45T旋挖钻机随动架及桅顶设计[三维PROE零件]【4张CAD图纸和毕业论文】【答辩优秀】
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目录
第1章 引言3
1.1目的和现实意义3
1.2国内外研究现状3
1.3课题研究意义5
1.4研究方法5
1.5本设计的主要内容7
第2章 随动架及桅顶工作原理分析7
2.1随动架原理7
2.2桅顶原理8
第3章 随动架回转支承型号，钢丝绳的选取9
3.1随动架旋转支承型号选取9
3.2钢丝绳型号选取9
3.3钢丝绳直径选取9
第4章 随动架及桅顶的结构设计10
4.1随动架结构设计10
4.2滑轮尺寸及结构的确定11
4.3支架形状等强度设计计算12
4.4轴承的设计计算13
第5章 非标准零件附图15
5.1上盖板15
5.2防滑块16
5.3支架16
5.4保护架17
参考文献18
结束语19
附录1 外文翻译
附录2 二维、三维打印图
45T旋挖钻机随动架及桅顶设计
摘要：近几年来各类建筑和工程施工的数量和工程难度日益增加，质量要求也越来越高，尤其是人们对环保的意识不断提高，传统的灌注桩成孔工艺已经不能适应新施工技术要求，旋挖钻机则以其优于其他同类产品的性能而成为此类工程中钻孔灌注桩施工的首选设备。本设计主要对旋挖钻机随动架进行分析与设计。通过钻杆的尺寸选择回转支承的型号，然后根据回转支承的各尺寸对随动架的各个零件进行分析和结构设计。最后完成其CAD平面绘图和PRO/E三维建模，再进行组装。
关键词：CAD；旋挖钻机；随动架
45T rotary drilling rig with servo frame and masthead design
Abstract: In recent years various types of building and engineering construction and engineering difficulty of increasing the number of，Quality requirements have become more sophisticated, In particular, people's awareness of environmental protection continue to increase, Traditional Pile Drilling technology has been unable to meet the technical requirements of new construction，Rotary drilling rig is better than other similar products in its performance of such projects become the first choice for construction of bored piles. The design of the rotary drilling rig with the servo framework for dynamic analysis and design. Through the drill pipe size selection slewing bearing model, Then according to the various dimensions of the slewing frame with all parts moving analysis and structural design. Finalize its CAD dimensional drawings and PRO / E 3D modeling, and then assembled.
Keywords: CAD; Rotary drilling rig; servo frame
第1章 引言
1.1目的和现实意义
最近几年来，随着一批大型工程相继开工和我国基础工程行业的投资不断加大，推动了我国基础工程施工行业的发展。各类建筑和工程施工的数量和工程难度日益加大，质量要求也越来越高，尤其是人们环保意识的不断提高，对施工环保要求也越来越高。传统的冲击、回转、反循环钻等灌注桩成孔工艺因其效率低下，污染严重，已经不能适应新施工技术的要求。旋挖钻机则以其优于其它同类产品的性能而成为此类工程中钻孔灌注桩施工的首选设备。目前我国处于一个大发展时期，正在进行大规模城市化建设及大量基础设施建设，据国家统计局的统计资料显示，我国目前共有城市660余个，其中人口在100万以上的大城市有170余个。随着国民经济的发展，城市化进程还将加快，老城市改造和新城市建设中新增的桩基础工程将大幅度增加，按每个城市平均仅占据2～3台的市场需求量来保守地估算，旋挖钻机在国内的总量近几年即可达到2000台以上，为我国旋挖钻机行业带来了非常好的市场机遇。而这仅仅才是城市化带来的市场空间。但现在的情况是，进口产品大量涌入我国市场，而我国同类产品的开发尚处于初始阶段，因此要在消化吸收国外同类产品的技术基础上，结合中国国情，在业已取得的开发成果基础上，尽快将产品系列化，以达到替代进口产品、加速设备更新换代的目的，并为该产品早日打入国际市场打下坚实的基础。
