大直径桩基础工程成孔钻具I型钻具总体设计开题报告.doc

本科生毕业设计(论文)开题报告书题目:大直径桩基础工程成孔钻具I型钻具总体设计学生姓名:专业班级:指导老师:机械工程系论文（设计）题目大直径桩基础工程成孔钻具I型钻具总体设计课题来源、目的、意义、国内外概况和发展趋势1.课题来源、目的、意义长期以来，桥梁、港口、码头、水工和工民建筑物的基础工程，在0.8米以上2.0米以下常规直径桩基础成孔施工中，广泛使用冲击钻和回旋钻两种基本钻型，以及泥浆护壁正循环排渣方法施工。在桩基工程施工中大量使用的冲击钻和回旋钻，它们工作状态的一个共同特点，是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。如果单个刃具能实现平面单迹线星形运动，并同时具有径向旋削软散颗粒，轴向冲击破碎整体岩石的功能。则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，若干曲线的运动，使施工面呈周边包络线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。本设计，就是综合解决钻具既具有冲击破碎和旋削岩土的成渣能力，同时也建立钻具高效排渣的结构和性能条件。由于采用了星形运动以及模块化结构的方案，也使解决大（中）直径成孔钻具地质通用性、施工适用性、高效率、轻性化和小扭矩的设计问题成为了可能。目前的应用除适用于开发桩基钻具外，还可应用于开发土工“灌砂法密实度检测”取样机。其机构原理还可应用于引进技术开发生产的异形大断面“地铁隧道盾构机”和“顶管掘进机”刀盘的新型化设计、改造和完善。很适合与回旋系列钻机配套使用，特别是可进一步发掘回旋系列钻机的潜能和提升其综合性能。2.国内外概况和发展趋势随着国内外桩基础工程机械的研究开发，为了适应各种工程地质条件施工，提高成孔施工效率，降低设备投入量和适应大直径桩基成孔需要，目前在传统的冲击钻和回旋钻的基础上，已生产出了如：重型冲击钻、连杆冲击反循环钻、套管钻机、潜孔冲击锤、潜水回旋钻、回转斗钻、短螺旋钻和扩底钻头等施工机械设备，大部分产品实现了反循环排渣，明显地提高了成孔施工效率，一般岩层成孔直径可达到2.5米左右，进口设备成孔直径已可达6米。其中结构简单的国产重型冲击钻成孔直径也可达3.0米。但是仍然存在着种种不适应施工需要的问题，主要是：1、普通回旋成孔钻，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，地质适应范围受限。2、一般冲击钻虽然地质适应性好，但施工效率显低，同时大直径的重型冲击锤自旋性差，成孔失圆度大。3、设备和钻具通用和互换性差，即一种设备只能配套相应钻具。一种规格的钻具，只能适用于相应直径的成孔。4、国内大直径的钻具设备研发，少有研究采用新的运动原理和结构，一般只能采取加大直径，增加配套功率和扭矩，以及选用高硬刃具材料等办法，因而有趋向高功率配置和笨重方向发展的趋势，不仅固有的弱点问题没有解决，而且又更加大了施工设备投资，影响工程建设效益。5、适应桩基础沉井护壁不排水施工的设备缺乏。而不排水施工可避免发生沉井严重偏位、沉井滞留和井口沉陷以及下沉缓慢等诸多问题。已有工作基础和解决的主要问题有了相关设计原理及技术要求的原始资料，借到几本桩工机械的相关书籍。在建筑工地和常德桩工机械厂进行考察，对大直径桩基础工程成孔钻具有了更深刻的认识和理解。在毕业设计之前有过几次课题设计，对课题的开展工作有了基本经验。已经学习了,等相关课程。在设计中主要考虑钻头的总体结构和受力平衡问题，星型齿轮和钻杆的数量及安装位置，冲击重锤的数量冲击能量及受力平衡,气举排渣,材料的选择及热处理,总体造价等问题。研究内容和研究目标我的课题是要设计一种新型的桩基成孔钻具，它要综合回旋钻和冲击钻各自优点，而且还有一个显著特点：采用星型运动原理，用点切削代替面切削。在设计中，要充分考虑在现有生产条件及材料选择条件下，重点研究如下问题：整体结构设计，传动设计，钻头设计，冲击能量，材料热处理，排渣方案，成本等。研究思路和研究方案本课题为桩工机械的范畴，“桩工机械”处于机械与土建的边缘学科的位置。所以，本设计要求我有一定的土建知识，熟悉施工的工况和经常发生的问题。以以往的课题设计经验为基础，采用理论和实际相结合的方法。多进施工工地，考察现有设备的工作状况及常发生的问题。进桩工设备制造厂了解制造设备的制造情况，以便在设计中尽量运用现有设备及加工工艺。多查相关资料，多和老师、工人师傅、同学研究讨论，选择在现有生产条件下最合理的设计方案。研究方案大体是：1.论证星型齿轮数量与钻头运动轨迹的关系；2.计算出各零件在施工过程中的受力；3.冲击锤的数量，冲击能量和钻头的受力平衡；4.气举排渣的结构设计；5.计算出各零件的匹配尺寸；6.控制钻头的造价在合理范围内。工作进度计划1.2003.03.06-2003.03.15实地见习、查看相关资料和编写开题报告。2.2003.03.16-2003.04.15完成整体设计方案及材料选择及力学计算。3.2003.05.16-2003.05.15完成整体装配尺寸计算及所有图纸。4.2003.05.16-2003.05.30完成说明书的编写和收尾工作。主要参考文献1.孙恒，陈作模主编北京：高等教育出版社20012.王伯惠，上官兴著北京：人民交通出版社19993.GROUNDENGINEERING2004JANUARYP6P84.濮良贵，纪名刚主编北京：高等教育出版社19965.吴宗泽，罗圣国主编北京：高等教育出版社19996.邹慧君主编北京：高等教育出版社19987.刘鸿文主编北京：高等教育出版社1992.