0037-新型电动钎探机设计【全套17张CAD图+文献翻译+说明书】
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新型
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摘要
按照我国建筑规范，绝大部分建筑工程基础土方开挖后都要对槽底地质进行勘探，一般称钎探，以确定基础下一定深度内地质的均匀度，看是否有局部过硬或过软的地质情况，以便于地基处理。以往一般采用人工钎探的方式进行，但是人工钎探存在费用高、速度慢、不标准、力量不均等诸多弊端，且多数工人往往应付了事，起不到应有的效果。
本设计新型电动钎探机最大的优点是设计构思新颖，体积小，重量轻，结构紧凑，锤重一定，锤头自然下落，无其他人为因素，运输方便，移机快捷，安全可靠，便于维修，操作简单，一看便会。采用单相电源，工作效率是人工打钎的五倍以上，可节省大量的人力物力及所需费用，有效缩短工期。
新型电动钎探机主要有三部分组成：电磁锤、自锁器与地脚组成。其工作过程如下：用底架把探杆放置稳当，并与地面垂直，然后利用锤钎装置锤击探杆头部，锤入一定的深度，并记录锤击次数，最后利用起钎设备把探杆从地下拔起，完成一次钎探工作，然后移动放钎器到下一钎探点接着进行钎探。
关键词： 电动 新型 钎探机
- 内容简介：
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开题报告 课题 名称 新型电动钎探机设计 一 、 论文资料的准备 1、使用钎探机的目的、意义 按照我国建筑规范，绝大部分建筑工程基础土方开挖后都要对槽底地质进行勘探，一般称钎探，以确定基础下一定深度内地质的均匀度，看是否有局部过硬或过软的地质情况，以便于地基处理。现在一般施行人工钎探，实际操作时，由至少两个人一组，一人扶钢钎，另一人双手托起 10 公斤的钎锤抬高约 50 公分后，使之自由落下锤击钢钎，然后再重复上述动作，一般每隔 30 公分计录一次捶击次数。每个点钎完后须 人力用撬扛等将钢钎撬起退出，最后通过比较每个钎探点的捶击次数来判断地质的软硬程度和均匀程度。人力钎探存在劳动强度高、工效低、人为误差大的缺点，经常出现人力偷懒、作弊，使得钎探数据不可靠。尤其是大型、较大型工程，一个工程下来人工钎探点就得有数千甚至上万个，每个点捶击次数在数百次以上，非人海战术不行。虽然以前有人发明过钎探机专利，如申请号 96241810（自动钎探机）， 93208202（气动钎探机）， 93230875（地基钎探机），但其多采用电磁锤、气动锤、弹簧储能锤等工作原理，结构较为复杂，实用性差，一直没有 产业化。目前市场上还没有发现理想的能够代替人力钎探的机械。随着人力成本的逐渐增高，从经济角度和节省人力考虑，开发和使用机械化的钎探方式势在必行，本设计正是适应了这种市场需求。 2、人工钎探的缺点： 钎探验槽是建筑施工必不可少的一项地基检测工作，以往一般采用人工钎探的方式进行，但是人工钎探存在费用高、速度慢、不标准、力量不均等诸多弊端，且多数工人往往应付了事，起不到应有的效果。 3、全自动钎探机优点： 全自动地基钎探机是建筑施工验槽专用，是替代人工打钎的思想专用设备，结束了人工钎探的历史，并且符合国家“轻便触 探规范”要求，可精确测定地基载力，质的均匀性、地下洞的功能等。 全自动钎探机最大的优点是智能测定数据精确度高，锤重一定，锤头自然下落，无其他人为因素。它设计构思新颖，体积小，重量轻，结构紧凑，运输方便，移机快捷，安全可靠，便于维修，操作简单，一看便会。省人省力（一人 可操作多台），采用单相电源，工作效率是人工打钎的五倍以上，可节省大量的人力物力及所需费用，有效缩短工期。 4、全自动钎探机遥市场前景： 1）、一般建筑工程队自备 1机器，可满足承揽工程的需要； 2）、通过购买机器组成专业的钎探施工队，专 门承揽钎探工程，这种模式将很有发展前途。 广大建筑单位可以购买自己使用，也可购买后自行办理出租业务。 小型建筑施工电动钎探机，包括底架、钎杆、立柱、钎锤、传动装置、提升装置、行走装置及相关电路，其特征在于底架上固联有两立柱，两立柱内设置有移动框架、钎锤，移动框架上安装有传动装置、顶架，顶架上设置有提升装置，底架活动联接有行走装置。 基底钎探就是基础开挖达到设计承载力土层后，对基底下面检查是否存在墓穴、坑洞等现象，一般钎探采用 25 钢筋做成 左右高的钎子，从基坑内部按照一定的距离（ 1米左右或者根据实际情况 确定）依次钎探，具体方法：用锤子自由落下捶击钎子顶部，每个点自由落锤 30 次，然后记录捶击每次钎子沉入土中的深度，如果每次沉入度都比较正常数值悬殊不大，就说明基底比较正常。一般情况下，在基槽验收时，勘探单位会根据土质情况要求做不做钎探。 地基钎探机是一种建筑钎探用的电动机械设备，它主要由电磁锤、控制器、锁钎器、拔钎器、小车及钢钎等组成。打击功恒定，能自动记录打锤次数，从设备上保证了钎探作业的准确性，可为设计施工提供可靠依据，也可用于评价地质承载力。它还具有灵活方便、操作简单、可减轻工人劳动强度、提高工作效率等 优点，改变了钎探作业的落后状态。 二、本课题的目的（重点及创新点） 毕业设计是工科大学生完成学业中最重要的实践环节，是将在大学学到的理论知识系统化、条理化、实用化最关键的一环。通过本毕业设计培养学生综合运用所学的基础理论、专业知识和基本技能，提高分析与解决实际问题的能力、较复杂工程计算的工作能力、计算机绘图与手工绘画相结合的工程图绘制能力。掌握一般机械机构的设计思路、方法和步骤，掌握常用工程材料的性能和选配能力，尽快完成学生到工程技术人员的过渡。 