1.2国内外研究现状
（1）国外钻桅垂直度控制系统研究现状
旋挖钻机在二战之前美国卡维尔特公司问世，二战之后在欧洲得到发展。1984年意大利迈特公司首先开始研制，接着在意大利、德国开始发展，到了70～80年代在日本得到快速发展。目前国外旋挖钻机主要生产厂家为：德国：宝峨、利勃海尔、Delmag、WIRTH、MGF；意大利：土力、SoilMec、MAlT、CMV、CASAG＆必DE、IMT、ENTEGO；西班牙：LLAMADA；日本：日车车辆、日立、住友、加藤；芬兰：JUNTTAN、TAMROCK；美国：CALWELD、APE、Ingersoll．Rand；英国：BSP等I州到。目前，国外的旋挖钻机的控制技术已逐步实现智能化，机电液一体化高度集中、结构紧凑、操纵灵活，其钻桅垂直度控制系统普遍应用负荷传感、压力补偿与电液比例闭环控制技术。负荷传感与压力补偿
- 内容简介：
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图 .11 区横截面的混合元素 2.用 拉斯穆森的说法部分 14计算 AP1 的交叉改良和相应的灵活性，特征是 L1 的长度 。 （ 8） 3. 计算下部灵活性 （ 9） 计算 AP2结构得到 SP2操作系统，等效截面的下段 较低的部分可以根据需要分割成许多部分， 没有重复的算法 ， 因为它是足以维护 常量元素的灵活性（ SP2 的总和） 这种方法 可能是 是 因为他们以同样的方法 在载入。 因此，我们的轴承套圈模型是由三个 段所对应的混合元素（图 11）。 在第一部分的长度 L1是直接关系到地方的对外力施加位置 ， 相应的轴承几何 。为了完善分配的灵活性，调整因素已推出 。 它乘以计算截面 AP1的，以取得调整等效截面 （ 10） 显然，这一因素也将影响到引进的第二条 AP2结构等效值， 而该 Sp灵活性总和必须保持不变。 注：施力高度因素将是该模型的第一个调整因素 。 nts 3.4 接触刚度和轴向刚度分布 同时带来了轴向刚度 挥发 混合元素和接触弹簧。然而，总轴向弹性将会等于弹簧的灵活性和总结，该部分（ 3）混合元素 。 考虑到部分建模，如图所示。 12 图 .12 分布总轴向刚度 该杂交分子的灵活性 （ 11） 又有 （ 12） 与接触弹簧的总刚度 （ 弹簧串联 ） （ 13） 提供灵活性 （ 14） 总的一部分灵活性 ， 通过使用改进的拉斯穆森的提法得到 14（接触弹簧包括）将因此 Sp=Sph+Srt=常数 （ 15） nts 通过影响因子的分配， “ 代表 ” 的部分灵活性 Sp，以下是重新计算： 弹簧的弹性： （ 16） 混合元素的灵活性 ： （ 17） 注：刚度分配系数代表处将是第二次和模型的最后调整因素。 3.5 紧固螺栓的建模 该线元建模是等效 式 之一。 该 Aeq节和 Ibeq本 式 二次 项 与同等数量的同一轴向和弯曲刚度作为真正的螺栓。 （ 18） 如果该指数为 0（零）是指小腿和索引 s到螺纹杆。 4.总刚度矩阵和系统的分辨率 该 集合 是刚度矩阵进行了有限元法的 方面 。该 计算两个步骤进行： 1 计算螺栓端所需位移 Yq的诱导预紧力 ; 2 施加的位移 Yq和运用外部 Fe负载 。 因此，补充拉力可以计算： （ 19） 以及弯矩补充 （ 20） 其中 Q（预）和 Mb（ 0）是在预压和 FB和 Mb在初始状态的总数量 工作荷载作用后的外载荷应用在螺栓。 刚度矩阵，会随加载，因此，所有的以积极的应变接触弹簧 （情况相对应的，从它的安装）会被分配一个空分离轴承套圈 刚度。 应该看到，该系统是非线性的，总 刚度矩阵是一个功能 位移向量。 数值系统是用刑罚解决方法，在 7中描述。 所有模式实施作为一个 C + +程序代nts 码和结果，得到了几秒钟。 5.三维有限元模型 三维有限元模型代表了以调整了先前提出的二维混合参考 简化模型。 该模型是由外关联的轴承套圈和部门的一杆对提供钳螺栓安装。至于二维模型，安装将作为一个无限 刚性结构。 之间的环和安装是由特定的联系人提供的单方面接触 元素“ 节点到地面的差距 ” （ I - DEAS的 8.1）。 运动学约束边界上指定的飞 轮 轴承的扇形 来模拟循环对称性。 该球轴承在几何方面的特殊性，提出了在模型图。 13。 图 .13 代表球轴承的研究模型 nts 图 .14 三排滚子轴 承接触飞 轮 预载是引入一个螺栓施加位移，而等效轴对称 部队安装跑道上的一个点的负载。一个两步过程进行模拟，建立 所需的预其次是轴承行业的外部负载的变化。 该程序是所有三种类型 类似 的轴承 。 这三个列滚子轴承的特殊性是两个接触面的存在：对于所有接触面的摩擦系数为 0.3考虑。 6.结果二维混合模型和三维有限元模拟 在同等的外部关联到一个螺栓部门力的方向倾斜的 承重 轴的方向，为前两个轴承，轴向的三排滚子轴承。 为了验证我们的模拟，测试和错误的方法，目前已 进行到找到的最佳值每个组件装载，轴向或径向调整因素。