打桩机箱体结构部件设计【6张图纸】【Word说明书+CAD图全套设计】
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目 录
摘 要1
第1章 绪论3
1.1国内外旋挖打桩机的发展现状3
1.1.1旋挖打桩机机的简介3
1.1.2国内外旋挖打桩机的发展现状5
旋挖打桩机的发展史5
国外旋挖打桩机的现状5
国内旋挖打桩机的现状6
1.2本课题的意义及研究内容6
1.2.1本课题的意义6
1.3论文主要内容7
第2章 旋挖打桩机的工作原理及施工工艺8
2.1旋挖打桩机的主要构成10
2.2旋挖打桩机的工作原理11
第3章旋挖打桩机动力头系统11
3.1旋挖打桩机动力头系统的简介11
3.1.1旋挖打桩机动力头系统的构成11
3.1.2旋挖打桩机动力头系统的工作原理工作原理11
3.2旋挖打桩机动力头系统主参数设计12
第四章 旋挖打桩机动力头结构组成14
4.1动力头结构组成14
4.2旋挖打桩机动力头箱体内部结构15
4.3旋挖打桩机动力头箱体内部结构设计17
4.3.1动力头箱体齿轮设计17
齿轮模数17
4.4变速器齿轮的的校核21
4.5 变速器轴的校核22
4.5.1．轴的工艺要求22
4.5.2．计算齿轮的受力，选择一档受力分析，进行轴的刚度和强度校核。22
4.5.3 轴的刚度计算23
参考文献25
致谢26
摘 要
近年来,我国旋挖打桩机取得了较快发展"但是相较于旋挖打桩机在国外几十年的发展历史,国内旋挖钻机在关键部件和核心技术方面跟国外相比还有一定的差距,我国旋挖打桩机的发展还任重道远。
本文所研究的动力头作为旋挖打桩机主机的重要子项,一直是主机研究的关键部件"其性能好坏直接影响钻机整机的工作效率"打桩机的发展在国外己经有数十年的历史,动力头的发展己具备优越的性能!独特的技术和全新的设计概念"目前国内动力头的开发能满足旋挖打桩机基本的施工作业,但可靠性和功能扩展方面还需进一步发展。
目前还很难检索到有关旋挖打桩机动力头系统设计开发的相关文献,国内外均无文献可参考和借用"因此,本课题对动力头系统的分析和研究,作为旋挖打桩机开发项目中的重要的子项,希望会给旋挖打桩机的产品开发带来一定的借鉴作用。
关键词：旋挖打桩机,动力头,传动方式，打桩机，减速器
- 内容简介：
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湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题 目：打桩机箱体结构部件设计 学 院： 兴湘学院 专 业： 机械设计制造及其自动化 学 号： 2010963007 姓 名： 陈志远 指导教师： 吴继春 完成日期： 2014 年 6月 湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）任务书论文（设计）题目： 打桩机机箱体结构部件设计 学号： 2010963007 姓名： 陈志远 专业：机械设计制造及其自动化 指导教师： 吴继春 系主任： 刘柏希 一、主要内容及基本要求(1)分析打桩机工作原理和技术要求及其构思方案。 (2)完成打桩机传动系统的设计、机构设计和结构设计。主要零部件的受力分析和强度计算。绘制所设计方案的机构运动简图；绘制打桩机的装配图及主要的零件图。要求图纸工作量 2张 A0图纸(AutoCAD 绘图)。 (3)设计说明书一份，电子文档一份。 (4)英文文献翻译（含原文） 。要求：原文 5000个单词以上，中文翻译要求通顺。 二、重点研究的问题（1）旋挖打桩机总体方案设计。（2）旋挖打桩机传动系统的设计。 （3）主执行机构设计及其结构设计。 三、进度安排序号 各阶段完成的内容 完成时间1 收集资料、查询相关文献 2014年 1月 18日2 月 22日2掌握旋挖打桩机的工作原理和技术要求，进行方案构思与设计2014年 2月 23日 3 月 8日3 完成传动系统及机构设计和主要零件设计计算 2014年 3月 9日 3 月 31日4 绘制装配图和零件图草图 2014年 4月 1日5 月 2日5 完成装配图和零件图的设计 2014年 5月 3日5 月 15日6 撰写毕业设计说明书及英文文献翻译 2014年 5月 16日 5 月 26日7 交毕业设计说明书，准备答辩 2014年 5月 27 日 5 月 28日四、应收集的资料及主要参考文献1 韩金亭.大口径旋挖打 桩 机在桩基施工中的技术优势J.西部探矿工程，2002，3: 85862 郭玉文.旋挖打 桩 机在北京城市铁路高架桥桩基施工中的应用J.铁道建筑技术，2001，12:8103 李世京.对国产旋挖打 桩 机研制选型的几点意见J.探矿工程，1996，1：38524 国内外螺旋打 桩 机的发展概况J.工程机械与维修，2000，9：30325 周红军.我国旋挖打 桩 进技术及设备的应用与发展J.探矿工程，2003，2:11176 吴允成.旋挖打 桩 斗结构的探讨J.探矿工程，2000，2:28317 郭玉文.旋挖打 桩 机在北京城市铁路高架桥桩基施工中的应用J.