通过对新型电动钎探机的总体设计以及机械系统、电力系统的设计，对新型电动钎探机的工作原理、传动机构等进行掌握、理解。使其满足工作职能要求来完成新型电动钎探机各部分的设计。在满足操作简便、安全、外观、经济上的要求的情况下，做到和生产实际相结合，不要做没用又耗费大的产品。 重点： 本课题分两个部分：新型电动钎探机的总体设计和电力系统设计。 该机构主要由探杆、电磁锤头、计数装置、控制装置、探杆起拔装置等组成。 对总体设计需对新型电动钎探机的工作原理、各机构之间关系、各零、部件组成及关系进行掌握。 创新点 ：新型电动钎探 机主要由机械系统、电力系统两大部分组成。本钎探机以电力为动力装置，相对传统的钎探机更符合节约人力、人性化作业的观点，而且其自动化程度要有所提高，而且能耗小，效率高，并且操作方便。 三、主要内容、研究方法、研究思路 钎探机的设计主要包括总体设计、机械系统的设计和电力系统的设计。 本设计是原有钎探设备的替代产品，主要由探杆、电磁锤头、计数装置、控制装置、探杆起拔装置等组成。 （ 1） 、根据工作要求及设计要求确定其工作原理，选择机构和传动方式。 1. 由工作原理确定 新型电动钎探机 的基本构成和总体布局 ，主要零、部件的基本结构形式； 2. 新型电动钎探机 的机械系统和电力系统各采用何种传动方式； （ 2） 、初步确定主机、主要元件或构件的基本参数和技术性能，如功率、承载、速度、行程或调节幅度、外形尺寸等。在运动分析的基础上进行动力分析，确定各机构各部分传递的功率、转矩和力的大小，根据这些数据和使用要求进行强度、刚度、发热效率等 方面的计算或校核。 （ 3） 、通常提出几种不同方案，从技术和设计两个方面比较论证，选择最理想的，即在考虑满足职能要求的同时，要注意取得较好的经济效果，使设计出的装备成本低，功率消耗 及维 修费用少，能满足给定的生产效率。 （ 4）、 系列标准及选用，焊接操作机的零件有良好的加工工艺性能，合理选用原材料，尽量采用标准化的零部件。 五、主要参考文献 【 1】董刚 李建功 潘凤章主编 三版）北京：机械工业出版社 1998 【 2】成大先主编 北京：化学工业出版社 1997 【 3】蔡春源主编 . 机电液设计手册 北京：机械工业出版社 1997 【 4】徐灏主编 北京：机械工业出版社 1995 【 5】朱喜林 张代治主编 北京：科学出版社 2004 【 6】求是科技编著 用开发技术与工程实践 北京：人民邮电出版社 2005 【 7】雷天觉主编 北京：机械工程出版社 1990 【 8】孙桓 陈作模主编 六版）北京：高等教育出版社 2001 【 9】王爱玲主编 北京：国防工业出版社 2003 【 10】赵如福主编 三版） 上海科学技术出版社 1990 【 11】齐麟 张亚雄 黎上威 董学朱 胡松春编著 蜗杆传动设计（上、下册）北京：机械工业出版社 1987 【 12】齿轮手册编委会编著 齿轮 手册（上、下册） 北京：机械工业出版社 1990 【 13】现代机械传动手册编委会编著 现代机械传动手册 北京：机械工业出版社 1995 【 14】郭爱莲主编 经济日报出版社 1991 【 15】杨公源主编 北京：电子工业出版社 2005 【 16】袁任光编著 北京：机械工业出版社 2002 【 17】饶振纲 王勇卫编著 北京：国防工业出版社 1990 【 18】陆玉 何在洲 佟延伟主编 三版） 北京：机械 工业出版社 1999 【 19】数字化手册系列（软件版）编写委员会编著 件版） 京：机械工业出版社 1999 摘要 按照我国建筑规范，绝大部分建筑工程基础土方开挖后都要对槽底地质进行勘探，一般称钎探，以确定基础下一定深度内地质的均匀度，看是否有局部过硬或过软的地质情况，以便于地基处理。 以往一般采用人工钎探的方式进行，但是人工钎探存在费用高、速度慢、不标准、力量不均等诸多弊端，且多数工人往往应付了事，起不到应有的效果。 本设计新型电动 钎探机最大的优点 是 设计构思新颖，体积小，重量轻，结构紧凑 ，锤重一定，锤头自然下落，无其他人为因素，运输方便，移机快捷，安全可靠，便于维修，操作简单，一看便会。采用单相电源，工作效率是人工 打钎的五倍以上，可节省大量的人力物力及所需费用，有效缩短工期。 新型电动 钎探机 主要有三部分组成 ： 电磁锤、自锁器与地脚组成 。其 工作过程如下：用 底架 把探杆放置稳当，并与地面垂直，然后利用锤钎装置锤击探杆头部，锤入一定的深度，并记录锤击次数，最后利用起钎设备把探杆从地下拔起，完成一次钎探工作，然后移动放钎器到下一钎探点接着进行钎探。 关键词： 电动 新 型 钎探机 n s of on to to of to is a or in to in of of of of of of is of no A is of a a of of of of as to at of to a of of a to by 目录 第一章 前言 1 探机 的常识和技术现状 1 工钎探与钎探机的优缺点 1 探机的市场前景 2 探机工作过程和机械构造 3 探的工艺标准 4 第二章 总体设计 8 述 8 计任务 8 计目的 9 计方案选择 9 计题目分析 及设计思想 10 计 主参数及机构类型确定 11 第三章 主要部件设计 12 磁锤设计 12 钎器设计 20 第 四 章 辅助部件设计 28 架 设计 28 制系统设计 37 第 五 章 钎探机的使用 38 探机使用前的准备 38 探机 的 使用 38 探机的 调整 38 参考文献 39 设计小结 40 附：英文翻译 英文原文 优化设计和有限元分析的核心机 摘要 ： 液动潜孔锤采样器 是一种新型 采样器 ，它的重要部分是：核心刀具的结构对穿透性和核心修复有重要影响。实验采用能模拟两个或多个固体 大变形 摩擦接触的商用模拟 有限元程序 的相互作用。