有许多有限元模拟 让我们来研究分为两类轴承， 根nts 据他们的 特性 和他们的 几何特征和装载。 第一类是由球轴承和交叉 滚子轴承倾斜荷载， 之间的尺寸和第二类的同类比例 三排滚子轴承，重大环高度，轴向负荷，外圈两部分，等 。 比较这两个模型，三维有限元与模拟混合模型，已进行 考虑应力的特性曲线和弯矩补充因外部等效荷载。 使用负载量作为比较，而不是总弯曲最大努力或补充 瞬间的理由是基于两个原因： 为 20-30之间的补充值（差异拉应力或时刻）中，只有 2-3的结果在总数量的差异 。 一个更加敏感，因此，揭示分析工具可用， 允许从不同的模式得出更精确的调谐曲线 ; 副刊是用来计算螺纹元件的抗疲劳性的数量。 因此，在交变应力对一个变量的表达式是由于负载 （ 21） 其中由于拉伸螺栓应力区，磅二次锚的时刻，双链小直径的螺栓， 硒耐力极限 。 对于第一类轴承，两个调整因素值 伸缩力 高度因 子 = 1， 代表处的刚度分配系数 = 0.06。 这些值是最好的发现热身值呈现轻微之间的差距补充剂 为轴向或径向外部载荷曲线（见图。 15和 16）。 径向和轴向载荷例 选择验证的两个极端情况下的负载，以及该模型的总负荷下的反应 组件。 该规范说明了该模型的高精确度。如果第一类因子 可以被抑制，这将是必要的第二类轴承。 当球轴承和交叉滚子轴承属于同一类别，有类似的行为，只有曲线有关的交叉滚子轴承的型号是在图所示。 15和 16。 作为调整模型在不同加载条件下提供优异的 功能。 当轴承 受到总负荷和使用倾斜的调整因素相同的价值 观， 曲线，得到 如图所示。 17。 nts DFb补充由于轴向 组件装载 有限元分析 于目前 DMb螺栓轴向 组件装载 有限元分析 图 .15 交叉滚子轴承。轴向分力（ 有限元分析）补充 DFb补充由于径向组件载入 有限元分析 nts 博尔特时刻补充波 DMB由于径向组件载入 有限元分析 图 .16 交叉滚子轴承。径向分力（ 有限元分析）补充 DFb力补充由于总倾向载入中 Fe 博尔特时刻补充波 DMB由于总 载入中 Fe 图 .17 交叉滚子轴承。共有倾斜力的补充 这两种模式之间的曲线之间的差距仍然是第： 20的误差可以接受的利润率 间隔nts 的负载由 制造定义。 对第一类轴承虽然调谐了直接的补充值， 三排滚子轴承的方法不同，由于轴承的特定行为。 因此， 有限元分析突出了重大的弯曲时刻螺栓只预装。 该 观察到的现象是由外部力的应用加剧。 图。 18提供了一个形象 三维有限元模拟 这种影响下，外部负载 Fe。 图 .18 有限元模拟三排滚子轴承 DFb力的补充，至总量倾斜 载入中 Fe 博尔特时刻补充波 DMB由于总 载入中 Fe nts 图 .19 三排滚子轴承。总力的补充 解释是由于在附近的一个较弱的外部支持产生直径螺栓的位置表面上的安装。 因此，调整必须进行对弯曲的初始值时刻所产生的预压。 该曲线表明，该模型的能力，准确的说明 特别是在减少方面的螺栓和消极力量为补充的拉力值。 此轴承第二类主导趋势是弯曲的环，其中发展为 过 早预压。 在补充条款，对三个 排辊 轴承第二类比较，提出 图。 19。 上述两列滚子轴承的三个调节因子的值是： 应用程序的力高度的因素 = 0.38; 代表处 的刚度分配系数 rep=0.32. 再次证明 巨大 的混合模型来模拟螺栓能力在一个特定的行为 配置。 7。 结论 利用混合建模潜力，取得了以下优点： 该模型可以很容易地调整只用两个调整因素 ; 这些因素可能对同一类，这使得模型的所有轴承相同的价值观适合于各种尺寸的轴承 ; 在三排滚子轴承的情况下，平均拉应力下降现象，特别是 可以观察到。 总之，由于补充值之间的相对差异仍然在 20 误差由 生产厂家 定义的装载时间间隔， 我们可以肯定的数值模型 与混合元素为回转支承螺栓装配合适的。 静态尺寸可以非常 准确，适当的疲劳 透支 可以实现在 很短的时间和成本低。 这种模式的发展将导致我们的组成圆形法兰更通用的模型 组件，都是非接触面约相同。 对于不同的配置快速计算在弯曲成为联合生命周期重要的是，这种新模式的最终目标。 经典 螺栓接头可以被视为一种特定的应用程序的新模式。 nts 参考资料 1的 VDI 2230，第 1 部分，系统的高级职务螺栓接头的计算：以一个圆柱螺栓接头， VDI的，杜塞尔多夫， 德国， 1989 年。 2 ASME 锅炉及压力容器法规，第八节，我司 AppendixY， 1998 年。 3终审法院首席法官冈泰斯，米 Lemonis，相当于螺栓长度 影响的 T 型钢连接有限元建模，j。 Comput。 结构。 81（ 2003） 595-604。 4F.Alkatan， P. Stephan, J. Guillot，刚度计算的螺栓的参与和螺栓装配在一个窃听的一部分， 位置：第四次国际会议上集成设计和制造机械工程 IDMME 2002 年， 克莱蒙费朗，法国， 2002 年。 5HH。 Gould， B.B.Mikic，区及联络螺栓接头压力分布，美国 ASME j 的移归。 94（ 1972）864-870。 6 T.F. Lehnhoff， K.I.高， M.L.