DNXW100铁路公路两用旋挖钻机设计【11张图/18300字】【优秀机械毕业设计论文】
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dnxw100
铁路
公路
两用
钻机
设计
优秀
优良
机械
毕业设计
论文
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-
文档包括:
说明书一份,42页,18300字左右.
PPT答辩稿.ppt
任务书.doc
外文翻译.doc
开题报告.doc
摘 要.doc
目 录.doc
自查表.doc
说明书.doc
图纸共11张,如下所示
A0-公路运输状态总装图.dwg
A0-卷扬总装图.dwg
A0-工作状态时总装图.dwg
A0-支架.dwg
A0-桅杆.dwg
A0-液压图.dwg
A0-铁路运输状态总装图.dwg
A4-立板.dwg
A4-轴套1.dwg
A4-轴端支撑.dwg
三维示意图.dwg
（论文）任务书
题目 DNXW100铁路公路两用旋挖钻机
专业 机制05-02班 学号 050401140225 姓名 许建刚
主要内容、基本要求、主要参考资料等：
1、 主要内容
铁路公路两用旋挖钻机的总体设计；
铁路公路两用旋挖钻机结构分析；
液压系统的设计分析；
进行整机稳定性分析。
2、 基本要求
设计机器总体、主要部件、主要零件、机器立体图、液压原理图等，折合0号图纸5张；
设计计算书1.5万字；
外文资料翻译3000汉字。
3、主要参考资料
a、机械设计手册；
b、相关专业机械书籍；
c、相关专业机械文章、专利资料；
d、相关生产机械厂家样本、图纸等。
课题名称 DNXW100铁路公路两用旋挖钻机
课题来源 牡丹江建机厂 课题类型 A 指导教师姓名 赵伟民
学生姓名 许建刚 学 号 050401140225 专 业 机械设计制造及其自动化
开题报告内容：（调研资料的准备，设计目的、要求、思路与预期成果；任务完成的阶段内容及时间安排；完成设计（论文）所具备的条件因素等。）
1、资料准备
设计手册，期刊文章。
2、设计目的
随着全球经济的高速发展，基本建设范围的持续拓宽，以人为本和保护环境的理念及至相关法津法规实施的不断强化，使桩基础特别是现浇混凝土灌注桩基础几乎取代了其他基础，得到了广泛的应用空间。旋挖钻机因其效率高、污染少、功能多的特点，适应上述综合发展的需求，在国内外的现浇混凝土灌注桩施工中得到了广泛应用。
“十一五”期间我国将投巨资进行铁路、公路、电力、城市公共设施等的建设，桩基础施工机械必将有一个大的发展。而为应对2008年爆发的经济危机，国家扩大内需，决定今后三年投资3.5万亿用于铁路建设，这对工程机械公司必将是个难得的机遇，旋挖钻机主要应用于桥梁和高速铁路，是此次工程机械行业中受益最为直接的产品。有机械研究员表示，已经开工的京沪高铁项目总投资为1300多亿元，将于2010年投入运营。高速铁路桩基工程若同时全面开工2000公里，需新增300～500台旋挖钻机。未来2～3年旋挖钻机国内每年的市场需求将达600～800台，以450万元一台的单价计，其市场容量高达27亿～36亿元。
而“十一五”期间铁路建设目标，是拉动旋挖钻机业务的另一引擎。其间，我国将建设铁路新线1.7万公里。而我国正在进行的大规模城市化建设也为旋挖钻机提供了广阔市场需求。据此预计，旋挖钻机未来3年仍将保持40%以上的增长。
国内旋挖钻机底盘多为履带式底盘，铁路、公路两用旋挖钻机目前还是空白，但鉴于国家大力发展铁路建设，铁路、公路两用旋挖钻机将会得到广泛应用，市场前景相当乐观，为满足市场需求我们进行DNXW100铁路公路两用旋挖钻机设计。为满足市场需求我们进行DNXW100铁路公路两用旋挖钻机设计。
3、要求
铁路公路两用旋挖钻机的总体设计；
铁路公路两用旋挖钻机结构分析；
液压系统的设计分析；
进行整机稳定性分析。
4、任务完成阶段内容及时间安排：
3月31日～4月13日 （2周）铁路公路两用旋挖钻机总体设计；
4月14日～5月04日 （3周）钻桅、变幅机构结构设计；
5月05日～5月25日 （3周）卷扬设计与分析；
5月26日～6月01日（1周）液压系统设计；
6月02日～6月15日（2周）配重平衡机构的设计；