本文用 有限元的 方法，通过非线性瞬时动态分析，分析了刀具边缘形状、直径、和边缘角度对 渗透率 的影响。仿真结果表明，刀具形状对 渗透率 和核心修复有明显的影响。此外， 采样器 的 渗透率 随刀具内径的增加而增加，但随切割角的增加而降低。基于这些分析，在大连海湾北部边缘设计和测试了 核心刀 的优化结构，结果表明，在粉砂粘土 中， 渗透率 大约是16.5 m/h，在粘性土中是 m/h，而恢复率分别为 68 和 。 关键词： 液动潜孔锤采样器 ；有限元分析；核心刀 化设计 1 介绍 近海采样技术是非常重要的，可用于海底稳定性的岩土评估，将沉积物恢复 可用于气候研究。但是，中国在这一领域的研究和发展比较缓慢，大多数采样设 备是从其他国家进口的，尤其是远程控制采样技术。虽然取得了一些成就，但是需要更好的技术用于大规模的海洋勘探采样。 最近， 液动潜孔锤采样器 是一种新型的海上采样器，主要用于下水深小于超过 50 米 情况。采样核心刀具设计的理论研究已经进行，因为它是这种新采样器中一个最重要的技术，它的结构和规模显然会影响 渗透率 和核心修复。实验中，用两个固体的 大变形 摩擦接触模拟的相互作用。使用 更新拉格朗日 方法模拟 渗透率 动态性，解决接触问题。有限元分析程序 应 用得到 了 结果。 2 有限元模型 土壤模仿不断弹塑性的使用德鲁克一普拉格模式的开发， 为了简单，把采样器 核心刀 看作理想的坚硬固体。开始时，土壤和核心刀具的参数如表 1。 在 渗透率 研究 过程中，核心刀具和土壤的交互作用可以用接触动力学建模，大量转移问题用增 广拉格朗日方法建模。 此法是一种惩罚相结合的方法和拉格朗 日乘数法并结合双方的优势 。与其他方法相比，增 加 拉格朗日 方法效果更好，对 与坚硬固体的接触不敏感。我们分别用 拟土壤的接触 面 ， 在 件库中找到，他们都使用默认值 。 核心刀具 和土壤 接口的摩擦滑动用库仑摩擦接触 联系 法模拟。在基本的 库伦摩擦 模型中，两个面互相接触，在它们开始相对滑动之前，可将接触面上的切变应力 剪应力 提高到一个水平。这种状况被称为 症结 。库仑 摩擦模型定义了一个等效（平衡） 剪应力 ，从等效（平衡） 剪应力 开始，表面的滑动开始作为摩擦接触压力。当超过切变应力，这两个表面会产生相对滑动。 核心刀 外径为 129土壤中那部分的长度为 核心刀的总长度是 0.5 m。土壤体积用 核心刀 在土壤中的深度和外径衡量，我们的研究中为 为了降低电脑成本和数据处理时间，我们选择一个轴对称模型。引入“细网格”对土壤和 核心刀 建模。选择第一 阶 四个节点元素 2 。 出了几何模型和有限元模型。假设 垂直方向没有位移，水平方向自由运动，在底部表面使用了 界条件。与之对比的是，在右外侧边界，水平方向没有位移，垂直方向自由运动。沿中线采用对称边界条件，顶部表面建模为自由表面。示。 通过实验获得的 液动潜孔锤采样器 大约为近 100J，相当于质量为 35降30动能。平均冲击力是通过能量守恒定律和冲量守恒定律计算。m 是 锤 的质量， h 高度， v 是 锤 最后的速度， F 是冲力， t 是常数时间（当前使用29 为了模拟 液动潜孔锤采样器 的实际穿透 渗透率 过程， 采样器 使用了冲力。根据文献，力 在每个分析中，土壤首先采用重力荷载，在采样之前建立初始的原位应力状态。 3 结果与讨论 端 形状的影响 采样器在海底的 渗透率 取决于可用能量， 吊篮 直径， 尖端 配置和沉淀物属性。总的 渗透率 是 吊篮 和端点阻力之间摩擦综合作用，核心恢复与 核心班轮 内部的 综合调动摩擦 和样本相关，相对于 核心刀 前面的 内核 端 就是说， 渗透率和 核心修复 与 核心刀 的形状密切相关。 在我们的试验中，对四种不同类型的 尖端 形状进行了分析，阐述有限元程序的使用，深入理解对 渗透率 和 核心修复 的影响。 尖端 形状如图 示。有限元方法的计算结果如图 示。 示了 渗透率 和时间的关系。从中可以看出， 核心刀 1 的总 渗透率 约 12 面 的影响，比 核心刀 3 略多。一般而言，降低 尖端 会增加内部的沉淀，受到越来越多的向下摩擦阻力。这个摩擦力通过土壤转移，施加在 中心 孔径的横截面积上，表现为对土壤的垂直压力，这会导致样本的压缩。图 4b 显示样本压缩和时间的关系。可以看出， 核心刀 1 的样本压缩为 核心刀 3 为 如，相对 核心刀 1 的样本，核心刀 3 缩短了修复的样本。这也就是说， 核心刀 1 的 核心修复 高于 核心刀 3。以下的研究使用 核心刀 1 的 尖端 形状。 心刀 壁厚的影响 保持 刀具 1 外径为 129析内径分别为： 51， 61， 71， 81， 91， 101 的影响，采用有限元方法。结果如图 透率随壁厚的降低而增加，比如，增加 核心刀 内径。但是，减少壁厚也意味着较弱的 尖端 。 尖端 要足够厚，在插入到地面时才能应对弯曲。对于陆上任务， 刀具 壁厚通常采用 15 20的设计使用 19 毫米。 端 角度的影响 保 持 刀具 1 外径 129径 91变 刀具 边缘角的值，研究不同边缘角的影响。图 示仿真结果。 随着边缘角增加，穿透性急剧下降到一个常数值。然而，如果过于边缘角过于 尖锐（ 过小），穿透过程中刀具可能损坏。我们设计的边缘角度是 15。 力分布轮廓图 示了采样器深度 时计算得到的应力轮廓图。 尖端 附近径向应力的最大值约 273 千帕， 应力集中突出 的半径大约 4R， R 是采样器的外半径。 下面位 ，径向应力从一个高的压应力迅速下降到一个较低值。 尖端 下方垂直应力的最大值是 291 千帕。与径向应力 突出 相比，垂直应力 突出 下降。最大值切变应力是 980千帕，位于锥表面。 