麦凯，会员刚度和螺 栓接头接触压力分布， ASME j.Mech.Des. 116（ 1994） 550-557。 7沃代安， Modlisation 等仿真杜 comportement 德联络员代特雷斯票面要素 filets 德roulements 宏伟直径博士 论文， 561 号，仁寺法国图卢兹， 2000 年。 8伊斯兰共和国格洛斯， L.D.米切尔，螺栓接头轴向非线性刚度特性， ASME j.Mech.Des. 122（ 1990） 442-449。 9苏吉洛，组合元素 Filets 标准杆，在：微性，技术去 l ingnieur，法国巴黎 ， 1987年， pp. B5 - 560。 10O.Zhang， j. Poirier，新的分析模型螺栓接头， ASME j.Mech.Des. 126（ 2004） 721-728。 nts 湘潭大学 兴湘学院 毕业论文（设计）鉴定意见 学号： 2006183808 姓名： 方鑫 专业： 机械设计制造及其自动化 毕业论文（设计说明书） 20 页 图 表 1 张 论文（设计）题目： 45T 旋挖钻机随动架设计 内容提要： 本设计主要对旋挖钻机随动架进行分析与设计。通过钻杆的尺寸选择回转支承的型号，然后根 据回转支承的各尺寸对随动架的各个零件进行分析和结构设计。最后完成其 CAD 平面绘图和 PRO/E 三维建模，再进行组装。 nts 指导教师评语 该生 在毕业设计中 态度认真诚恳，有时间投入，在对随动架的 CAD 平面图绘制比较完整，各结构设计正确，积极认真的完成了指导老师布置的任务，成绩建议评定为良。 指导教师： 年 月 日 答辩简要情况及评语 答辩小组组长： 年 月 日 答辩委员会意见 答辩委员会主任： 年 月 日 nts 1 目录 第 1 章 引言 . 3 1.1 目的和现实意义 . 3 1.2 国内外研究现状 . 3 1.3 课题研究意义 . 5 1.4 研究方法 . 5 1.5 本设计的主要内容 . 7 第 2 章 随动架 及桅顶 工作原理分析 . 7 2.1 随动架原理 . 7 2.2 桅顶原理 . 8 第 3 章 随动架 回转支承型号 ， 钢丝绳的选取 . 9 3.1 随动架旋转支承型号选取 . 9 3.2 钢丝绳型号选取 . 9 3.3 钢丝绳直径选取 . 9 第 4 章 随动架及桅顶的结构设计 . 10 4.1 随动架结构设计 . 10 4.2 滑轮尺寸 及结构 的 确定 . 11 4.3 支架形状等强度设计计算 . 12 4.4 轴承的设计计算 . 13 第 5 章 非标准零件附图 . 15 5.1 上盖板 . 15 5.2 防滑块 . 16 5.3 支架 . 16 5.4 保护架 . 17 参考文献 . 18 结束语 . 19 附录 1 外文翻译 附录 2 二维、三维打印图 nts 2 45T旋挖钻机随动架及桅顶设计 摘要 ： 近几年来 各类建筑和工程施工的数量和工程难度 日益增加，质量要求也越来越高，尤其是人们对环保的意识不断提高 ，传统的灌注桩成孔工艺已经不能适应新施工技术要求，旋挖钻机则以其优于其他同类产品的性能而成为此类工程中钻孔灌注桩施工的首选设备。 本设计主要对旋挖钻机随动架进行 分析与设计 。通过钻杆的尺寸选择回转支承的型号，然后根据回转支承的各尺寸对随动架的各个零件进行分析和结构设计。最后完成其 CAD 平面绘图和 PRO/E 三维建模，再进行组装。 关键词： CAD；旋挖钻机；随动架 45T rotary drilling rig with servo frame and masthead design Abstract: In recent years various types of building and engineering construction and engineering difficulty of increasing the number of， Quality requirements have become more sophisticated, In particular, peoples awareness of environmental protection continue to increase, Traditional Pile Drilling technology has been unable to meet the technical requirements of new construction， Rotary drilling rig is better than other similar products in its performance of such projects become the first choice for construction of bored piles. The design of the rotary drilling rig with the servo framework for dynamic analysis and design. Through the drill pipe