6月16日～6月22日（1周）论文写作与整理，准备答辩。
5、预期成果
设计机器总体、主要部件、主要零件、机器立体图等，折合0号图纸5张；
设计计算书1.5万字；
外文资料翻译3000字。
6、现有条件
具有部分相关图纸资料和样本；
具有相关三维设计与仿真软件；
指导教师对该领域非常熟悉。
摘 要
旋挖钻机因其效率高、污染少、功能多等优点,应用于桩基础特别是现浇混凝土灌注桩基础几乎取代了基他基础，在国内外的桩施工中得到了广泛应用。车载旋挖钻机以其机动性好、转场速度快、动作灵活等特点，在城市改造、市政项目、城郊内高架桥建设中显示了其独特的优势。而为了运输方便，把车载旋挖钻机改成铁路公路两用，更突出了其机动性好的优点。
本设计在分析对比了目前存在的旋挖钻机的各组成机构的优缺点的基础上，完成了铁路公路两用旋挖钻机的底盘选型设计、支腿方案确定及结构设计、钻桅支撑机构确定及设计、钻杆结构设计。重点利用Solidworks Simulation有限元分析软件对轨道行驶机构和钻桅部分提钻、钻孔二种工况下分别进行了静力学分析强度校核及结构优化；运用Solidworks Motion软件对起架变幅机构进行了动力学分析，对动臂、支撑杆进行优化设计；对主卷扬部分进行了重点设计；对整机进行稳定性分析；对液压系统进行了设计。
关键词：旋挖钻机；铁路公路两用底盘；稳定性分析；液压系统；有限元分析
Abstract
Because of their high efficiency，less pollution,more functional advantages，Rotary Drilling Rigs are used for pile foundation especially for cast-in-place concrete piles which has replaced the basis of others＇foundation, and which has been widely used in the pile construction at home and abroad．Through its maneuverability，high-speed aroud the site and flexible action，Trucked Rotary Drilling Rig demonstrated their unique advantages under the transformation in the city， municipal projects，construction of the viaduct in the city outskirt．
On the basis of analysising of Rotary Drilling Rigs in the existing and comparatting the advantages with disadvantages of the various components，the design have a completion of the selection of the chassis for Rail and Road Rotary Drilling Rigs，the scheme of its outriggers and their structure design，the design of the drilling masts support agencies，the structural design of the drill pipe，the matching of bits．