应力集中突出 径向几乎延伸到边界。此外，采样器附近有一个小的范围，切变应力可以压缩。 4 实验 采样器 液动潜孔锤采样器 的 渗透率 和 核心修复 性能已经在中国大连海湾北部水深 11 米的水中测试。在第一个往返过程中，采样器总的 渗透率 超过 , 8 分钟内 核心修复 是 。 渗透率 率约为 h，总的 核心修复 率约为 68。粉砂粘土是主要岩性，底部包括 砂土层，图 另一个例子 粉砂粘土中。在第一个往返过程中，采样器的 渗透率 是90钟内 核心修复 是 75的 渗透率 率约为 h， 核心修复 5 结论 本文为海底沉淀物采样器的 渗透率 建立模型，因为商用有限元程序能模拟 大变形 和摩擦接触，使用它研究 核心刀 参数如何影响 渗透率 。 （ 1）结果表明， 尖端 形状对 渗透率 和 核心修复 有重要影响。考虑四种类型 核心刀 ， 刀具 1 有最好的 渗透率 和 核心修复 。 渗透率 随壁厚和 尖端 角度的降低而增加，但是考虑到和 核心刀 变形之间要取得一个折中。 （ 2）研究土壤中的应 力分布对 锤 的影响。最大径向应力是在 尖端 附近，为273 千帕，最大垂直应力在 尖端 下面，为 291 千帕。 （ 3） 液动潜孔锤采样器 的 渗透率 在粉砂粘土和粉砂粘土中分别为 h，h，恢复率分别为 68 和 。 参考文献 1. 鄢泰宁 ,补家武 ,李邵军 ; 浅析国外海底取样技术的现状及发展趋势 海底取样技术介绍之一 J;地 质科技情报 ; 2000 年 02 期 2. 段新胜 ,鄢泰宁 ,陈劲 ,顾湘 ; 发展我国海底取样技术的几点设想 J;地质与勘探 ; 2003 年 02 期 3. 谭凡教 ,陈洪泳 ,殷琨 ,王如生 ; 受冲击荷载作用土体变形的有限元研究 J;岩土力学 ; 2004 年 12 期 4. of M;2006 年 5. J, R; A of of M;1997 年 6. L.C,I . N; of on M; 2003 年 7. L, R; of of M;2002 年 8. J, , ; M; 2005 年 9. L, ; M;1996 年 10. , P; M; 2002 年 11. , , , et a M;2006 年 计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 1 前言 钎探机的常识和技术现状 人工钎探的缺点 全自动钎探机优点 第 1 章 前言 探机的常识和技术现状 按照我国建筑规范，绝大部分建筑工程基础土方开挖 后都要对槽底地质进行勘探，一般称钎探，以确定基础下一定深度内地质的均匀度，看是否有局部过硬或过软的地质情况，以便于地基处理。现在一般施行人工钎探，实际操作时，由至少两个人一组，一人扶钢钎，另一人双手托起 10 公斤的钎锤抬高约 50 公分后，使之自由落下锤击钢钎，然后再重复上述动作，一般每隔 30 公分计录一次捶击次数。每个点钎完后须人力用撬扛等将钢钎撬起退出，最后通过比较每个钎探点的捶击次数来判断地质的软硬程度和均匀程度。人力钎探存在劳动强度高、工效低、人为误差大的缺点，经常出现人力偷懒、作弊，使得钎探数据不可靠。尤 其是大型、较大型工程，一个工程下来人工钎探点就得有数千甚至上万个，每个点捶击次数在数百次以上，非人海战术不行。虽然以前有人发明过钎探机专利，如申请号 96241810（自动钎探机）， 93208202（气动钎探机）， 93230875（地基钎探机），但其多采用电磁锤、气动锤、弹簧储能锤等工作原理，结构较为复杂，实用性差，一直没有产业化。目前市场上还没有发现理想的能够代替人力钎探的机械。随着人力成本的逐渐增高，从经济角度和节省人力考虑，开发和使用机械化的钎探方式势在必行，本设计正是适应了这种市场需求。 工 钎探的缺点与自动钎探机优点 钎探验槽是建筑施工必不可少的一项地基检测工作，以往一般采用人工钎探的方式进行，但是人工钎探存在费用高、速度慢、不标准、力量不均等诸多弊端，且多数工人往往应付了事，起不到应有的效果。 自动地基钎探机是建筑施工验槽专用，是替代人工打钎的思想专用设备，结束了人工钎探的历史，并且符合国家“轻便触探规范”要求，可精确测定地基载力，质的均匀性、地计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 2 全自动钎探机的市场前景 下洞的功能等。 自动钎探机最大的优点是智能测定数据精确度高，锤重一定，锤头自然下落，无其他人为因素。它设计构思新颖，体积小，重量轻，结构紧凑，运输 方便，移机快捷，安全可靠，便于维修，操作简单，一看便会。省人省力（一人 可操作多台），采用单相电源，工作效率是人工打钎的五倍以上，可节省大量的人力物力及所需费用，有效缩短工期。 探机的市场前景 1）、一般建筑工程队自备 1满足承揽工程的需要； 2）、通过购买机器组成专业的钎探施工队，专门承揽钎探工程，这种模式将很有发展前途。 广大建筑单位可以购买自己使用，也可购买后自行办理出租业务。 小型建筑施工电动钎探机，包括底架、钎杆、电磁锤、锁钎器、起钎器、行走装置及相关电路。起钎器安装在行走装 置上，用连杆与行走装置连为一体，起钎器的中心穿入探杆，锁钎器可自由地锁住在钢钎的任何位置。锁钎器的上部托住电磁锤 基底钎探就是基础开挖达到设计承载力土层后，对基底下面检查是否存在墓穴、坑洞等现象，一般钎探采用 25 钢筋做成 基坑内部按照一定的距离（ 1米左右或者根据实际情况确定）依次钎探，具体方法：用锤子自由落下捶击钎子顶部，每个点自由落锤 30 次，然后记录捶击每次钎子沉入土中的深度，如果每次沉入度都比较正常数值悬殊不大，就说明基底比较正常。一般情况下，在基槽验收时，勘探单位会根据土质情况要 求做不做钎探。 