size selection slewing bearing model, Then according to the various dimensions of the slewing frame with all parts moving analysis and structural design. Finalize its CAD dimensional drawings and PRO / E 3D modeling, and then assembled. Keywords: CAD; Rotary drilling rig; servo frame nts 3 第 1 章 引言 1.1 目的和现实意义 最近几年来，随着一批大型工程相继开工和我国基础工程行业的投资不断加大，推动了我国基础工程施工行业的发展。各类建筑和工程施工的数量和工程难度日益加大，质量要求也越来越高，尤其是人们环保意识的不断提高，对施工环保要求也越来越高。传统的冲击、回转、反循环钻等灌注桩成孔工艺因其效率低下，污染严重，已经不能适应新施工技术的要求。旋挖钻机则以其优于其它同类产品的性能而成为此类工程中钻孔灌注桩施工的首选设备。目前我国处于一个大发展时期，正在进行大规模城市化建设及大量基础设施建设， 据国家统计局的统计资料显示，我国目前共有城市 660 余个，其中人口在 100 万以上的大城市有 170 余个。随着国民经济的发展，城市化进程还将加快，老城市改造和新城市建设中新增的桩基础工程将大幅度增加，按每个城市平均仅占据 2 3台的市场需求量来保守地估算，旋挖钻机在国内的总量近几年即可达到 2000 台以上，为我国旋挖钻机行业带来了非常好的市场机遇。而这仅仅才是城市化带来的市场空间。但现在的情况是，进口产品大量涌入我国市场，而我国同类产品的开发尚处于初始阶段，因此要在消化吸收国外同类产品的技术基础上，结合中国国情，在业 已取得的开发成果基础上，尽快将产品系列化，以达到替代进口产品、加速设备更新换代的目的，并为该产品早日打入国际市场打下坚实的基础。 1.2 国内外研究现状 （ 1）国外钻桅垂直度控制系统研究现状 旋挖钻机在二战之前美国卡维尔特公司问世，二战之后在欧洲得到发展。 1984年意大利迈特公司首先开始研制，接着在意大利、德国开始发展，到了 70 80年代在日本得到快速发展。目前国外旋挖钻机主要生产厂家为：德国：宝峨、利勃海尔、 Delmag、WIRTH、 MGF；意大利：土力、 SoilMec、 MAlT、 CMV、 CASAG 必 DE、 IMT、 ENTEGO；西班牙： LLAMADA；日本：日车车辆、日立、住友、加藤；芬兰： JUNTTAN、 TAMROCK；美国：CALWELD、 APE、 Ingersoll Rand；英国： BSP等 I州到。目前，国外的旋挖钻机的控制技术已逐步实现智能化，机电液一体化高度集中、结构紧凑、操纵灵活，其钻桅垂直度控制系统普遍应用负荷传感、压力补偿与电液比例闭环控制技术。负荷传感与压力补偿技术自 20世纪 80年代初在国外液压挖掘机上开始得到应用，经过多年的发展已为一种先进的液压技术。现在，负荷传感技术因其节能、效率 高、控制特性好、动静特性好和寿命长的显著优点在现代液压工程机械中获得了广泛应用。例如 Bosch ReXroth的 A10VSO DFEE变量柱塞泵及 LUDV系统、 Parker的电液比例压力流量控制的变量泵、油研的 A系列nts 4 04型和 A系列 04E型变量柱塞泵等都应用了负荷传感原理。 目前，国外旋挖钻机普遍应用现代控制理论进行电子控制系统的设计，如状态空间分析方法、系统辨识、线性二次型最优控制和自适应控制等。系统辨识是对控制对象施加一定的试验信号，测量系统的输入输出数据，然后进行分析计算， 建立系统的数学模型 。就钻桅垂直 度控制系统而言，系统辨识的内容包括：试验设计、模型结构确定、参数估计和模型验证。运用系统辨识的理论和方法确定旋挖钻机钻桅垂直度系统的数学模型，为设计精确的控制器奠定基础。控制器是整个控制系统的核心，国内绝大多数旋挖钻机控制器在设计时还是采用传统的 PID控制方法，英国学者 Young等人提出一种新型的比例积分控制器方法 PIP(proportional Integral Plus)控制，该方法采用现代控制理论中的 _状态空间表达式来描述系统内部模型，并且基于非最小状态空间(Non-MinimalState Space)模型进行反馈设计。 PIP控制可视为常规 Pl控制和 PID控制的自然发展，对于一阶系统 PIP控制等价于 PI控制；对于高阶系统 PIP控制中的附加控制项能有效地提供隐式的高阶微分，从而获得比 PI和 PID更好的控制效果。运用 PIP控制理论设计旋挖钻机控制器有许多优点：所有状态向量用可测变量组成，易于用数字控制器存储；系统包括内在的解耦功能，能够消除变量 I日 J的相互干涉，因此闭环系统稳定性较好；系统具有快速的响应特性和较高的控制精度。 （ 2）国内钻桅垂直度控制系统研究现状 我国在 80年代初从日本引进过工作装置， 配装在 KH 125型履带起起重机上。 