铁道建筑技术，2001，12:8 郑效功，柳东辉，姜英民，包长林.旋挖打 桩 机在施工中的推广与应用J.黑龙江交通科技，2000，2：819 阎逢君，谢鹏胜.无循环旋挖打 桩 机操作规程的优化J. 探矿工程，1999，4：1310 吴时明.旋挖打 桩 机一种先进的桥梁基础桩施工设备J.工程机械，2002，5：121411 王平，赵永生，赵政.旋挖打 桩 机选型及其在成孔施工中存在问题的探讨J.探矿工程，2001，4:182012 侯再民.旋挖打 桩 机卡打 桩 原因及其对策J.探矿工程，2001，1:131413 郭 传 新 , 马 建 中 , 马 鸿 忠 . 中 国 桩 工 机 械 概 况 J. 建 筑 机械,2002,10:5914 李国平.BRM-4 型打 桩 机打 桩 杆发生断裂原因的分析及防止J.建筑机械 2001,2:454715 何铭新,钱可强.机械制图M.北京:高等教育出版社,2004.16 潘子健,朱玉祥.计算机三维建模在教学中的应用J.吉林大学社会科学学报,2003,增刊,210-213.17 尤春风. CATIA V5 机械设计M.北京:清华大学出版社,2003.湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）评阅表学号 2010963007 姓名 陈志远 专业 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计）题目： 打桩机箱体结构部件设计 评价项目 评 价 内 容选题1.是否符合培养目标，体现学科、专业特点和教学计划的基本要求，达到综合训练的目的；2.难度、份量是否适当；3.是否与生产、科研、社会等实际相结合。能力1.是否有查阅文献、综合归纳资料的能力；2.是否有综合运用知识的能力；3.是否具备研究方案的设计能力、研究方法和手段的运用能力；4.是否具备一定的外文与计算机应用能力；5.工科是否有经济分析能力。论文（设计）质量1.立论是否正确，论述是否充分，结构是否严谨合理；实验是否正确，设计、计算、分析处理是否科学；技术用语是否准确，符号是否统一，图表图纸是否完备、整洁、正确，引文是否规范；2.文字是否通顺，有无观点提炼，综合概括能力如何；3.有无理论价值或实际应用价值，有无创新之处。综合评价该同学所完成的打桩机箱体结构部件的结构设计 基本原理正确，传动系统设计合理。毕业设计说明书的论述合理，设计计算方法正确，格式符合要求。所绘制的装配图与零件图错误较少，基本达到工程图的要求。该同学具备了一定的专业理论的综合运用能力，正确制定设计方案和解决问题的能力，工程能力，设计能力，计算机制图，及外语能力，具备了工程师的基本素质。整个毕业设计工作体现了学科教学计划的基本要求，所完成的工作达到了本科毕业设计要求，推荐成绩为“及格” ，可参与答辩。评阅人： 2010年 5月 日湘潭大学兴湘学院毕业论文（设计）鉴定意见学号： 2010963007 姓名： 陈志远 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 30 页 图 表 6 张论文（设计）题目旋挖打桩机箱体结构设计内容提要：近年来,我国旋挖打桩机取得了较快发展但是相较于旋挖钻机在国外几十年的发展历史,国内旋挖打桩机在关键部件和核心技术方面跟国外相比还有一定的差距,我国旋挖打桩机的发展还任重道远。本文所研究的动力头作为旋挖打桩机主机的重要子项,一直是主机研究的关键部件其性能好坏直接影响打桩机整机的工作效率打桩机的发展在国外己经有数十年的历史,动力头的发展己具备优越的性能!独特的技术和全新的设计概念目前国内动力头的开发能满足旋挖打桩机基本的施工作业,但可靠性和功能扩展方面还需进一步发展。目前还很难检索到有关旋挖打桩机动力头系统设计开发的相关文献,国内外均无文献可参考和借用。因此,本课题对动力头系统的分析和研究,作为旋挖打桩机开发项目中的重要的子项,希望会给旋挖打桩机的产品开发带来一定的借鉴作用。指导教师评语该同学所完成的打桩机箱体结构部件的结构设计 基本原理正确，传动系统设计合理。毕业设计说明书的论述合理，设计计算方法正确，格式符合要求。所绘制的装配图与零件图错误较少，基本达到工程图的要求。该同学具备了一定的专业理论的综合运用能力，正确制定设计方案和解决问题的能力，工程能力，设计能力，计算机制图，及外语能力，具备了工程师的基本素质。整个毕业设计工作体现了学科教学计划的基本要求，所完成的工作达到了本科毕业设计要求，推荐成绩为“及格” ，可参与答辩。