Mainly use Solidworks Simulation finite element analysis software to check the strength of drilling mast and have a structural optimization for the parts in each from it through the method of reactional force transfering under three conditions；use Solidworks Motion software to have a dynamic analysis of starting-range institutions and have an optimized design of boom and supporting bar on the basis of data-sharing technology，have a stability analysis of the whole Trucked Rotary Drilling Rig；complete the design of hydraulic systems．
Key words：Rotary Drilling Rig；Rail and Road chassis；Stability analysis；Hydraulic system；Finite element analysis
目 录
第1章 概述 1
1.1 引言 1
1.2 国内外旋挖钻机的发展状况 2
1.3 铁路、公路两用旋挖钻机的优越性 5
1.4 本章小结 5
第2章 铁路公路两用旋挖钻机结构设计 6
2.1 铁路公路两用旋挖钻机方案的确定 6
2.2 铁路公路两用旋挖钻机的总体设计 13
2.3 本章小结 15
第3章 铁路公路两用旋挖钻机主要部分的计算与分析 16
3.1 轨道行驶机构的设计计算 16
3.2 主卷扬部分设计计算 17
3.3 钻桅部分的设计计算及有限元分析 20
3.4 动臂部分的静力学分析 26
3.5 本章小结 28
第4章 整机稳定性计算 29
4.1 整机稳定性校核 29
4.2 整机稳定度分析 32
4.3本章小结 33
第5章 液压系统设计 34
5.1 液压系统设计 34
5.2 液压系统图 35
5.3 重要液压元件的选型 35
5.4 本章小结 37
结论 38
参考文献 39
致 谢 40
- 内容简介：
-
课题来源：牡丹江建机厂 答辩学生：许建刚 指导老师：赵伟民（教授） 1、概述 旋挖钻机作为新型深基础桩孔施工设备，与传统的工程钻机相比，具有高效率、低噪音、低污染等特点。旋挖工法已经成为重要的桩孔施工手段，它对加快建设速度、保证工程质量、降低工程成本、提高作业效率、保护环境具有重要的意义。而铁路公路两用旋挖钻机因其运输的灵活性也即将成为旋挖钻机家族的新星，但因国内旋挖钻机发展历史较短，所以铁路、公路两用旋挖钻机在国内尚属空白。 铁路公路两用旋挖钻机的优越性 运输方便 钻进速度快，成孔时间短 作业占地面积小 成孔质量高，费用低，且保护周围环境 2、车载旋挖钻机的方案确定 及总体设计 主 要 性 能 参 数 如 下 表： 项目 单位 数值 最大钻孔直径 800 最大钻孔深度 m 30 最大名义扭矩 kN/m 100 最大钻孔速度 3 甩土速度 78 主卷扬最大提升力 02 副卷扬最大提升力 1 卡车底盘载重 5 铁路公路两用旋挖钻机方案的确定 旋挖钻机的结构主要有底盘、钻桅、变幅机构、主副卷扬、 动力头、钻杆、钻头、转台、发动机系统、驾驶室、覆盖件、配重、液压系统、电气系统等。 （ 1）、底盘 铁路公路两用旋挖钻机可采用把车载式旋挖钻机进行铁路化改造的方案 ， 汽车底盘可向国内专业汽车生产商购买 。 在汽车底盘的基础上 ， 为适应铁路上运输的需要 ， 应加装轨道行驶机构 。 而为了满足旋挖钻机工作时性能要求 ， 须加装液压支腿 。 （ 2）钻桅 （创新点） 桅杆是动力头和钻杆的附着体，现多采用折叠式，有圆形、矩形截面两种。桅杆顶部装有滑轮组，用来完成对动力头、钢筋笼和注浆导管的起降。桅杆前面两侧配有矩形导轨，作为动力头上下运动的导向。桅杆上依次装有滑轮架、加压油缸及动力头。考虑到此次设计的结构要求，决定不采用折叠式，而把上、中、下节都合成一节。并且为减少整车高度，采用上面是矩形截面，而下面是 矩形截面 （ 3）变幅机构 变幅机构常用形式有两种，分别为平行四边形和三脚架的两级变幅机构和大三角形变幅机构。 平行四边形变幅机构 大三角形变幅机构 经比较两种形式的优缺点后决定选择平行四边形变幅机构 （ 4）主副卷扬 主卷扬用以提升和下放钻杆，卷扬驱动方式为液压驱动。主卷扬是在钻进过程当中完成钻杆和钻头下放和提升等功能的机构，而副卷扬的主要功能是完成工地上所需的焊机钻头等附属物品的起吊。