钎探机是一种建筑钎探用的电动机械设备，它主要由电磁锤、控制器、锁钎器、拔钎器、小车及钢钎等组成。打击功恒定，能自动记录打锤次数，从设备上保证了钎探作业的准确性，可为设计施工提供可靠依据，也可用于评价地质承计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 3 钎探机工作过程和机械构造 工作过程 机械构造 放钎装置 锤钎装置 起钎装置 载力。它还具有灵活方便、操作简单、可减轻工人劳动强度、提高工作效率等优点，改变了钎探作业的落后状态。 探机工作过程和机械构造 作过程 一般的人工钎探有放钎、锤钎、起钎三个过程，相应的钎探机的主要构造有放钎装置、锤钎装置与起钎装置。此外，还有许多辅助的装置来 保证上述三项工 作的完成，主要包括控制器、限位开关等辅助装置。 钎探机具体的工作过程如下：用放钎器把探杆放置稳当，并与地面垂直，然后利用锤钎装置锤击探杆头部，锤入一定的深度，并记录锤击次数，最后利用起钎设备把探杆从地下拔起，完成一次钎探工作，然后移动放钎器到下一钎探点接着进行钎探。 械构造 钎探机的基本构造有放钎装置、锤钎装置与起钎装置。 所谓的底架，就是把探杆固定在与地面垂直的角度，便于锤钎装置锤击探杆，一般钎探机的放钎装置与行走机构合为一体，便于移动。 锤钎装置能够在一定锤击力 与一定的高度下完成锤钎工作，工作精确，效率高，能够很好的完成钎探工作。 常见的锤钎装置有液压式、机械式与电磁式。 在锤钎工作完成后，需用起钎装置把锤进地面的探杆拔起，常见的起钎装置按动力的不同，可分为液压起钎、机械起钎与人工起钎。液压起钎工作稳定，效率高，但结构复杂，成本较高。机械起钎与人工起钎一般利用杠杆原理，使用简计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 4 辅助装置 钎探的工艺标准 范围 施工准备 单的机械将探杆从地面拔起。 钎探机的辅助装置主要有控制器与移动机构，控制器主要控制电路的开关与保护，并准确的记录锤击次数。移动机构主要便于钎探机在钎探完毕时便于 向下一钎探点移动。 探的工艺标准 1 范围 本工艺标准适用于建筑物或构筑物的基础、坑（槽）底基上质量钎探检查。 2 施工准备 料及主要机具 ：一般中砂。 要机具： 工打钎：一般钢钎，用直径 22 25钢筋制成，钎头呈 60 度尖锥形状，钎长 8 10磅大锤。 械打钎：轻便触探器（北京地区规定必用）。 他：麻绳或铅丝、梯子（凳子）、手推车、撬棍（拔钢钎用）和钢卷尺等。 业条件： 土已挖至基坑（糟）底设计标高，表面应平整，轴线及坑（槽）宽、长均符合设计图纸要求。 据设计图纸绘制钎探孔位平面布置图。如设计无特殊规定时，可按表 1 执行。 计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 5 操作工艺 工艺流程 就位打钎 间施工时，应有足够的照明设施，并要合理地安排钎探顺序，防止错打或漏打。 3 操作工艺 艺流程 钎探孔位置平面布置图放线；孔位钉上小木桩或洒上白灰点。 位打钎 计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 6 质量标准 成品保护 应注意的质量问题 工打钎：将钎尖对准孔位，一人扶正钢钎，一人站在操作凳子上，用大锤 打钢钎的顶端；锤举高度一般为50 70钎垂直打入土层中。 械打钎：将触探杆尖对准孔位，再把穿心锤套在钎杆上，扶正钎杆，拉起穿心锤，使其自由下落，锤距为50触探杆垂直打入土层中。 录锤击数。钎杆每打人士层 30，记录一次锤击数。钎探深度如设计无规定时，一般按表 1行。 钎：用麻绳或铅丝将钎杆绑好，留出活套，套内插入橇棍或铁管，利用杠杆原理，将钎拨出。每拔出一段将绳套往下移一段，依此类推，直至完全拔出为止。 位：将钎杆或触探器搬到下一孔位 ，以便继续打钎。 砂：打完的钎孔，经过质量检查人员和有关工长检查孔深与记录无误后，即可进行灌砂。灌砂时，每填人 30右可用木棍或钢筋棒捣实一次。灌砂有两种形式，一种是每孔打完或几孔打完后及时灌砂；另一种是每天打完后，统一灌砂一次。 理记录：按钎孔顺序编号，将锤击数填人统一表格内。字迹要清楚，再经过打钎人员和技术员签字后归档。 、雨期施工： 土受雨后，不得进行钎探。 土在冬季钎探时，每打几孔后及时掀盖保温材料一次，不得大面积掀盖，以免基 土受冻。 4 质量标准 证项目： 钎探深度必须符合要求，锤击数记录准确，不得作假。 本项目 位基本准确，探孔不得遗漏。 孔灌砂应密实。 5 成品保护 探完成后，应作好标记，保护好钎孔，未经质量计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 7 质量记录 总体设计 概述 检查人员和有关工长复验，不得堵塞或灌砂。 6 应注意的质量问题 钢钎打不下去时，应请示有关工长或技术员：取消钎孔或移位打钎。不得不打，任意填写锤数。 录和平面布置图的探孔位置填错： 钎孔平面布置图上的钎孔与记录 表上的钎孔先行对照，有无错误。发现错误及时修改或补打。 记录表上用色铅笔或符号将不同的钎孔（锤击数的大小）分开。 钎孔平面布置图上，注明过硬或过软的孔号的位置，把枯井或坟墓等尺寸画上，以便设计勘察人员或有关部门验槽时分析处理。 7 质量记录 本工艺标准应具备以下质量记录： 工程地质勘察报告。 第 2 章 总体设计 述 总体设计是机械设计中极为关键的环节，它是对所设计计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 8 总的设计原则 设计任务 设计目的 的机械的总的设想，总体设计的成败，关系到整部机械的经济技术指标，直接决定 了机械设计的成败。 