1984年，天津探矿机械厂引进美国 RDI公司的旋挖钻机并进行消化吸收。 1988年北京城建机械厂根据土力公司 (SOILMEC)的样机开发了 1 5m直径的履带起重机附着式旋挖钻机。1994年郑州勘察机械厂引进英国 BSP公司附着式旋挖钻机， 1998年上海金泰股份有限公司与宝峨合作组装 BGl5。 最近几年我国旋挖钻机取得了快速发展，国内的旋挖钻机主要生产厂家为：湖南山河智能、湖南三一、徐工、中联重科、徐州东明、北京巨力、天津宝峨、石家庄煤机、连云港黄海、哈尔滨四海、内蒙古北方重汽 、宇通重工、南车时代、山东鑫国、郑州勘察等。虽然国内的旋挖钻机产品已经有了很大的发展，但从整体上看，与发达国家的同类产品相比还有一定的差距，主要表现在自动控制和智能化方面。目前国内旋挖钻机钻桅垂直度控制系统的技术水平基本已接近或达到国际同类产品技术水平，但大部分是进口国外配套设备，产品模仿甚至抄袭现象严重，自主创新不足，普遍缺少核心技术，导致产品在可靠性、使用方便性等方面有较大的不足。国内钻桅垂直度控制液压系统也都应用了负荷传感原理，但是液压泵、液压阀、传感器等关键零部件大都是国际进口，如徐工集团的的 RDl5、 RDl8、 RD22三种旋挖钻机。三一重机的 SYR220C 220型旋挖钻机，液压系统关键部分采用卡特彼勒液压系统主控回路，先导控制回路，使用了先进的负载反馈技术，可使流量按需分配到种个工作装置，实现不同工况下的最佳匹配，但关键零nts 5 部件也是采用了国际知名品牌产品，如德国的力士乐液压元件、日本高精度密封轴承，美国专业油管接头和优质钻杆。宇通重工的 YTR230 1 50 260型旋挖钻机，主液压系统中的主控制阀、主泵由 CAT330底盘提供，系统压力达 32MPa，为大功率马达提供动力；辅助泵、辅助阀采用力士乐负载 反馈恒压变量系统，系统压力达 28MPa，为各工作液压缸提供动力；所有液压元件、液压附件也都采用国际知名品牌产品来保证系统的高可靠性。山河智能 SWDM20型多功能旋挖钻机 1201，采用比例控制的液压先导系统和负荷传感的主泵液压系统，负载敏感和压力补偿的副泵液压系统，均采用国际品牌力士乐液压元件。国内钻桅垂直度控制系统的电子控制系统大部分也是采用进口设备，如宇通重工和徐工集团旋挖钻机电控部分均采用力士乐公司自动及手动调平系统，控制器、传感器等主要电气元件也都采用进口件，而且大部分控制器的设计采用了传统的 PID方 法，控制精度及动态响应方面与国际先进水平还存在差距。山河智能 SWDM20型多功能旋挖钻机 ，自主研发了 SUNWARD EDSARSR电子控制系统，该系统集成度高，功能强大，反应快，精度高，采用二级分布控制结构，应用 CAN BUS技术和虚拟仪表技术，在基于嵌入式系统的工程机械控制器和真彩 LCD显示屏上编程实现。 1.3 课题研究意义 最近几年来，随着一批大型工程相继开工和我国基础工程行业的投资不断加大，推动了我国基础工程施工行业的发展。各类建筑和工程施工的数量和工程难度日益加大，质量要求也越来越高，尤其是人 们环保意识的不断提高，对施工环保要求也越来越高。传统的冲击、回转、反循环钻等灌注桩成孔工艺因其效率低下，污染严重，已经不能适应新施工技术的要求。旋挖钻机则以其优于其它同类产品的性能而成为此类工程中钻孔灌注桩施工的首选设备。目前我国处于一个大发展时期，正在进行大规模城市化建设及大量基础设施建设，据国家统计局的统计资料显示，我国目前共有城市 660 余个，其中人口在 100 万以上的大城市有 170 余个。随着国民经济的发展，城市化进程还将加快，老城市改造和新城市建设中新增的桩基础工程将大幅度增加，按每个城市平均仅占据2 3 台的市场需求量来保守地估算，旋挖钻机在国内的总量近几年即可达到 2000 台以上，为我国旋挖钻机行业带来了非常好的市场机遇。而这仅仅才是城市化带来的市场空间。但现在的情况是，进口产品大量涌入我国市场，而我国同类产品的开发尚处于初始阶段，因此要在消化吸收国外同类产品的技术基础上，结合中国国情，在业已取得的开发成果基础上，尽快将产品系列化，以达到替代进口产品、加速设备更新换代的目的，并为该产品早日打入国际市场打下坚实的基础。 1.4 研究 特点 （ 1）特点及其性能介绍： nts 6 旋挖钻主要用来对地基基础桩基成孔，广泛用于市 政建设、公路桥梁、高层建筑等地基础施工工程，配合不同钻具，适应于干式（短螺旋），或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业，旋挖钻机具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活，施工效率高及多功能特点。目前，旋挖钻机已被广泛推广于各种钻孔灌注桩工程。 旋挖钻机主要分为 小型机 ， 中型机 和 大型机 。其中小型机参数要求为： 钻机扭矩 100kN.m, 发动机功率 170kW, 钻孔直径 500 1000mm、深约 40m, 整机重量约 40t。小型机的应用市场定位如下 : 各种楼房的护坡桩 ; 楼房部分承重结构桩 ; 城市改造市政项目中各种桩径小于 1m 的桩 ; 适用于其它用途的桩。