卷扬机构主要由液压马达、内藏式卷扬减速器、卷扬筒、钢丝绳、压绳器等组成。 （ 5）动力头 动力头是钻机工作的动力源，它驱动钻杆、钻头回转，并能提供钻孔所需的加压力、提升力，能满足高速甩土和低速钻进两种工况。动力头驱动钻杆、钻头回转时应能根据不同的土壤地质条件自动调整转速与扭矩，以满足不断变化的工况。 （ 6）钻杆 根据钻孔时采用的钻进加压方式不同，钻杆分为三种类型：摩擦加压式钻杆（简称：摩擦杆）、机锁加压式钻杆（简称：机锁杆，又称：凯式钻杆）和组合加压式钻杆（简称：组合杆） （ 7）钻头 目前国内外旋挖钻机的钻头有 3种常用的结构：短螺旋钻头、回转斗钻头、岩心钻钻头。 回转斗钻头 岩心钻钻头 短螺旋钻头 铁路公路两用旋挖钻机方案确定为： 底盘采用汽车底盘改造，底盘经过选择，决定采用中国重汽 道行驶机构根据底盘空间，决定布置成弧形收缩式，支腿采用蛙形支腿；钻桅采用不分三节，而把三节合为一节，并且采用平行四边形和三脚架的两级变幅机构支撑；主副卷扬安装在上车上；钻杆采用摩擦式钻杆；配有短螺旋、回转斗、岩心钻三种钻头。 铁路公路两用旋挖钻机总体布置为： 1、钻杆 2、动力头 3、钻具 4、钻桅 5、变幅机构 6、副卷扬 7、主卷扬 8、上车部分 9、汽车底盘 10、蛙型支腿 11、轨道行驶机构 3、铁路公路两用旋挖钻机 主要部分的计算与分析 （ 1）轨道行驶机构的设计计算 （创新点） 火车支撑杆的有限元分析图： 铸钢的钢号为 屈服强度为 445大应力为226安全系数为 2，则此件满足设计要求。 （ 2）钻桅部分的设计计算及有限元分析 钻桅的有限元分析可以分为两个步骤：一、对滑轮架进行分析，然后列举处滑轮架固定部分的反作用力。二、将列举出的反作用力加到桅杆上 。 步骤一：滑轮架的有限元分析 滑轮架主要作用是承受主副卷扬钢丝绳的载荷，其危险工况有两个：一是直接提钻工况。此时滑轮架主滑轮钢丝绳承受钻杆重力、钻斗重力、土壤重力和钻斗与土壤之间的粘滞阻力，主卷扬最大提升力达到 102滑轮架主滑轮上钢丝绳受力为 102副滑轮不受力。二是钻孔已完成，副卷扬吊钢丝笼放进孔内工况。此时主滑轮钢丝绳承受钻杆重力和钻斗重力，而副滑轮上钢丝绳达到最大力，即 43 滑轮架直接提钻工况下有限元分析云图 滑轮架直接提钻工况下有限元分析云图 工况一时滑轮架最大应力为 足要求。 步骤二：桅杆的有限元分析 桅杆也采用在 杆的有许多工况例如起架工况、钻孔工况、提钻工况、卸土工况、转位工况等，对钻桅影响大的是钻孔工况、提钻工况、副卷扬受力工况，均属于危险工况。若是直接提钻工况与副卷扬受力工况，其上所加的力为分析滑轮架时的反作用力。若是钻孔工况，其上所加的力来自动力头的扭矩。 钻孔工况下桅杆的有限元分析云图 提钻工况下桅杆的有限元分析云图 副卷扬最大提升力工况下桅杆有限元分析云图 （ 3）动臂部分的静力学分析 作为变幅机构的主承载件，动臂也是整个旋挖钻机设计中需要特别分析的重要部件，根据对旋挖钻机各个工况的分析，很明显，动臂的危险工况出现在直接提钻工况下。但是，由于旋挖钻机的变幅机构能使旋挖钻机工作部分进行 0到 化，得出动臂受力最大的点和力。所以进行动臂部分分析时得分为两个步骤：步骤一是在加上载荷情况下使变幅机构从0到 化，求出动臂的最大受力。步骤二是根据求出的最大力进行动臂的静态有限元分析。 动臂的受力曲线 动臂的最大受力点在支撑杆为 0度的状态，为 988 动臂最大应力值为 229料为 绝大部分的应力值都小于 170以动臂的设计符合要求。 4、 整机稳定性计算 车载旋挖钻机由于其动力头传递的扭矩大、整机高度大、工况复杂等原因，对稳定性要求较高。在此对钻孔工况、提钻工况和侧向缷土工况采用平衡力矩法进行稳定性校核，对纵向工作工况、横向工作工况和运输行驶工况进行稳定度分析。 （ 1）整机稳定性校核 平衡法公式 纵向钻孔和提钻力矩图 侧向卸土力矩图 （ 2）整机稳定度分析 稳定度是通过最不利倾覆线的垂直平面和通过整机重心与同一倾翻线的平面之间的夹角。夹角越大，稳定度越高。 公路运输状态稳定度图 铁路运输状态稳定度图 5、 液压系统设计 由
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