回旋冲击钻具星形运动结构设计调研报告

本科生毕业设计调研报告 题 目 : 回旋冲击钻钻具星型 运动结构设计 学生姓名 : 专业班级 : 指导老师 : 机 械 工 程 系 2006 年 03 月 10 日 实习或调研地点 常德桩工机械厂与常德丹阳天桥工地 实习与调研时间 2006 年 2 月 27 日 2006 年 3 月 10 日 毕业实习与调研的目的、意义： 目的：主要 熟悉成孔钻具的成孔原理以及现场的工作环境，了解钻具的基本参数和地质层的基本构造，为开展毕业课题设计提供原始的资料，确保课题设计成 果的可行性、实用性和经济性。 意义：这是一次理论联系实际的好机会，它会使我们所学到的基础知识和专业知识结合实际工程问题将得到综合运用，对我们的能力将是一次很大的提高，为我们以后走上工作岗位打下良好的基础。 毕业实习与毕业设计调研鉴定： 指导教师： 年 月 日 毕业实习与毕业设计调研成绩评定 指导教师建议成绩： 指导教师 （签名）： 年 月 日 系毕业设计工作指导小组审定成绩： 组长签名： 机械工程系（盖章） 毕业实习与毕业设计调研报告正文 一、实习与调研单位基本情况 在常德我们参观了常德桩工机械厂。该厂是 一家 小规模的 私营企业，拥有两个车间和相关厂房， 采用传统的作坊 生产管理形式， 生产的产品主要是水下电机，与之配套的减速器，回旋钻和冲击钻。 在厂的职工多数是 当地 有经验的工人。在和工人们的交谈中，我们了解到回旋钻、冲击钻的一些技术 参数，钻具在实际建筑工程应具有的一些基本功能。 二、习心得和体会 我的课题主要任务是设计出一种新型的桩基成孔钻具的运动结构以及钻具整个整体机构，它要综合实现回旋钻和冲击钻的各自优点。 这个课题不仅涉及到机械方面的知识，还要求设计懂得一些有关的建筑的知识，是一个有关机械与土建的边缘课题。这不仅要求设计者在机械方面有扎实的专业基础知识，还要知道一些与土建方面的知识。这对于我来说无疑是一个挑战，同时通过这次调研我有足够的信心完成这项设计任务。 通过查阅资料我们了解到在国内外还没有一种钻具能综合实现回旋钻和冲击钻的功 能，如果能设计成功这将是桩工机械方面的一大突破。所以整个设计过程一切都是从零开始，这就要求我们设计者统筹兼顾，既要设计一个全新的结构以综合实现冲击钻和回旋钻的功能，保证整个钻具达到预想的目标；同时又要考虑整个机器零部件的加工，以确保整个设计的可行性、经济性和钻具的实用性。 鉴于以上原因，我们调研不仅要到设备生产单位，还要到成孔设备的生产现场了解情况。在厂长唐先生 我们 那里了解到， 他为了解决钻具的实用性， 所以就 自己 办了这家企业。在车间里摆满了各式设备和相关加工产品。他们生产的钻具主要是回旋钻和冲击钻。回旋钻的结 构较为简单，其制造加工相对来说也比较简单，基本程序是，首先选好的钢材，按照实际工程要求将钢板裁减成要求的尺寸，按要求在卷板机上将板料卷成空心院筒，同时把接缝焊接起来，在内部装上钻杆，在钻杆与钻筒间焊接螺旋形钢板，最后螺旋形钢板下端焊接上钻齿。工作时，与钻杆相连的水下电机带动钻头转动，下端钻齿不断刮削岩土，刮下的岩 土在后产生的岩土的压力下，在钻筒中成螺旋状上升，在钻头下钻到一定的深度后，钻筒内就装满了岩土。在提钻的同时，用强力水龙头将岩土冲洗下来。这样反复下钻，直到钻到要求深度。由于回旋钻对工程地质条件变化的适应性差，特别是不适应大砾石地质和无风化硬岩层成孔，这样对钻具的磨损相当严重，这样一来在实际工程应用中加大了钻具的更换频率，给工程带来许多的不便。由于这些原因就限制了回旋钻的应用范围。生产的冲击钻为一个大十字架形的钢形结构，下端为一些凸出的钻齿。冲击钻主要是针对地下岩石层，而回旋钻在这里失去了它的实用价值。由于岩 石的脆性，不耐冲击，所以通过刚性冲击能很好的达到预定的目的。冲击钻的基本工作原理是：将钻头在钻架上通过卷扬机将钻头吊离地面一定高度，然后让钻头自由落下，靠重力势能（或动力）来实现钻进。但是，在这里也出现了一些问题，这样虽然基本上满足成孔要求，但成孔的速度较慢，而且在地质条件比较差的土壤上，孔会出现失圆的可能。同时由于钻头很重，与其配套的钻架比一般的要求更高，需个别生产；工作时，钻具对钢丝和滑轮的损坏相当严重，这样无疑加大了设备成本。由于钻具只能上下往复运动，钻具的自旋性很差，成孔失圆度大。同时，回旋钻和冲击 钻有一个共同特点 ：切削刀刃与孔壁和孔底保持整体的或线或面的接触，摩擦阻力大，切削相对速度低，能量分散，分布不合理，无效功耗大，效率低。这是实际工程中不想看到的。如果能设计一个钻具能实现单个刃做单迹线星形运动，并同时具有径向旋削以软散颗粒，轴向能冲击破碎整体岩石，这样就能很好的解决回旋钻和冲击钻的缺陷。这样若数个小直径的刃具也将会产生高效率的复合运动和作用，由若干连续点的运动，形成连续的曲线运动；由若干曲线包络成为 圆形的细密网状曲面 ，实现钻具逐 层从上至下的整体成孔运动。 随后，我们自行到了常德市丹阳天桥附近的 一个工地，现场参观了回旋钻（螺旋钻）的工作情况。通过对现场工地的观察，我们了解到地质的基本构造 ，同时也了解到实际建筑工程施工的步骤。通过工地工人介绍，我们基本了解到了在实际施工过程中出现的一些问题，也进一步明确了本课题的主要设计任务，同时给我们设计提供了更充分的资料。 在实际中 各项工程基础的施工进度以及设备的使用寿命往往是影响整个项目建设工期的关键，其造价也是影响项目投资的主要不定因素。鉴于以上情况，为适应各类建筑工程材料、设计和施工技术的发展需要，如何从钻孔桩基础施工成孔设备着手，综合冲击钻和回旋钻两种基 本钻型成孔原理的优点，研究开发出新型成孔钻具，以解决桩基工程施工，要求快速高效、稳定可靠、广泛适用和适应超大直径方向发展的问题， 这些都是本课题的研究任务 。 三、实习总结 实习与调研过后，综合实际工程的需要，综合考虑回旋钻和冲击钻的优点，初步 把我的课题设计的方案定下来。我设计的钻具基本运动原理为行星运动，使钻头以点切削代替线切削和面切削，这样降低了驱动装置的功率，又利用气举反循环排渣原理，使钻头一边钻进一边快速排渣，提高了成孔效率；同时将利用冲击钻的原理，采用冲击运动来破碎岩石，使其适应不同地质环境，提高钻具 的通用性。 此次调