小型机的市场覆盖率达 30%以上。 （ 2）工艺原理： 主要是其成孔工艺与其它桩基不同 , 旋挖钻机 的钻进工艺 旋挖钻机 (当然也有干土直接取土工艺 ,视工地现场地层条件而定 ),是一种无冲洗介质循环的钻进方法 ,但钻进时为保护孔壁稳定 ,孔内要注满优质泥浆 (稳定液 )。 旋挖钻机工作时能原地作整体回转运动 。 旋挖钻机 钻孔取土时 ,依靠钻杆和钻头自重切入土层 ,斜向斗齿在钻斗回转时切下土块向斗内推进而完成钻取土 ;遇硬土时 , 自重力不足以使斗齿切入土层 ,此时可 通过加压油缸对钻杆加压 ,强行将斗齿切入土中 ,完成钻孔取土 。 钻斗内装满土后 ,由起重机提升钻杆及钻斗至地面 ,拉动钻 斗上的开关即打开底门 ,钻斗内的土依靠自重作用自动排出 .钻杆向下放关好斗门 ,再回转到孔内进行下一斗的挖掘 。 旋挖钻机 行走机动 ,灵活 ,终孔后能快速的移位或至下一桩位施工 。 （ 3） 质量控制措施 ： 桩位放样 在进行场地整平后 , 组织有资格的测量放样人员将所有桩位放出 , 钉好十字保护桩 , 做好测量复核 , 并记录放样数据备案。 埋设护筒 用拉线法检查桩位偏差 , 应满足规范要求。 成孔 采用钻头钻进 , 根据不同层次的土质结构选择不同的转盘转速和进尺进行控制。在砂层钻进和进入强风化层后 , 因土层太硬会引起钻锥跳动及偏斜、加大钻杆摆动 , 故应选择低档慢速 , 转盘转速参数取值 13 40v/ min, 成孔深度按设计要求进行控制。 钢筋笼制安 nts 7 旋挖机挖土清渣达到设计要求后 , 开始下放钢筋笼 , 其制安必须严格按照设计图纸进行 , 主筋、箍筋应焊接均匀 , 搭接长度及焊缝应符合规范要求 , 安装时应安装护块 , 以确保周正及保护层厚度 , 钢筋笼的制作偏差应符合设计及规范要求。 混凝土 浇筑 在导管接驳完毕后 , 将混凝土隔水栓吊放在临近泥浆面的位置 , 导管底端到孔底距离控制在 0.4m 左右 , 以便能顺利排出混凝土隔水栓。开始灌注前储料斗内储备的混凝土量应不少于 1.0m3, 以便在混凝土隔水栓被挤出导管后能将导管底端一次性埋入水下混凝土中 0.8m 以上 , 适时提升或拆卸导管 , 确保导管底端埋入混凝土面以下 1 4m, 灌注应连续进行。一旦发生机具故障或停电停水及导管堵塞或进水等事故时 , 应采取有效措施进行处理 , 以便尽快恢复灌注混凝土 , 同时做好记录。 孔内事故预防措施 选择有经验、责任心强的施工队伍 ， 保证操作人员的素质 ； 加强钻具检查 ， 对加工不良的钻具严禁使用 ;对孔内水头高度 , 泥浆的相对密度和粘度经常观察和检测 ， 发现问题及时解决 ， 尤其在钻孔排渣、提锥除土或因故停钻时应保持孔内规定水位和规定的泥浆性能指标 ， 以防坍孔 ;钻孔作业应分班连续进行 ， 在土层变化处捞取渣样判明土层 ， 并与地质资料核对 ， 根据土层情况采取相应措施 ， 保证施工质量 ； 升降钻锥须平稳 ， 钻锥提出井口应防止碰撞护筒或孔壁 ， 防止钩挂护筒底部 ，钻杆的拆装应迅速。 （ 4） 旋挖钻成孔施工中应注意的问题： 土层中成孔与钢护筒安设的垂直度对桩体垂直度影响巨大 ; 定位用的混凝土护筒与钢护筒合理配套使用 , 能有效缩短钻机定位时间 , 提高施工效率 ; 软岩及土层中使用旋挖斗一次成孔 ; 硬岩中先用螺旋钻头成小孔 , 然后用旋挖斗进行扩挖成孔。 1.5 本设计的主要内容 本次设计主要针对 45T 旋挖钻机随动架 及桅顶 设计 行讨论，着重于 对桅顶滑轮钢丝绳的选取和桅顶结构的设计 。其设计主要内容如下： 第 2 章 介绍 随动架 及 桅顶的 工作 原理； 第 3 章 随动架回转支承 型号 和 钢丝绳 的选择； 第 4 章 随动架及桅顶结构设计 第 2 章 随 动架及 桅顶工作原理分析 2.1 随动架原理 nts 8 随动架是钻杆上的辅助设置，能起到固定和导向作用，主要功能是落桅时支承钻杆。一般前落桅，箱式伸缩，桁架式结构桅杆没有随动架。 用连接装置滑耳可相对随动架体旋转，使得随动架既能保证钻杆运转过程的平稳性要求，又实现了拆装随动架过程的简单化和合理化，提高了拆装的安全性和拆装速度，其整体结构简单、实用，可广泛适用于各种旋挖钻机的桅杆上 。 脚架结构如下： 图 1 脚架示意图 2.2 桅顶原理 当旋挖钻机钻 头 工作完成，需要由桅顶的滑轮带动钢丝绳提起钻头、钻杆、桅杆以及钻头上所带泥土。桅顶由两组滑轮构成，一组滑轮 用于提升钻杆和钻头 ， 一边连接桅杆另一边连接主卷扬 ； 另外一组滑轮用于 在使用前组装好桅杆， 连接副卷扬 。 滑轮结构如下： 图 2 滑轮示意图 nts 9 第 3 章 随动架回转支承型号， 钢丝绳的选取 3.1 随动架回转支承型号的选取 45T 旋挖钻机属于中小型挖掘机工程机械， 根据钻杆的尺寸 ，回转支承内圈通孔圆心距中心距离必须与钻杆外套圈通孔距中心距离相同，查表，选用单排四点接触球式回转支承，型号为无齿式 010.50.630，其截面图如下： 图 3 回转支承 截面图 3.2 钢丝绳类型的选取 旋挖钻机属于桅顶滑轮在工作中起到提升重物作用且需要绕过滑轮，查表，选用起升变幅 用钢丝绳，选取 e=D/d 20，三角股钢丝绳， 选用钢丝绳型号 6V 21，GB8918-88.