指导教师： 2014 年 月 日 答辩简要情况及评语答辩小组组长： 2014 年 月 日答辩委员会意见答辩委员会主任 2014 年 6 月 日目 录摘 要 .1第 1章 绪论 .31.1国内外旋挖打桩机的发展现状 .31.1.1旋挖打桩机机的简介 .31.1.2国内外旋挖打桩机的发展现状 .51.1.2.1旋挖打桩机的发展史 .51.1.2.2国外旋挖打桩机的现状 .51.1.2.3国内旋挖打桩机的现状 .61.2本课题的意义及研究内容 .61.2.1本课题的意义 .61.3论文主要内容 .7第 2章 旋挖打桩机的工作原理及施工工艺 .82.1旋挖打桩机的主要构成 .102.2旋挖打桩机的工作原理 .11第 3章旋挖打桩机动力头系统 .113.1旋挖打桩机动力头系统的简介 .113.1.1旋挖打桩机动力头系统的构成 .113.1.2旋挖打桩机动力头系统的工作原理工作原理 .113.2旋挖打桩机动力头系统主参数设计 .12第四章 旋挖打桩机动力头结构组成 .144.1动力头结构组成 .144.2旋挖打桩机动力头箱体内部结构 .154.3旋挖打桩机动力头箱体内部结构设计 .174.3.1动力头箱体齿轮设计 .174.3.1.1齿轮模数 .174.4变速器齿轮的的校核 .214.5 变速器轴的校核 .224.5.1轴的工艺要求 .224.5.2计算齿轮的受力，选择一档受力分析，进行轴的刚度和强度校核。.224.5.3 轴的刚度计算 .23参考文献 .25致谢 .260摘 要近年来,我国旋挖打桩机取得了较快发展但是相较于旋挖打桩机在国外几十年的发展历史,国内旋挖钻机在关键部件和核心技术方面跟国外相比还有一定的差距,我国旋挖打桩机的发展还任重道远。本文所研究的动力头作为旋挖打桩机主机的重要子项,一直是主机研究的关键部件其性能好坏直接影响钻机整机的工作效率打桩机的发展在国外己经有数十年的历史,动力头的发展己具备优越的性能!独特的技术和全新的设计概念目前国内动力头的开发能满足旋挖打桩机基本的施工作业,但可靠性和功能扩展方面还需进一步发展。目前还很难检索到有关旋挖打桩机动力头系统设计开发的相关文献,国内外均无文献可参考和借用因此, 本课题对动力头系统的分析和研究,作为旋挖打桩机开发项目中的重要的子项,希望会给旋挖打桩机的产品开发带来一定的借鉴作用。 关键词：旋挖打桩机,动力头,传动方式，打桩机，减速器1AbstractIn recent years, the rotary digging pile driver has obtained the fast development of our country but compared with rotary digging pile driver in a foreign country for decades, the development history of domestic rotating drill in key components and core technology, there is still a gap compared with abroad, the development of rotary digging pile driver in China is still a long way to go.This paper studied the power head as an important item of the rotary digging pile driver host, has been the key components of the host research the performance is good or not directly affect drilling efficiency the development of the driver in a foreign country has several ten years of history, the development of the power head has a superior performance!Unique technology and new design concept of the development of the current domestic power head can meet the construction work of rotary digging pile driver basic reliability and function extension but still need further development.It is difficult to retrieve the rotary digging pile driver power head system design and development of related literature, no literature at home and abroad and use for reference , therefore, this topic for power system analysis and research, as important item in the rotary digging pile driver development projects, hope will bring the rotary digging pile driver product development as a reference.Keywords: rotary digging pile driver, power head, drive way, the driver, the speed reducer 2第 1章 绪论1.1国内外旋挖打桩机的发展现状1.1.1旋挖打桩机的简介旋 挖 打 桩 建 筑 基 础 工 程 中 成 孔 作 业 理 想 的 施 工 机 械 ,具 有 较 大 输 出 扭 矩 !