TR368旋挖钻机桅杆的结构设计与有限元分析含4张CAD图
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TR368
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TR368旋挖钻机桅杆的结构设计与有限元分析含4张CAD图,TR368,钻机,桅杆,结构设计,有限元分析,CAD
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TR368旋挖钻机桅杆的结构设计与有限元分析一、摘要旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，旋挖钻机的额定功率一般为125450kW，动力输出扭矩为120400kNm，最大成孔直径可达1.54m，最大成孔深度为6090m，可以满足各类大型基础施工的要求。近年来随着经济的不断发展，我国旋挖钻机行业发展的速度突飞猛进，但是与国外先进的制造技术相比，我国还处于大发展阶断，特别是在旋挖钻机桅杆的结构设计方面，一直都处在学习，借鉴的阶段，对旋挖钻机桅杆的设计研究还有待进一步的提高与发展。桅杆作为旋挖钻机的重要组成部件之一，一旦桅杆出现故障，极有可能导致安全事故的发生，而且桅杆维修时间长，成本高对工程施工来说是一个巨大的损失。所以我们应该进一步从整体上来提高桅杆的刚度，在保证满足桅杆结构的力学性能的情况下，对旋挖钻机桅杆进行合理的结构设计与优化。国内的专家认为：旋挖钻机在国内今后几年仍有很大的市场。故对旋挖钻机现状与结构特点分析有着十分重要的意义！ 关键词:旋挖钻机 桅杆二、旋挖钻机国内外发展现状1)国内发展现状2000年以前国内桩机还是以步履底盘为主、多种机具开发作为主要目标。2000年以来，旋挖钻机技术飞速发展。目前我国正处在大发展时期，基本建设需要大量桩工机械，而旋挖钻机的现状是大部分需要进口，只有少部分为国产和国外二手产品。我国新型旋挖钻机正处于快速发展时期。国内企业近年来利用各种方式和途径在消化吸收国外先进技术的基础上不断创新相继开发了多种型式的旋挖钻机。国产旋挖钻机整体水平虽然与国外产品还有一定差距但主要性能已接近国外先进水平价格优势明显，所以目前国内旋挖钻机市场已经从进口机为主变为以国产机为主。国内旋挖钻机品种比较单一，大多数产品的扭矩是180-220kNm，用户选择的余地较小。然而，据统计，我国80%-85%的桩基础桩径在1200mm以下，深度不超过40m。今后可以发挥旋挖钻机的多功能这一最大优点，不片面强调大扭矩条件开发适合我国国情，满足施工要求价格较低的旋挖钻机。目前国产旋挖钻机中，与钻桅相关的电子控制系统同样采用了较多的进口零部件，例如：宇通和徐工的产品均采用Rexroth公司的自动调平系统、传感器和控制器。国产旋挖钻机大部分控制器采用了传统的PID控制方法，动态响应与精度与国际水平尚存在一些差距。在市场竞争压力的作用下，国内部分产品也开始逐步采用现代控制理论，对传统的控制技术进行升级优化。2)国外发展现状目前世界桩工机械比较发达的国家主要是德国、意大利和日本，最尖端的设备和工法通常也是这几个国家率先开发的，紧随其后的是美国、英国、法国、荷兰、芬兰等国。全球有三个最大的桩工机械市场：宝峨、土力、卡萨格兰地，它们的年销售额居前三位。目前旋挖钻机在国内外的灌注桩施工中得到广泛应用，尤其是在欧洲和日本等发达国家早就成为大直径钻孔灌注桩施工的主要设备。国外主要生产旋挖钻机的企业包括德国的BAUER意大利的CMV、IMT、 SOILMECMATT等这些企业生产的旋挖钻机技术已趋于成熟。比如，在旋挖钻机钻孔时，不仅能够自动检测孔的垂直度还能对其进行控制。使用液压履带式伸缩盘使旋挖钻机的稳定性与机动性能更加优良。采用大扭矩多节伸缩式钻杆满足不同的地层要求。国外的旋挖钻机主要有独立式旋挖钻机和起重式附着旋挖钻机两种形式。21世纪以来，国外旋挖钻机逐步向智能化、模块化发展，机电液系统高度融合、操作便利、性能卓越、移动灵活，大大提高了施工作业的效率。国外钻机的发展可总结为以下几个方面：功能模块化。