总体设计指导机构设计和部件设计的进行，一般由主任工程师（或总工程师）主持进行。在接受设计任务以后，应进行深入细致的调查研究，收集国内外同类机械的有关资料，了解其使用、生产、设计和科研情况，并进行分析和比较，制定总的设计原则，设计原则应当保证所设计机型符号有关的方针、政策，在满足使用要求的基础上，力求结构合理、技术先进、经济性好、寿命长。 总的设计原则： 化”：零件标准化、产品系列化、部件通用化。 新”：新技术、新结构、新材料、新工艺。 好”：好制造、 好使用、好维修。 制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。制定总则之后，便可以编制设计任务书，在调研的基础上，运用所学知识，从优选择总体方案，以确保设计的成功。 我的毕业设计是新型钎探机设计。由人力改为电力，减轻人的劳动强度 ,提高生产效率。 计任务 设计内容：本设计是原有钎探设备的替代产品。主要由探杆、电磁锤头、控制装置、探杆起拔装置组成。 设计要求：本设计要求结构合理，成本较低，满足工作性能，而且操作方便可靠。 计目的 1培养学生综合应用所学理论知识和技能，分析和解决机械工程实际问题的能力，熟悉生产技术工作的一般程序和方法。 计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 9 设计方案选择 方案一 方案二 2培养学生懂得工程技术工作所必须的全局观念、生产观念和经济观念，树立正确的设计思想和严肃认真的工作作风。 3培养学生调查研究，查阅技术言文献、资料、手册，进行工程计算、图样绘制及编写技术文件的能力。 计方案选择 原钎探为人力钎探，劳动强度大，工作效率低。我计划选用电力代替人力。 设计方案一：单相交流电动机通过链传动提升重锤高度，然后自由下落，锤击探杆。 1 电 动机 2 皮带 3 皮带轮 4 皮带 5 皮带轮与链轮 6 链条 7 拨叉 8 链轮 9 重锤 10 探杆 优点：设计简单明了，容易控制，工作可靠，自动化程度高，可采用自动起钎装置。 缺点：结构复杂，造价高，经济效益不好。 设计方案二：使用电磁锤锤击探杆。 。 计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 10 选择结果 设计题目分析及设计思想 设计主参数及机构类型确定 探杆长度的确定 1 探杆 2 电磁锤 3 锁钎器 优点：省去传动部件，结构简单，能源利用率高，工作效率高。 缺点：自动化程度低，需机械起钎。 经过比较，选择电磁锤为动力，考虑结构与经济性。 计题目分析及设计思想 目前工程中钎探主要是人工钎探与机械钎探。 人工钎探 存在费用高、速度慢、不标准、力量不均等诸多弊端，且多数工人往往应付了事，起不到应有的效果。逐渐的会被机械钎探代替。 机械钎探根据动力不同可分为机械式与电磁式。机械式的结构复杂，成本较高，但可实现自动化作业。电磁式的结构简单，成本低，需人工起钎。 本设计采用电磁式，向小型上发展，成本低，适合中小型工程的地基钎探。 计主参数及机构类型确定 杆长度的确定 探杆长度主要取决于探杆打入地下的长度，如果太长，影响工作 的稳定性，移动也不方便。探杆太短了，工作时数据就会不准确，影响钎探的质量，达不到钎探的目的。根据钎探的工艺标准，在打柱基需钎探 它地基时需钎探 取探杆长度为 合所有的地基钎探，也不会因太长影响工作的稳定性。 探杆长度为 L=径 =25料为算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 11 探杆直径与材料的确定 电磁锤头的质量 与提升高度 主要部件设计 电磁锤设计原理 杆直径与材料的确定 探杆的直径受电磁锤头打击力的影响，在保证探杆的压杆稳定的前提下，能够尽可能的减少与地面的摩擦力，采取合适的直径，按照钎探的工艺标准，一般选取直径为 25235的钢筋，一端切削成锥度为 60圆锥。 磁锤头的 质量与提升高度 电磁锤头质量是工作效率高低的主要依据之一，采用质量较大的电磁锤头，可以在同样的锤击此次数下达到较深的深度，但是电磁锤头质量过大，使电磁锤的设计复杂化，同样也增加整机的质量，有违轻便的目的，根据钎探的工艺标准，一般使设计的电磁锤头为 7 10设计选择为 10 电磁锤头提升高度可以根据锤头的质量选择合适的高度，如选用的锤头质量大，可选择较小的高度，反之亦然。本设计选择高度为 中间值。 第 3 章 主要部件设计 磁锤设计 磁锤设计原理 本设计动力为 电磁式，目前市场上还没有比较合适的电磁锤，因此需自行设计制造电磁锤。 电磁锤实际上就是一个直线电机。 直线电机是一种将电能直接转换成直线运动机械能，而不需要任何中间转换机构的传动装置。它可以看成是一台旋转电机按径向剖开，并锤头质量为 10升高度为 算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 12 展成平面而成，如图所示。 图 线电机的转变过程 由定子演变而来的一侧称为初级，由转子演变而来的一侧称为次级。在实际应用时，将初级和次级制造成不同的长度，以保证在所需行程范围内初级与次级之间的耦合保持不变。直线电机可以是短初级长次级，也可以是长初级短次级。考虑到制造成本、运行费用，目前一般均采用短初级长次级。 直线电动机的工作原理与旋转电动机相似。以直线感应电动机为例：当初级绕组通入交流电源时，便在气隙中产生行波磁场，次级在行波磁场切割下，将感应出电动势并产生电流，该电流与气隙中的磁场相作用就产生电磁推力。如果初级固定，则次级在推力作用下做直线运动；反之，则初级做直线运动。 