较高 施 工 效 率 的 优 点 ,且 兼 有 污 染 少 、 环 保 好 、 多 功 能 等 特 点 。 我 国 地 域 辽 阔 ,土壤 地 质 复 杂 多 变 ,在 工 程 施 工 中 旋 挖 打 桩 根 据 不 同 的 地 质 条 件 选 择 不 同 类 型 的钻 具 ,施 工 适 应 性 强 ,目 前 已 成 为 工 程 机 械 行 业 的 热 门 产 品 。 未 来 几 年 ,我 国将 投 入 巨 额 资 金 进 行 基 础 设 施 和 城 市 公 共 设 施 的 建 设 ,包 括 高 速 铁 路 、 城 际公 路 、 电 力 、 城 市 地 铁 等 的 建 设 ,因 此 旋 挖 打 桩 机 的 发 展 具 备 较 好 的 宏 观 经 济环 境 ,具 有 较 大 的 发 展 空 间 。旋 挖 打 桩 机 是 桩 基 础 施 工 的 高 效 成 孔 设 备 ,施 工 时 利 用 动 力 驱 动 系 统 来驱 动 打 桩 杆 和 打 桩 头 回 转 挖 土 ,打 桩 进 压 力 为 液 压 油 缸 提 供 的 加 压 力 ,打 桩 头进 尺 装 满 土 石 后 由 主 卷 扬 提 升 ,回 转 抛 土 ,同 时 泥 浆 进 入 保 护 孔 壁 。 循 环 作 业成 孔 达 到 施 工 要 求 。与 其 他 打 桩 孔 机 械 比 较 ,其 施 工 具 有 以 下 几 个 优 点 :(1)作 业 速 度 快 ,成 孔 质 量 高 。 旋 挖 打 桩 机 输 出 扭 矩 大 且 具 有 扭 矩 自 适 应 功 能 ,可 根 据 地 质 情 况 自 动 调 整 输 出 扭 矩 ,工 作 效 率 高 而 且 施 工 时 钻 头 直 接 从 孔 内挖 土 提 升 ,而 循 环 打 桩 机 则 是 由 打 桩 头 切 削 !泥 浆 循 环 排 渣 。 因 此 省 工 省 时 ,打 桩 进 速 快 。 一 般 情 况 下 ,在 土 层 、 砂 层 的 打 桩 进 速 度 可 达 10In 几 1,在 粘土 层 可 达 4 一 6m/h,是 普 通 回 转 钻 进 的 3 一 5 倍 ,甚 至 更 高 ； 而 且 旋 挖 打 桩 机钻 进 时 对 地 层 扰 动 小 ,孔 壁 泥 皮 薄 ,形 成 的 孔 壁 为 粗 糙 型 ， 有 利 于 增 加 桩 侧 摩阻 力 ,保 证 桩 基 设 计 承 载 力 。 由 于 旋 挖 打 桩 特 有 的 施 工 方 法 ,使 成 孔 底 部 沉 渣少 ,清 孔 容 易 ,成 孔 质 量 高 。(2)施 工 污 染 少 ,环 境 保 护 较 好 。 旋 挖 打 桩 机 使 用 打 桩 头 直 接 旋 挖 取 土 ,然 后通 过 伸 缩 打 桩 杆 将 钻 头 提 出 孔 外 高 速 回 转 抛 上 。 所 挖 泥 土 和 石 渣 可 及 时 清 理 运走 ,施 工 现 场 干 净 。 而 循 环 打 桩 机 的 工 作 原 理 则 是 由 打 桩 头 对 地 层 进 行 切 削 ,通过 正 反 循 环不 同 的 方 式 抽 送 泥 浆 ,利 用 泥 浆 将 孔 底 的 泥 土 或 切 削 石 渣 携 带 上 来 并 排 放 到 地面 的 泥 浆 池 内 ,循 环 往 复 ,施 工 现 场 泥 浆 横 流 ,污 染 严 重 。 旋 挖 打 桩 机 施 工 中也 使 用 泥 浆 ,但 泥 浆 的 作 用 是 用 来 护 孔 壁 ,施 工 现 场 基 本 无 泥 浆 污 染 ,且 泥 浆3经 过 处 理 可 以 多 次 反 复 利 用 。(3)行 走 方 便 、 移 位 快 捷 。 旋 挖 打 桩 机 底 盘 装 有 两 条 行 驶 履 带 及 其 驱 动 机 构 ,无需 借 助 其 它 工 程 机 械 可 以 自 行 行 走 ,而 传 统 打 桩 机 由 于 本 身 无 行 走 机 构 ,往 往需 要 借 助 吊 车 等 工 程 机 械 才 可 实 现 移 位 。 同 时 旋 挖 打 桩 机 施 工 对 孔 时 ,利 用先 进 可 靠 的 电 、 液 控 制 ,定 位 精 确 。 方 便 可 靠 而 传 统 打 桩 机 没 有 先 进 的 定 位控 制 装 置 ,对 孔 进 行 定 位 时 只 能 依 靠 目 测 和 经 验 确 定 ,定 位 精 确 度 不 高 。(4)适 应 地 层 广 泛 。 我 国 地 层 复 杂 ,南 北 地 区 地 质 条 件 相 差 较 大 ,南 方 多 石 ,且 硬 度 不 一 ,北 方 多 土 ,且 土 层 变 化 多 样 。 旋 挖 打 桩 机 可 以 通 过 更 换 适 应 不 同地 层 的 打 桩 头 进 行 不 同 地 质 的 施 工 ,甚 至 可 以 进 行 坚 硬 岩 层 的 施 工 ,地 层 适 应性 较 强 。(5)一 机 多 功 能 。 