采用模块化功能设计思路，通过选配不同的零部件进而实现不同的功能，既能够进行常规的钻孔作业，又能完成桩基相关的安放套管、下方钢筋笼等工作，实现一套设备完成多项任务的功能。机电一体化。通过电液比例伺服控制机器的整体工作，利用电子系统精准控制柴油发动机其它辅助机械设备的运行。控制智能化。能够实时监测钻孔深度及相关技术指标，除具有显示和记录实时状况的功能外，还能够打印成桩的外形。可以对钻桅的垂直度进行自动监测，并给出相应的操作提示。实时监测和故障显示。发动机参数、液压油参数、主、辅卷扬参数、钻孔参数等数据的实时自动检测与显示，主要零部件的故障检测与提醒。采用专用底盘。钻具调垂部分依靠专用底盘来承载，使得驾驶仓内尽可能与地面保持水平，从而降低技术人员的操纵难度。综上所述，多种现代化控制技术的引入，使得液压系统与电子控制的耦合程度更高，因而旋挖钻机在工作效率、作业精度、节约能耗、人机工程和设备信息化等方面取得了长足的进步。此外，电子元件向着小型化、微型化发展，相继出现了带集成放大器的比例元件，为控制大功率工程降能耗提供了一定的技术支撑。三、旋挖钻机未来发展趋势：(1)旋挖钻机系统智能化控制在旋挖钻机钻桅的升降控制过程、旋挖钻机钻桅垂直高度自动调整过程、器转台回转甩土过程、用于机器性能实时监测的发动机监控过程及钻孔深度实检测显示过程、旋挖钻机上车工作显示及虚拟仪表显示过程、系统故障实时检及报警过程等方面需不断的实现智能自动化。(2)旋挖钻机模块化随着旋挖钻机相关技术日渐成熟其底盘系统、机械结构、动力系统、液传动系统、控制系统将向模块化专业化方向发展以满足市场对旋挖钻机物美价多功能化和快速组装的要求。(3)旋挖钻机系统多功能化旋挖钻机采用多用途模块式模式，国外钻机通常可应用于大口径短螺旋螺旋施工、全护筒跟管施工、高压旋喷施工和潜孔锤施工等。以上不同的施工法，只需要选装不同的专用配件，便可实现多功能化，节约成本。(4)旋挖钻机系统环保、节能化随着社会环保节能意识的加强及能源价格不断上涨市场必将需求具有噪声、少污染。动力多元化、节能性好等特点的旋挖钻机产品。因此，环保和能化是旋挖钻机发展的重要方向。（5）旋挖钻机系统高可靠性旋挖钻机是一套繁杂的系统，其工作环境大多在野外或狭窄的城市街道靠性、稳定性、安全性是基本的要求。这就要求旋挖钻机各分系统的设计和制更加精细化和对恶劣环境有较好的适应性，才能保证工作的高可靠性和安全性。4、 小结旋挖钻机，广泛用于公路、铁路、桥梁、港口码头、高层建筑等基础工程施工中混凝土灌注桩的成孔作业。一般依靠动力头带动钻杆及钻具旋转，圆周切削土层，达到成孔的效果。旋挖钻机成孔效率高，机动灵活，操作环境舒适，污染小，桩孔对位方便准确，配置其他辅助机构可实现多用途。在今后的设计工作中，我们应该要借鉴国外先进设计技术，不断提高我国旋挖钻机产品的质量，为我国工程建设提供良好的服务与增值。参考文献1 赵伟民，严慎波，胡长胜，战红.旋挖钻机桅杆的有限元分析J.建筑机械，2006.04：51-55.2 肖勇.TR400D-旋挖钻机桅杆轻量化研究J.设计计算,2014,6.3 任城钰，贺广迎，李祥康.基于Creo的旋挖钻机桅杆载荷分布计算J. 机械研究与应用.2020(33):65-70.4 黎中银，焦生杰，吴方晓.旋挖钻机与施工技术M.人民交通出版社，2010.5 张启君,张忠海,陈以田.国内外旋挖钻机结构特点的探讨J.筑路机械与施工机械化,2004.6 孙恒，陈作模.机械原理（第七版）.北京：高等教育出版社，20057 康辉梅.旋挖钻机工作装置力学特性研究与优化D.长沙：中南大学，2011.8 濮良贵、纪名刚机械设计（第八版）M.北京：高等教育出版社，2005；9 于永泗、齐民机械工程材料（第七版）M.大连：大连理工大学出版社，2007；10 水根机械制造工艺学（第二版）M.北京：清华大学出版社，2004；11 成大先，机械设计手册，单行本M.北京：化学工业出版社，2004；12 杨昂岳等机械制造工程学.M.长沙：国防科技大学出版社，2004；13 姚宗敏
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