直线电机的优点是：结构简单。反应速度快，灵敏度高，随动性好。容易密封，不怕污染，适应性强 (由于直线电机本身结构简单，又可做到无接触运行，因此容易密封，各部件用尼龙浸渍后，采用环氧树脂加以 涂封，这样它就不怕风吹雨打，或有毒气体和化学药品的侵蚀，在核辐射和液体物质中也能应用 )。工作稳定可靠寿命长 (直线电机是一种直接传动的特种电机，可实现无接触传递力，没有什么机械损耗，故障少，几乎不需要维修，又不怕振动和冲击 )。额定值高 (直线电机冷却条件好，特别是长次级接近常温状态，因此线负荷和电流密度可以取得很高 )。有精密定位和自锁的能力 (和计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 13 电磁锤外壳与线圈设计 直线电机的分类 扁平型直线电机 控制系统相配合，可做到 位移精度和自锁能力 )。 直线电机优点众多，一般使用在精确定位、噪音小、污染小的场合，因此，市场上生产的直线电机功率都比较小，且成本也 较高，主要用在机械手、电动门、加速器、金属分离器、帘幕驱动等位置精度高，噪音污染小的场合，像钎探用的直线电机目前没有太符合要求的，因此需根据直线电机的原理，自行设计制造直线电机。 磁锤线圈与内部构造设计 直线电机的分类。 直线电机按其结构型式主要可分为扁平型、圆筒型 (或管型 )、圆盘型和圆弧型四种。 所谓扁平型直线电机，顾名思义，即为一种扁平的矩形结构的直线电机，它有单边型和双边型之分，分别如图 示。每种型式下又分别有短初级长次级或长初级短次级。 计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 14 圆筒型直线电机 所谓圆筒型直线电机，即为一种外形如旋转电机的圆柱形的直线电机，它的演变过程如图 种直线电机一般均为短切级长次级型式。在需要的场合，我们还将这种电机做成既有旋转运动又有直线运动的旋转直线电机，至于旋转直线的运动体既可以是初级，也可以是次级。 所谓圆盘型直线电机，即该电机的次组是一个圆盘，不同型式的次级驱动圆盘次级做圆周运动，如图 初级可以是单边型也可以是双边型。直线圆盘电机虽然也做计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 15 圆盘型直线电机 圆弧型电机 圆筒型直旋转运动，但它与普通旋转电机相比，具有如下 些优点： (1)力矩 与旋转速度可以通过多台初级组合的方式或通过初级在圆盘上的径向位置来调节。 (2)无需通过齿轮减速箱就能得到较低的转速，因而电机噪声和振动很小。 所谓圆弧型电机，如图 示，它的运动型式是旋转运动，且与普通旋转电机非常接近，然而它与旋转电机相比也是具有如圆盘型直线电机那样的优点，圆弧型与圆盘型的主要区别，在于次级的型式和初级对次级的驱动点有所不同。 经过几种形式的比较，本设计选择了圆筒形直线电机来做为电磁锤的设计。 圆筒型直线电机的结构 圆筒型直线电机的结构形式也比较多，目前应用较多的有一般圆筒型直线 电机与窗式叠片处级圆筒型直线电机。如下图所示： 选择 圆筒形直线电机 计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 16 线电机的结构 对于图 初级铁心由硅钢片加工成具有凹槽的若干圆环组成，初级绕组内导线组成饼式 (即圆环式 )，装配时将初级圆环铁心与饼式绕组交替叠放，次级采用低碳高磁铁管，为了提高单位体积产生的推力，往往又在铁管外覆盖一层 1 2的铜皮或铝皮，或者在铁管上钳制铜环或浇铸铝环，成为复合磁极。 对于这种形式的圆筒型直线感应电动机，整个饼式线圈都是有效边，因此，圆筒型电机不存在绕组端部，同理，它的次级绕组也不存在绕组端部，这就提高了绕组的 利用率，这是圆筒型电机的优点。其次，圆筒型电机中一个饼式线圈的作用相当于扁平型电机单层绕组一条有效边 (即半个线圈 )的作用因此在设计计算时必须把饼式线圈的匝数作为每计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 17 直线 电机特性计算 推力的计算 推力计算公式 式中各项意思 槽导体数处理。由于圆筒型电机不存在绕组端部，因此也就不存在横向边端效应。 直线电机特性计算 推力的计算 在不考虑边端效应的情况下，圆筒型直线感应电动机的推力 () 22212 1 1 /s s G参考书目 17 式中各项意思 次级表面电阻 ， t ； 次级电阻率 ； t 次级壁厚 初级表面电流 A ， 2/I N 线圈匝数； 初级电流 A ； 极距 m ； A 电机作用面积 2m ， A l L ； l 筒型次级圆周长 m ； L 筒型初级轴向长 m ； 同步速度 / s 转差率； G 品质因数； 式中各项数据的计算 为次级电阻率，设计次级材料为铁，查表 1得铁的 81 0 1 0 m ， 10s t 为次级壁厚，设计电磁锤头为空心钢管，锤头内径15径 2D=65 次级壁厚 t=（2 10 810 m 10s 计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 18 式中各项数据的计算 8531 0 1 0 1 . 4 2 1 07 1 0t 公式 2/I 计算，其中N=7200， = 2 2 201 2k m D k p其中c 为铜的电阻率 81 . 7 1 0c m q 电机每相槽数 q=2 m 电机相数 m=1 0D 圆盘形电机初级绕组平均直径0D= 初级绕组每相砸数 N=1000 槽满率.8 sw/sb，0mm 0mm sh/sb，0 2 201 2k m D k p= 8 2 2 223 . 1 4 1 . 