多 功 能 旋 挖 打 桩 机 在 普 通 旋 挖 打 桩 机 上 通 过 简 单 的 装 拆 可 实现 多 种 桩 工 机 械 的 施 工 ,例 如 更 换 长 螺 旋 打 桩 头 及 对 动 力 头 进 行 简 单 改 动 ,可 实 现 长 螺 旋 打 桩 机 的 施 工 ;通 过 更 换 臂 架 及 工 作 装 置 ,可 实 现 连 续 墙 抓 斗 的施 工 ;通 过 悬 挂 振 动 锤 可 实 现 振 动 桩 施 工 。 更 换 简 单 ,施 工 效 率 高 ,适 应 范 围广 ,用 户 购 买 一 台 旋 挖 打 桩 机 ,即 可 实 现 多 台 工 程 机 械 施 工 的 目 的 ,可 为 用 户节 省 大 量 资 金 。(6)电 、 液 控 制 ， 先 进 可 靠 。 为 提 高 旋 挖 打 桩 机 的 自 动 化 程 度 ,旋 挖 打 桩 机 的生 产 均 采 用 先 进 的 电 !液 控 制 ,整 机 定 位 为 全 液 压 打 桩 机 ,各 项 作 业 均 采 用 相应 的 液 压 系 统 和 电 气 控 制 ,先 进 可 靠 。 为 了 提 高 旋 挖 打 桩 机 的 可 靠 性 和 使 用 寿命 ,旋 挖 钻 机 关 键 的 液 压 元 件 和 电 气 元 件 均 选 用 进 口 件 ,如 德 国 的 力 士 乐 液 压系 统 、 日 本 的 电 控 系 统 等 ,使 用 后 可 延 长 旋 挖 钻 机 的 整 体 使 用 寿 命 ,不 致 于 因个 别 零 件 的 损 坏 而 影 响 旋 挖 钻 机 的 施 工 。1.1.2国内外旋挖打桩发展现状1.1.2.1旋挖打桩机发展史打 桩 机 最 初 开 发 成 功 的 是 螺 旋 打 桩 孔 机 ， 时 间 大 约 在 1940 年 。 然后 回 转 斗 式 打 桩 机 在 美 国 率 先 研 制 成 功 。 前 苏 联 及 欧 洲 其 他 国 家 也 陆 续 开 发 和使 用 打 桩 机 ， 法 国 洛 特 (BENOTO)于 五 十 年 代 初 期 首 先 研 制 开 发 了 全 套 管 打 桩孔 机 7 呀 8。 随 后 ， 德 国 、 日 本 等 相 继 研 制 出 这 种 机 型 并 获 得 全 面 发 展 。BAUER 公 司 生 产 的 BG 系 列 、 IMT 生 产 的 AF 系 列 、 SOILMEC 公 司 生 产 的 R 系列 、 CMV 公 司 的 TH 系 列 、 LIEBHERR 生 产 的 LRB 系 列 等 产 品 性 能 优 越 、 技 术4先 进 ， 处 于 世 界 领 先 位 置 。 随 着 先 进 的 电 液 控 制 技 术 的 发 展 与 在 工 程 机 械 上 的成 功 使 用 ， 打 桩 机 的 功 能 进 一 步 加 强 ， 施 工 效 率 也 大 为 提 高 ， 产 品 的 竞 争 力 日益 提 升 。我 国 是 从 日 本 引 进 的 打 桩 机 部 分 工 作 装 置 ， 配 装 在 履 带 起 重 机 上 形 成 最 初的 旋 挖 打 桩 机 ； 然 后 美 国 RDI 公 司 的 旋 挖 打 桩 机 被 天 津 探 矿 机 械 厂 引 进 并 消化 吸 收 ； 1987 年 意 大 利 SOILMEC 公 司 产 品 首 次 在 北 京 展 览 馆 展 出 ； 随 后 履 带起 重 机 附 着 式 旋 挖 打 桩 机 根 据 土 力 公 司 的 样 机 在 我 国 试 制 成 功 ， 但 没 有 形 成 批量 生 产 。 德 国 宝 峨 公 司 从 1995 年 在 中 国 陆 续 成 立 了 独 资 子 公 司 宝 峨 天 津 机 械工 程 有 限 公 司 和 中 德 合 资 上 海 宝 峨 金 泰 工 程 机 械 股 份 有 限 公 司 ， 开 始 生 产BG20、 BG15、 BG24 型 旋 挖 打 桩 机 、 别 。 1998 年 ， 徐 州 工 程 机 械 集 团 有 限 公司 自 主 研 发 成 功 RD18 旋 挖 打 桩 机 ， 并 于 1999 年 试 制 成 功 后 进 行 了 批 量 生 产 ，并 逐 渐 形 成 系 列 化 产 品 。 我 国 旋 挖 打 桩 机 以 此 为 标 志 ， 从 此 打 开 了 自 主 研 发 和快 速 发 展 的 新 局 面 。 北 京 经 纬 巨 力 、 三 一 重 工 等 企 业 陆 续 加 入 旋 挖 钻 机 的 研 发 、生 产 和 市 场 竞 争 当 中 ， 对 我 国 旋 挖 打 桩 机 的 发 展 起 到 了 积 极 的 推 动 和 促 进 作 用 。1.1.2.2国外旋挖打桩机的现状目 前 国 外 旋 挖 打 桩 机 的 生 产 制 造 商 主 要 有 宝 峨 、 意 马 、 麦 特 、 卡 萨 格 兰第 、 土 力 等 ， 各 公 司 已 具 有 自 己 独 特 的 产 品 特 性 ， 产 品 均 已 实 现 系 列 化 ， 而 且具 有 多 项 扩 展 功 能 。 国 外 打 桩 机 在 打 桩 孔 直 径 和 打 桩 孔 深 度 方 面 有 较 大 优 势 。