互评。 关键词：井下油水分离；旋流器；分离效率 最近，中国最大的油田已经被输入到中部地区，而且高含水阻碍了它的发展程度，含水阻碍率占据了绝大部分油田，已经超过 90%，因此这种情况对减少设备的投入、经营和维护成本和减轻由水泄露与排放物引 起的环境压力都特别重要。通过使用井下油水旋流器和注入技术，我们可以提取和大部分的水注入的高水位内容原油在底部同样的好 ,减少石油的生产成本。 在井下油水分离系统由双液流泵、油水水力旋流器和油提升泵。水力旋流器的分离效率决定了结构的水力旋流器和旋转强度的液体流在水力旋流器 3。入口是第一通过水力旋流器。实验的结果表明 ,压力损失的进口占 40%的整个压力损失 4 - 5。结构的入口的流场分布的影响直接分离效率。合理的结构的入 9 口可以使压力损失主要是定位在体腔内水力旋流器。 基于数值模拟的流场水力旋流器 ,设计了一种 水力旋流器与矩形截面切线入口和导流板 ,有实验室实验。 2在连续流动时入口结构对旋流器的分离效率的影响 水力旋流器的主要结构和圆筒式溢流管在实验中是相同的大小。和我们使用水力旋流器与矩形切向入口 ,水力旋流器与阿基米德螺旋进气道 ,水力旋流器与矩形切向入口和导流板运行实验的实验 (图 1) (a)矩形切向入口 b)阿基米德螺旋进气道 （ c)矩形切向入口与导流 板 图 1 中使用的结构水力旋流 器实验 实验设施和流程 实验设施 水力旋流器 (图 2),50 5离心泵 ;723紫外分光光度计。 图 2水力旋流器的结构 (长度的单位是毫米 ) (2)原油的物理性质 密度 :902公斤 s /立方米 (50 ) 粘度 :15.2 s(50 ,1 (3)流程图的实验处理 图 3 描述了实验处理流程图。混合原油和水与一个特定的比例在循环水池 ,和热至 50 ,然后与水力旋流器分离混合物。在分离的过程 ,非常低的油切水通过在流管进入循环水池 ,和低含水油通过溢流管进入循环水池 , 和液体混合再次。样本点安装在进口管、溢 流管、底流管在任何时候采取样本。 当我们做实验的 ,连接管道 ,打开所有阀门、运行离心泵 ,方米 /秒 ,并调整分流比约为 35%。在液体流动稳定 ,记录压力、流量 ,把样品和计算分流比和分离效率。 10 (4)数据采集 石油进口和溢流浓度是衡量水在油分析仪 ,和下溢通过紫外分光光度计测量。 1 水力旋流器 ,2 压力计 ,3 涡轮流量计 ,4 离心泵 ,5 个样本点 , 6 个阀 ,7 循环水箱、 8 搅拌器 ,9 温度计 ,10 个加热管 图 3 的实验流程图在连续流动 实验数据分析 记录实验数据每 5 分钟一次相同的实验条件下 ,计算 平均每 5 个记录数据值。实验结果显示为图 4。 图 4 表明 ,水力旋流器的分离效率与矩形切向入口是最低的 ,只有 和单独的效率有重大波动当石油浓度的入口不同。因为进入流体在进口的水力旋流器和旋转流体在气缸部分水力旋流器可以造成打扰。这个分离旋流器的分离效率与阿基米德螺旋进气道可以达到 因为阿基米德螺旋之间的连接和空腔的水力旋流器是什么光滑 ,流路径的入口下断液滴。分离效率的水力旋流器与矩形切向入口和导流板是最高的 ,达到 而独立效率有轻微波动当石油浓度的入口不同。由于导流板在入口可使流体循环 下行。和流体是在进口时的水力旋流器转 360。水力旋流器与矩形截面切线入口和导流板可以避免打扰所生成的流体在进口进入水力旋流器和旋转流体在汽缸水力旋流器的一部分 ,能耗下降当流体通过进口。 旋流器分离性能指标 水力旋流器由于具有结构简单、成本低、处理能力大、体积小等优点，受到了越来越多工业部门的重视。除了在矿物加工行业大量应用外旋流器分离技术正在被越来越广泛地应用到环保、石化、食品、造纸、电化学、生物工程等领域。 众所周知水力旋流器内部的流体流动特性决定了其分离性能。由于普通旋流器内固有的流体 流动特性，其分离过程总是伴随着某些缺点如分离效率和分离精度不够高。尽管旋流器的结构和操作都较简单，但其内部分离过程行为却十分复杂。在常规旋流器内的流场中，存在外旋流、内旋流、循环流、短路流和空气柱。空气柱对旋流器的流场和分离性能都有很大的影响，因此前人对空气柱进行过许多研究。但是，以前大部分的研究主要集中于对空气柱直径和形状的测量和预测。迄今，空气柱对旋流器分离性能指标的综合影响方面的研究仍很少。本文将采用插入中心固棒的方法消除旋流器内的空气柱，研究取消空气柱对不同锥 11 段结构旋流器的分离性能指标的综合影响， 以期在探明水力旋流器分离性能强化机理的基础上、确立强化旋流器分离性能的简单有效的方法。 普通型水力旋流器的几何参数设计参照 优分离旋流器尺寸比例， 如图 l 所示。在同样的几何参数条件下，设计了一个带有中心固棒的新型旋流器，如图 2(b)所示。位于旋流器轴心的中心固棒通过溢流口和底流口插入旋流器在底流室和溢流
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