7 1 0 1 0 . 5 1 0 . 0 6 1 0 0 00 . 8 1 6 0 . 0 2 6 = 为极距，当为两相、多个线圈时 ，取与两个线圈相匹配的值，但是，由于外壳（铁）是磁通的去路和回路，所以等于定子长度，本设计选取极距 =26 A 为电机作用面积，有公式 A l L 计算，其中 l 筒型次级圆周长， l=2D=L 为筒型初级轴向长为 20 . 2 1 0 . 1 7 0 . 0 3 5 7A l L m 长度l=径1D= 35径2D= 54 =05 05 =26 =s 计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 19 锁钎器设计 锁钎器工作原理 2 2 2 6 5 0 2 . 6 /sv f m s s 为转差率，取 s = 为品质因数，有图 = 5 2 7221 1 . 4 2 1 0 0 . 0 3 5 7 1 0 5 . 8 1 1 02 2 . 6 0 . 8 1 1 / 0 . 8 1 . 2 =354N 电磁锤头质量小于 354N，所以电磁锤设计合理，能够满足作业需要。 钎器设计 钎器工作原理 锁钎器是利用机械的自锁原理，能够把电磁锤轻松的固定在探杆的任何一个位置，便于锤钎工作。 锁钎器工作原理是机械的自锁原理，有些机械，就其结构情况分析，只要加上足够大的驱动力，按常理就应该能够沿着有效驱动力作用的方向运动，而实际上由于摩擦的存在，却会出现无论这个驱动力如何增大， 也无法使它运动的现象，这种现象就叫做机械的自锁。 自锁现象在机械工程中具有十分重要的意义。一方面，当我们设计机械时，为了使机械能够实现预期的运动，当然必须避免该机械在所需的运动方向发生自锁；另一方面，有s =1.2 54N 计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 20 自锁的原理 平面自锁的条件 些机械的工作又需要具有自锁的特性，例如手摇螺旋千斤顶，当转动手把将物体举起后，应保证不论物体的重量多大，都不能使驱动螺母反转，致使物体自行降落下来，这就是要求在物体重力下，必须具有自锁性 自锁的原理 首先研究一下运动平面的摩擦问题：如图 示，在滑块上有一个与竖直方向成 角的推力 F。据力的分解原理，可将推力 co 所以 s i nc o st n F 而阻止滑块运动的摩擦力 mF 中 f 为接触面间的滑动摩擦系数， 与向相反。法向压力 N 与摩擦力， 之间夹角 可由下式决定 或 1tg f 式中 称为摩擦角，这样，将入上式，可得： m n nF fN 可见，欲使滑块移动，必须使果 则得： tg 由此可知，当 时，滑块是不会移动的，要想使滑块移动，推力 必须大于摩擦角 。若 ，即推力 F 的倾斜角小于摩擦角时，无论推力 F 多大，滑块都不会移动，这种现象叫做自锁，使滑块产生自锁的条件叫自锁条件。其自锁条件为 。 自锁条件 为 计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 21 斜面的自锁条件 再分析一下斜面的自锁条件：在图 块放置在倾斜角为 的斜面上，滑块与斜面间的摩擦系数为 f 。垂直载荷 在分别讨论这个滑块的受力情况。 滑块沿斜面上升时： 滑块在推力斜面以速度 v 匀速上升时， 在滑块面上有一个总反力 力的平衡原理， 可得一个封闭的力三角形（见图 b），则推力为 () 滑块沿斜面下滑时： 大家知道，当斜面倾斜角 足够大时，放在斜面上的重物就会自动下滑。如果减小斜面倾斜角 ，滑块下滑就逐渐困难；当倾斜角减到一定值后，滑块也就不再下滑了，这时无论作用在滑块的垂直载荷 都不会自动下滑了 在图 ，当滑块匀速下滑时，垂直载荷 F 变为推动力。而力 工作阻力。而滑块下滑时的总压力为 R。由封闭三角形可得： 计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 22 对自锁装置的要求 () 力 时，防止滑块下滑应作用于滑块上的水平力。 如上所述，当角 很小时，滑块就不会自动下滑，欲使其下滑，则必须施加一个与力 就把水平力 制系统设计 控制系统主要作用是控制钎探机的开关与电路保护。 电磁锤通电时，锤身在电磁推力的作用下向上运动，当锤身底座与锤心上部底座碰撞时，控制系统需断电，此时，锤身在重力作用下自由落下锤 击锁钎器，同时电磁锤需在通电，重复上一次动作。 为了实现以上动作，需使用限位开关， 限位开关就是用以限定机械设备的运动极限位置的电气开关。这种开关有接触式的和非接触式的。接触式的比较直观，机械设备的运动部件上，安装上行程开关，与其相对运动的固定点上安装极限位置的挡块，或者是相反安装位置。当行程开关的机械触头碰上挡块时，切断了（或改变了）控制电路，机械就停止运行或改变运行。由于机械的惯性运动，这种行程开关有一定的 “ 超行程 ” 以保护开关不受损坏。 接触式的限位开关比较直观，且对环境要求不高，因此选择 接触式限位开关。在锤心上部底座处装一限位开关，当锤身底座碰到锤心上部底座的限位开关时，控制系统断电。另在锤身底部装一限位开关，当限位开关碰到锁钎器时，限位开关工作，控制系统给电磁锤供电，锤身在电磁推力作用下向上运动，完成一次钎探作业。此外，限位开关还具有保护作用，锁钎器带着探杆向下运动，当锁钎器底部与钎探机底架接触时，如此时钎探机继续工作，电磁锤锤击锁钎器，却带动底架向下运动，如不停止运动，容易损坏底架，因此需安装限位开关起到保护作用。 计算书 设计题目：新型电动钎探机设计 设计项目 计算与说明 结果 36 钎探
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