打 桩 孔 直 径 最 大 可 达 4 米 ， 打 桩 深 可 达 90 多 米 。国 外 产 品 经 过 几 十 年 的 发 展 ， 已 经 形 成 了 独 特 的 技 术 特 点 。 如 图1.1BAUER 旋 挖 打 桩 机 。 (1)动 力 头 一 般 都 配 有 两 个 或 三 个 液 压 马 达 驱 动 ， 且具 备 连 接 套 管 驱 动 器 的 功 能 。 有 的 动 力 头 配 有 套 管 打 桩 进 增 扭 装 置 ， 在 施 工 作业 时 可 减 省 摆 管 机 的 应 用 ， 大 幅 度 降 低 旋 挖 打 桩 机 的 施 工 作 业 成 本 。 动 力 头 根据 扭 矩 不 同 已 形 成 系 列 ， 不 同 型 号 的 旋 挖 打 桩 机 可 根 据 需 要 选 装 动 力 头 ， 装 配快 捷 、 维 修 方 便 。 (2)先 进 可 靠 的 检 测 和 监 控 装 置 ， 例 如 打 桩 桅 垂 直 度 检 测 、打 桩 孔 深 度 显 示 等 ， 尤 其 在 打 桩 杆 啮 合 及 施 工 状 态 监 控 方 面 有 着 不 可 超 越 的 优势 。 国 外 打 桩 机 采 用 牙 板 自 锁 伸 缩 式 钻 杆 ， 旋 挖 打 桩 机 施 工 过 程 中 ， 打 桩 杆 牙嵌 板 在 啮 合 中 很 容 易 受 到 磨 损 ， 当 牙 嵌 板 相 互 啮 合 不 完 全 时 ， 更 易 受 到 严 重 磨损 。 如 果 想 继 续 使 用 原 打 桩 杆 ， 必 须 对 磨 损 牙 嵌 板 进 行 修 复 ， 修 复 过 程 费 时 费力 ， 且 很 难 达 到 原 有 尺 寸 和 形 状 。 安 装 打 桩 杆 牙 嵌 啮 合 显 示 系 统 后 ， 操 作 人 员可 在 显 示 器 上 精 确 地 观 察 和 了 解 牙 嵌 啮 合 情 况 以 及 打 桩 杆 实 时 施 工 状 态 ， 无 论5新 老 操 作 机 手 都 能 很 好 地 操 作 。 避 免 打 桩 杆 带 杆 、 打 桩 头 脱 落 等 事 故 的 发 生 。(3)保 证 安 全 操 作 的 各 种 保 险 装 置 ， 如 防 止 带 负 载 起 动 ， 卷 扬 机 超 高 限 位f.。 )， 动 臂 幅 度 限 位 及 驾 驶 室 内 液 控 开 关 等 安 全 保 护 装 置 ， 有 效 避 免 误 操 作 。(4)为 提 高 操 作 的 舒 适 性 和 施 工 作 业 效 率 ， 依 据 人 机 工 程 学 原 理 设 计 旋 挖 打 桩机 的 操 纵 室 ， 并 加 设 了 冷 暖 空 调 。 (5)多 功 能 化 已 渐 趋 完 善 。 能 在 旋 挖 打 桩机 主 机 上 通 过 简 单 操 作 快 速 更 换 各 类 钻 具 ， 进 行 打 桩 孔 施 工 、 连 续 墙 成 槽 、 振动 桩 施 工 等 多 种 不 同 工 法 的 施 工 。 从 而 使 旋 挖 打 桩 机 具 备 了 一 机 多 功 能 ， 方 便快 捷 、 节 约 成 本 。1.1.2.3国内旋挖打桩的现状近 年 来 ， 经 过 各 类 施 工 磨 练 的 国 产 旋 挖 打 桩 机 得 到 了 快 速 发 展 ， 其 整 机的 主 要 性 能 已 接 近 或 达 到 国 际 先 进 水 平 ， 关 键 技 术 和 施 工 工 艺 也 得 到 进 一 步 的发 展 。 由 于 国 产 旋 挖 打 桩 机 较 国 外 旋 挖 打 桩 机 价 格 适 中 、 售 后 服 务 及 时 ， 目 前国 产 旋 挖 打 桩 机 已 基 本 占 领 了 国 内 的 市 场 。 未 来 几 年 ， 基 础 设 施 和 城 市 公 共 设施 将 进 一 步 完 善 ， 相 关 工 程 的 陆 续 开 工 ， 需 要 配 备 大 量 的 旋 挖 打 桩 机 。 因 此 旋挖 打 桩 机 的 生 产 厂 商 如 雨 后 春 笋 迅 猛 增 长 ， 国 内 的 旋 挖 打 桩 机 生 产 厂 商 约 有20 多 家 ， 但 随 着 市 场 竞 争 激 烈 及 旋 挖 打 桩 机 对 技 术 和 生 产 成 本 以 及 销 售 价 格的 严 格 控 制 ， 目 前 旋 挖 打 桩 机 主 要 生 产 厂 家 为 :徐 工 集 团 、 上 海 金 泰 、 南 车时 代 、 三 一 重 工 、 山 河 智 能 、 宇 通 重 工 、 中 联 重 科 等 。 如 图 1.2 为 徐 工 集 团的 旋 挖 打 桩 机 正 在 施 工 。 这 些 企 业 的 旋 挖 打 桩 机 的 销 量 已 基 本 占 领 了 整 个 旋 挖打 桩 机 市 场 的 份 额 。 但 是 目 前 国 内 旋 挖 打 桩 机 的 生 产 和 使 用 也 存在 相 当 多 的 问 题 ， 毕 竟 相 较 于 旋 挖 打 桩 机 国 外 几 十 年 的 发 展 历 史 ， 国 内旋 挖 打 桩 机 的 发 展 还 任 重 道 远 。 (1)国 内 大 部 分 旋 挖 打 桩 机 生 产 企 业 的 生 产 未形 成 规 模 ， 产 品 也 未 系 列 化 ， 产 品 同 质 化 现 象 严 重 ， 主 要 集 中 在 中 等 型 号 的 产品 。 (2)相 对 国 外 来 说 国 内 旋 挖 打 桩 机 生 产 和 使 用 的 时 间 尚 短 ， 还 缺 乏 全 面 的产 品 标 准 ， 施 工 规 范 和 系 统 的 工 法 研 究 还 需 进 一 步 确 认 和 完 善 ， 关 键 技 术 和 基本 理 论 的 研 究 有 待 深 入 。 (3)产 品 进 口 配 套 件 受 限 。 进 口 配 套 件 如 液 压 元 件 、电 控 元 件 、 减 速 机 等 供 货 周 期 相 对 较 长 ， 有 些 关 键 元 件 甚 至 无 法 订 购 。 因 此 很多 企 业 由 于 进 口 件 受 限 处 于 停 产 状 态 ， 主 机 生 产 受 到 严 重 影 响 。61.2本课题的意义及研究内容1.2.1本课题的意义旋挖打 桩 机在桩基础施工的普遍应用和快速发展，使作为关键动力部件的动力头系统显得异常重要。其性能好坏直接影响打 桩 机整机的工作效率。旋挖打 桩 机施工中，动力头为旋挖打 桩 机提供动力，通过液压马达驱动 打 桩 杆、打桩 头回转挖土，同时由液压油缸提供旋挖作业所需垂向作用力，满足打 桩 孔时低速进给钻进和高速甩土两种工况要求5 。我国地域辽阔，地层工况复杂，动力头为满足不同的土壤地质条件，能根据不同的负载自动调整转速与扭矩。但由于动力头作为重要的工作装置，其工作环境恶劣，动力头会出现各种各样的故障，严重时需要停机数日进行维修，影响施工效率。因此如何减少和杜绝动力头故障，延长动力头正常使用时间，提高动力头质量和可靠性，是旋挖打 桩 机制造厂商和施工用户最为关注的问题。动力头作为旋挖打 桩 机主机研发项目的重要子项，一直是主机研究的关键部件。国外对打 桩 机研究己经有数十年的历史，打 桩 机各项性能相对成熟。动力头从最基本的功能为打 桩 具提供驱动力和加压力，到扩展功能技术的实现。已具备优越的性能、独特的技术和全新的设计概念。目前动力头已发展成为双作用驱动箱，即可进行打 桩 孔，又能安放套管，并且增加了套管打 桩 进增扭装置。国内旋挖打 桩机动力头在核心技术方面跟国外相比还有一定的差距，可靠性和功能扩展方面还需进一步发展。据作者查证，目前还很难检索到有关旋挖打 桩 机动力头系统设计开发的相关文献，国内外很少有文献可参考和借用。因此，本课题对动力头系统的分析和研究，作为旋挖打 桩 机开发项目中的重要的子项，会给旋挖 打 桩 机的产品开发带来借鉴作用，具有一定的经济效益和社会效益。1.3论文主要内容主要包括以下内容:(l)旋挖打 桩 机的发展现状。(2)旋挖打 桩 机的工作原理、主要构成及施工工艺。(3)动力头系统设计及扭矩自适应研究。(4)动力头系统箱体设计。7第 2章 旋挖打桩机的工作原理及其施工工艺2.1旋挖打桩机的主要构成旋挖打 桩 机是集机电液一体化的高端工程机械，旋挖打 桩 机的主要构成:底盘、回转平台、幅、主副卷扬、钻桅、动力头、打 桩 杆、 打 桩 头、发动机系统、液压系统、电气系统甩.司、驾驶室、机棚、配重等。(1)底盘底盘构成包括两部分:车架及行走装置。车架底架为箱形焊接结构，由液压油缸伸缩控制左右纵梁的间距，继而改变履带轨距。行走装置则主要有/四轮一带 0和行走减速机等组成。 “四轮”是指张紧轮、驱动轮、支重轮和托链轮；“一带”是指履带总成。旋挖 打 桩 机底盘结构类型多样，大致可分 (1)底盘底盘构成包括两部分:车架及行走装置。车架底架为箱形焊接结构，由液压油缸伸缩控制左右纵梁的间距， 3，.们，继而改变履带轨距。行走装置则主要有“四轮一带”和行走减速机等组成。 “四轮”是指张紧轮、驱动轮、支重轮和托链轮；“一带”是指履带总成。旋挖 打 桩 机底盘结构类型多样，大致可分机动灵活。意大利 50工 LMECR622HD型旋挖打 桩 机采用摆动伸缩式底盘，底盘结构尺寸相对较小、高度相对较低，在行走过程中即可实现底盘伸缩、.3 一-51。国内打桩 机一般采用直接伸缩式底盘，如图 2.2所示。底盘伸缩大都采用液压油缸驱动纵梁支腿伸缩来实现。(2)转台国内旋挖打 桩 机的转台一般为整体焊接式结构，主要包括回转支承、回转减速机和转台主体等。转台主体的两主梁截面设计为/工 0形截面或矩形截面。国外旋挖打 桩 机转台的结构别具特色，如意大利 SOILMECR622一 HD旋挖打桩 机回转平台根据转台受力大、应力高的特点，整体上采用高铰点、大截面结构。转台主梁采用等强度设计的变截面工字梁结构，与矩形梁相比较，重量轻、节省材料。边梁设计采用大圆弧成型钢管 7，3，.4 了，制造简单、工艺性好。在保证整机要求强度的同时，整体紧凑，外观简洁。(3)变幅及钻桅根据目前国内外旋挖打 桩 机变幅机构的结构类型，变幅大致可分为二类，大三角变幅和小三角变幅。国内旋挖打 桩 机的变幅一般采用小三角变幅机构，即平行四边形和三角架支撑机构。小三角变幅机构适用于中等型号以及小型号打 桩 机，优点是变幅灵活，运输状态和工作状态切换方便。大三角变幅机构的优点是设备稳定性较好，在大直径深桩孔施工中成孔精度高，尤其是在地层复杂的施工中突显稳定性优势。如德国 BAUER公司生产的 BG系列旋挖打 桩 机则采用大三角变幅机构。