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打桩机箱体结构部件设计【6张CAD图纸+毕业论文】【答辩优秀】

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打桩机箱体结构部件设计

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关键词：: 打桩机箱体结构部件设计全套 cad 图纸毕业论文答辩优秀优良

资源描述：

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

1.1.2.1旋挖打桩机的发展史5

1.1.2.2国外旋挖打桩机的现状5

1.1.2.3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

4.3.1.1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

Abstract

In 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

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,且泥浆经过处理可以多次反复利用。

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内容简介：: 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 nts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 nts4 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: 85 86 2 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 10 3 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， 1：38 52 4 国内外螺旋打桩机的发展概况 J.工程机械与维修， 2000， 9： 30 32 5 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， 2003，2:11 17 6 吴允成 .旋挖打桩斗结构的探讨 J.探矿工程， 2000， 2:28 31 7 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： 81 9 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： 13 10 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： 12 14 11 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nts讨 J.探矿工程， 2001， 4:18 20 12 侯再民 .旋挖打桩机卡打桩原因及其对策 J.探矿工程， 2001， 1:1314 13 郭传新 , 马建中 , 马鸿忠 . 中国桩工机械概况 J. 建筑机械 ,2002,10:5 9 14 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 2001,2:45 47 15 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. nts 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 nts 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。 nts 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 nts 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 1.1.2.1旋挖打桩机的发展史 . 5 1.1.2.2国外旋挖打桩机的现状 . 5 1.1.2.3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 4.3.1.1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 nts 参考文献 . 25 致谢 . 26 nts 1 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 nts 2 Abstract In 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 nts 3 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nts 4 浆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、技术先进，nts 5 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nts 6 实时施工状态，无论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。 nts 7 1.2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。 nts 8 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。打桩桅一般有三nts 9 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SOILMEC R622HD 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nts 10 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 台斜轴式双变量主泵输出压力油由大流量多路阀控制，按工况要求分配给旋挖打桩机的大功率液压执行元件；副泵输出的液压油由小流量多路阀控制，按旋挖打桩机的动作要求非配给小功率的执行元件；先导泵 (辅助泵中的 1 台 )输出的压力油由先导阀控制，为先导执行元件提供动力；冷却泵 (辅助泵中的 1台 )输出的压力油为旋挖打桩机冷却系统执行元件提供动力。液压驱动示意图见图 2.4。系统分别驱动不同的执行元件以实现不同的动作，可以单独控制一个执行元件实现单个动作，也可同时控制多个执行元件实现多项功能。为提高旋挖打桩机的施工效率，大流量多路阀可实现动力头、主卷扬阀内合流功能以提高两个关键动作的速度。 nts 11 2.2旋挖打桩机原的工作原理旋挖打桩机主要动作有动力头、主、副卷扬、上车回转、下车、打桩桅调平、变幅、加压、支腿、履带伸缩。上车回转和下车行走通过换向阀互锁 L13， .引。旋挖打桩机施工动作顺序如下 :旋挖打桩机到达指定地点，为了增加支撑面积，左右履带伸缩油缸伸出，达到旋挖打桩机最大履带间距。锁定下车，拔掉上车回转锁定销，变幅油缸和左右倾缸动作使打桩桅在指定点与水平面垂直，打桩杆、打桩头在主卷扬的作用下到达施工地面，在动力头旋转驱动下回转，同时在加压缸提供的加压力的作用下向下挖土。打桩头进尺到位后，提升打桩杆时，主卷扬回转，加压油缸同时提升，当打桩头提升至地面后，上车回转带动打桩头至指定的卸土位置进行卸土，卸土时提升打桩头使回转斗上端的立柱碰到动力头下端承撞体挡板，立柱受力打开回转斗底板开启机构实现卸土作业。然后回转到打桩孔位置，开始下一个工作循环。打桩孔深度由电器数码显示，当打桩至要求深度后即可停止作业。第 3 章旋挖打桩机动力头系统 3.1旋挖打桩机动力头系统的简介 3.1.1 旋挖打桩机动力头系统的构成旋挖打桩机动力头系统是指驱动动力头回转以传递扭矩和转速给打桩杆和打桩头实现钻孔作业，并能根据土壤地质条件的不同自动改变其扭矩和转速的整个系统。动力头系统主要由发动机、液压泵、液压阀、液压马达、减速机、动力头、打桩杆、打桩头等构成 23。动力头系统主要构成部分及各部分间的传动关系如图 3.1 所示。动力头系统的发动机为大功率柴油发动机，发动机动力驱动部分一般直接连接液压泵，也有在发动机和液压泵之间增加一分动箱，可实现多个取力点以连接多个不同功能的液压泵。液压泵利用三位六通电磁比例换向阀控制执行元件液压回转马达的启动、停止及换向。液压回转马达通过减速机及动力箱齿轮传动增大扭矩降低转速驱动打桩杆和打桩头实现打桩孔作业。 3.1.2 旋挖打桩机动力头系统的工作原理工作原理旋挖打桩机到位后，钻杆打桩头下放至地面，操纵置于驾驶室内的动力头先导手nts 12 柄，接通液压回路，发动机驱动液压泵工作，液压泵利用三位六通电磁比例换向阀控制执行元件液压回转马达的启动，液压马达输出的转矩和转速通过减速机减速增扭后传递到齿轮箱，齿轮箱内的减速齿轮进行了二次减速，输出的大扭矩和低转速通过驱动套牙板传递给打桩杆和打桩头，打桩杆和打桩头回转挖土。同时托架和动力头总成沿导轨滑动以传递加压油缸的加压力，驱动打桩杆和打桩头压入地面并回转取土。当打桩头取土满钻后，动力头反转，打桩杆解锁后提打桩整车回转，打桩头上提其上打桩头立轴和动力头承撞体下底板相撞，打桩头开合机构启动，斗底打开卸土，动力头高速旋转，甩粘土。当打桩孔深度超过第一节 (最外节 )打桩杆的长度时，打桩杆上部的打桩杆托架会压在动力头的上端，随着打桩孔深度的增加，打桩杆各节由外向内依次伸出，直到达到施工要求的打桩孔深度。动力头液压系统可根据施工地层的不同自动改变其扭矩和转速 723，以提高施工效率。打桩孔作业过程中，液压泵 ASVO 双泵中的一台单泵同时驱动两台动力头液压马达实现低速大扭矩作业，当进行较软地层施工或抛土作业时，为提高工作效率，动力头需高速旋转，此时为动力头高速小扭矩作业，由 ASVO 双泵合流提供大流量。动力头实现高速抛土也可采用双速减速机，当抛土作业时，切换为小减速比工况，动力头转速增加，实现高速甩土。 3.2旋挖打桩机动力头系统主要参数设计本论文针对某中等型号的旋挖打桩机的动力头，该旋挖打桩机动力头原动机为康明斯 QSMH，功率 242kw；主泵为力士乐 ASVO双泵；和主泵配合的多路阀采用力士乐的 MS 阀；动力头马达为力士乐变量马达 A6VM；该打桩机要求的最大扭矩220kN.m，最大转速为 22r/mln，系统最大流量 4301/min。 (l)动力头扭矩计算和压力设定根据变量马达的控制性能，变量马达起调点压力设置为 20MPa，此时马达排量为最小排量，当压力为 30MPa时，变量马达排量为最大排量。动力头输出扭矩 : )1.3. (. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . .

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