其截面如下图： 图 4 钢丝绳截面图 3.3 钢丝绳直径的选取 （ 1） 钢丝绳 1（连接主卷扬和桅杆） ： 承受最大载荷为 78KN 即最大工作拉力为 78KN,钢丝绳直径的选取需要考虑安全系数和最大工作拉力。 F0=nSmax。 F0 为整根钢丝绳的破裂拉力， n 钢丝绳的安全系数， Smax 钢丝绳的最大工作拉力。 因为是起升类起重机， 用于起升用的起重机安全系数不得小于 5，这里 选取 5级精度，经查表得即选取安全系数 n=5，计算 F0=78 5=390KN,查表选取钢丝绳直径 d=28mm。 （ 2）钢丝绳 2(连接副卷扬 ) ：承受最大载荷为 62KN 即最大工作拉力为60KN,F0=nSmax=5 62=310KN,考虑实际情况， 查表得 d=20mm。 nts 10 第 4 章 随动架及桅顶结构设计 4.1 随动架结构设计 结构如下： 图 5 随动架示意图 立体图如下 nts 11 图 6 随动架立体图 4.2 滑轮尺寸的确定 （ ZBJ80006.1-87） （ 1） 第一组滑轮直径： 第一组滑轮连接主卷扬和桅杆，该组钢丝绳直径为 28mm，滑轮卷扬 直径 D0 e2d，旋挖钻机为中级起升起重机，查表得， 5级精度，选取推荐值 e 2=18，所以计算 D0=18 28=494，这里我们选取 500mm。 这里 D 350mm，一般要铸成福板上带孔和筋的结构，材料选取 QT450-10.查表得钢丝绳直径 d=28mm 的滑轮关尺寸如下： D1=500， R=15, H=40, B1=75,E=53, R1=22， 40 60 R2=18,R3=4,R4=6,M=16,N=3.0,S=16. (2)第二组滑轮直径：该组钢丝绳直径 d=20mm，计算得 D e2d=18 20=360，取 D2=400.查表得 :R=11,H=35,B1=60, E=44,R3=3.0 ,R4=5.0 ,S=14 滑轮结构如下： nts 12 图 7 滑轮相关尺寸示意图 滑轮的结构设计 采用有轮辐的结构，其结构图如下 ： 图 8 滑轮示意图结构图 4.3 支架 形状等强度设计计算（等强度计算） 将滑轮 支架 两边当作一个整体，因为 支架 厚 30mm，所以简支梁宽度 b=60mm，而高度h 在满足等强度要求下是变化的。 满足 max=M(x)/W(x)= ，或者 W(x)= M(x) / =Fx/ =bh2(x)/6,得出 h（ x） =(3Fx/b )1/2， 对于连接钻杆的一端： 分别取 x1=606,x2=100,计算 得 h1=635.37mm,h2=258mm。 nts 13 对于连接卷扬的一端：分别取 x1=344,x2=100,计算得 h1=595.37mm,h2=321mm。 设计尺寸示意图如下： 图 9 桅顶尺寸设计图 4.4 轴承的 设计 计算 （ 1） 轴承分析与选择 因为 旋挖钻机桅顶滑轮 较简单，选用滑动轴承。滑动轴承特点：滑动轴承结构简单，成本低廉，运动平稳，寿命长，抗振动性能好，可以在强冲击和重载下工作。 旋挖钻机桅顶对轴承的工作要求不高，并且作低速间隙回转，所有选择类型：低速重载轴承、非液体摩擦轴承、径向轴承。同时，桅顶轴承只受径向载荷，所以选择径向滑动轴承。 （ 2） 滑动轴承结构形式 因为旋挖钻机 桅顶滑轮工作特性是：低速、重载、间隙运动，所以选用整体式结构。 （ 3） 滑动轴承材料的选择 nts 14 与 桅顶 滑轮连接的主副卷扬的提升速度为 70m/min， 拉力分别为 78KN 和 60KN,所以属于中速 重载，查表得，选 用轴承材料为 ZCuSn10P1（ 10-1锡青铜）。 （ 4） 滑动轴承的润滑 旋挖钻机桅顶难以经常供油，选用脂润滑，中速重载， 轴颈 周转速度为70m/min=1.17m/s 1m/s， 工作温度范围为 -200 1200查表得， 润滑材料为 ： 2 号通用锂基润滑脂。 （ 5） 轴瓦 及其轴套尺寸确定 选择 整体式 径向轴瓦， 卷制轴套式。 前面选了轴瓦材料为 ZCuSn10P1（ 10-1 锡青铜），查表得，许用值为： p=15MPa， v=10m/s， pv=15 MPa. m/s 销轴 1（主卷扬对应）直径为 d1=60mm， 查 轴瓦 表得 ： 轴瓦 壁 厚 eT=2mm，轴瓦 外 经为 DL=62mm。 (GB12613-90) 查轴套表得： 轴 套外经 D=67mm， 壁厚 t=3mm,C=1.2,C1=0.6。 (GB12613-90) 查表得， 起重机中 B/d 取 1.0 2.0， 据表得 B=70mm。 （ GB2931-82） 销轴 2（对应副卷扬）直径 d2=50mm， 查 轴瓦 表得， 轴瓦壁厚 eT=2mm，轴瓦外经为 DL=52mm。 (GB12613-90) 查轴套表得， 轴 套 外经为 D=56mm,轴瓦壁厚 t=3mm， C=1.2,C1=0.6 (GB12613-90) 查表得，起重机中 B
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