但缺点是运输时受整机运输高度限制打 桩 桅必需前趴，因整机运输尺寸超长打 桩 桅必须拆卸运输。其运输示意图如图 2.3。打 桩 桅一般8有三节组成，上下两节均可折叠。下节一般有液压伸缩支腿，用于履带伸缩支撑和顶压护筒。上端有主副滑轮机构，用于提升打 桩 杆和打 桩 头。截面为方箱形截面，导轨为成型钢管，焊接在箱体的两侧。徐工集团 XR系列旋挖打 桩 机的打桩 桅即采用大箱形截面，具有良好的抗弯和抗扭性能，为动力头和打 桩 杆的滑移提供导向作用，打 桩 桅的可折叠式结构能减少整机长度和高度，整机运输时无需拆卸。(4)动力头动力头为打 桩 机工作提供动力，是旋挖打 桩 机的关键传动部件。主要构成有变量马达带动减速机和齿轮箱实现驱动的动力驱动机构、与打 桩 杆牙嵌板相啮合的回转机构及润滑密封系统、动力箱在打 桩 桅导轨上滑动的支撑机构。其工作原理是液压马达输出扭矩和转速，经减速机和齿轮箱两次减速增扭，打 桩进和抛土作业可实现双向旋转以驱动打 桩 杆、打 桩 头回转，能满足高速甩土和低速钻进两种工况，能根据不同的负载自动调整转速与扭矩，以满足不同的土壤地质条件。当进行抛土作业及软地层施工时，动力头需要提供高速小扭矩工况。常见的实现快速反转的有采用双速减速机、减速机配以传动箱输入端离合器等方案。国内旋挖打 桩 机一般采用双液压马达动力头，以保证在回转 打 桩 进和反向抛土作业时动力头能够提供足够的扭矩和转速。而西方工业发达国家的旋挖打 桩机，如 SOILMECR622HD打 桩 机的动力头由三液压马达驱动，其中有一对马达位于箱体上下两端同轴驱动齿轮。在低速打 桩 进时，三马达同时工作，在反向抛土时由单独机构实现减速机输出轴和驱动齿轮的离合，此时只依靠小马达提供动力实现高速抛土。另外，为了适应不同地层的需要，国外动力头一般配备套管连接器，可直接连接套管，省去了摆管机的使用，节省了设备费用，而且有的公司如迈特公司为了提高扭矩其系列旋挖打 桩 机的动力头均配有套管钻进增扭装置。目前国内徐工集团生产的 XR系列旋挖打 桩 机的动力头配备了套管连接机构，可方便快捷地实现套管的连接和拆卸。(5)打 桩 杆、打 桩 头打 桩 杆、打 桩 头作为旋挖打 桩 机施工时直接作业的关键配套件，其质量至关重要。打 桩 杆的功能是将动力头传递的扭矩和转速传递给打 桩 头，同时将加压油缸的加压力、动力头和 打 桩 杆本身的重量稳定地传递给钻头，打 桩 头进尺越多，桩深越深，对 打 桩 杆的要求越严格，因为打 桩 头在几十米深处作业，当打 桩 进较硬的地层时， 打 桩 杆除了要能承受传递的大扭矩和大的加压力，而且要能克服细长杆所要承受的较大的弯矩。所以打 桩 杆的结构形式及钢管质量成为旋挖打 桩 机顺利钻孔的重要因素。目前旋挖打 桩 机主要使用的是伸缩式打 桩 杆，伸缩式 打 桩 杆主要有 2种形式，一种是摩阻式打 桩 杆，另9一种是机锁式打 桩 杆。摩阻式打 桩 杆最多有 6节伸缩杆，只能靠摩擦力传递打桩 压，一般适合于软地层施工。机锁式打 桩 杆一般为 4节杆，打 桩 杆之间通过加压平台加压钻进，适合于硬地层施工。为适应不同地层施工，提高打 桩 进效率，旋挖打 桩 机使用一种组合式打 桩 杆，该打 桩 杆既继承了机锁式打 桩 杆加压打 桩进的特点，同时兼备了摩阻式打 桩 杆高效率深孔作业的优点。组合式打 桩 杆一般为 5节杆，外 3节为机锁式，可有效打 桩 进硬地层，内 2节为摩阻式，内 2节打 桩 杆直径较小、管壁较厚，且钻杆较长、挠性较大。如果采用机锁式结构，在进行加压打 桩 进时挠度很大，使打 桩 杆跳动，影响成孔的精度或造成塌孔，将给施工造成严重损失。采用摩阻式打 桩 杆，可利用摩擦力柔性加压打 桩 进，提高深孔作业的效率，既保护了打 桩 杆，更重要的是保证了成孔的质量。国外旋挖打 桩 机所用的伸缩式打 桩 杆一般都采用高强度无缝钢管(抗拉强度约为 900MPa)制成，重量轻、焊接性好，但进口的打 桩 杆价格昂贵，而且损坏后维修不能及时保证。目前随着旋挖打 桩 机的热销，国内打 桩 具配套厂家日益增多，国产打 桩杆和打 桩 头在保证打 桩 机施工的同时，价格便宜，售后服务及时。打 桩 头作为旋挖打 桩 机的关键配套件，直接接触施工地层。打 桩 头的正确选用是旋挖打 桩机提高工作效率的重要保证。目前国内外旋挖打 桩 机在施工时最常用的打 桩 头主要有螺旋钻头、回转旋挖打 桩 斗及取心打 桩 头等。如 R622一 HD旋挖打 桩 机的打 桩 头有:短螺旋打 桩 头、单层底旋挖打 桩 头、双层底旋挖打 桩 头等。(6)液压系统旋挖打 桩 机液压系统采用开式回路控制。液压动力元件为斜轴式双变量主泵、副泵以及辅助泵，液压泵通过弹性联轴器和发动机相连，通过大流量多路阀控制一组主动作，通过小流量多路阀控制一组辅助动作。执行元件为液压马达和液压缸，液压马达为动力头、卷扬、行走、回转等回转运动机构提供驱动力，液压缸为变幅、加压、打 桩 桅左右倾、履带伸缩、 打 桩 桅支腿伸缩等直线运动提供动力。2 台
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