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TR400 钻机 钻杆 结构设计 有限元分析 CAD

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TR400旋挖钻机钻杆结构设计与有限元分析含2张CAD图,TR400,钻机,钻杆,结构设计,有限元分析,CAD

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TR400旋挖钻机钻杆结构设计与有限元分析一、摘要旋挖钻机是一种常见的施工机械设备,在大口径桩基施工中以其性能好、效率高、污染少而得到广泛的应用。钻杆是旋挖钻机的重要组成部分,它是旋挖钻机传递动力、控制钻头的关键构件。钻杆的种类很多,其中机锁式钻杆传递大扭矩、大钻压,机械性能要求很高。在施工中经常发生故障,造成钻杆失效。旋挖钻机钻杆是典型的变截面长杆,在截面突变处的应力集中,容易出现故障。本文的重点是分析机锁式钻杆,该类型的钻杆在工作时所受到的载荷比较复杂。根据钻杆的实际结构进行三维建模,并对结果影响很小的结构进行简化。利用有限元proe对钻杆做整体的静力学受力分析,通过分析结果,找出钻杆受力集中的区域。2、 旋挖钻机国内外发展现状国外概况：旋挖钻机最早发源于美国。在二战时期以后，欧洲的旋挖钻机行业得到长足发展，从20世纪40年代开始，德国和意大利开始发展，随后日本于20世纪七八十年代开始迅速发展。国外的发展较为迅速，钻机的最大扭矩已经可以达到400kN.m,其发动机的最大功率可以达到448kW,可施工的孔桩径达到4.2m,其深度可达到110多米。在国外，旋挖钻机的组成结构通常有摇管机构、动力头(通常是由2-3个液压马达作为驱动装置).液压系统通常用功率恒定的自动控制装置、同时采用机锁式钻杆，还有先进的控制操作系统(自动报警机构、孔深显示器、防偏斜保险装置、限高显示、防超载装置等)。国外的旋挖钻机生产厂家比较多，德国的Nordmeyer、Bauer、Liebherr、Delmag.Wirth;意大利的SoilMec.Mait.CMV、Casagrande;俄罗斯的Nasiadlec.Zavod、RevDrill;美国的Calweld.precisiondrilling.redrill.Texoma、Watson、Williams;澳大利亚的Imeco.trivesonda.pengo;韩国的Buma等。还有很多小型的钻机生产成家。德国宝峨是世界著名的钻机制造商之以，1790年公司成立。1995年在天津成立了子公司(是一家独资企业)。该公司主要生产BG20钻机。这种旋挖钻机最适合平原钻孔，最大功率为145kW,用油量小。钻进打孔时，其动力头可以实现双极扭矩输出，在扭矩较小的情况下，最大钻速仍然可以达到60r/min,工作效率很高。意大利CMV公司生产的旋挖钻杆代表型号是TH12TH25系列。该系列动力头可以为钻杆提供100到360kNm的扭矩，钻孔直径1.5米到2.5米之间，最大深度可达65米。这一类钻机的主要特点是配备有起导向作用的滑轮架为来防止钻杆的偏斜;动力头的扭矩和转速可以按地层的条件不同自行调整;此外，卷扬装置具有钻杆接触到地面就停止工作的功能。意大利迈特HR钻机:动力头扭矩120440kN.m,钻孔直径1米3.8米，钻深为3090米。主要特点是动力头配备有套管钻进增扭装置，扭矩分三级进行输出。钻机的摩阻杆驱动键的宽度、厚度较大，机锁式钻杆为短键嵌入式结构可以快速的加锁和解锁，同时具有上、下车水平调整系统可以进行倾斜的调节。意大利土力R系列钻机:动力头扭矩100440kN.m，钻孔直径0.54m，钻孔深度40110m,主要特点是钻架采用了平行四边形连杆结构和三角形共同支撑的结构。其次，钻架上配备有垂直度检查仪器，能检测和显示偏斜程度并能通过钻机微动来调节钻架的垂直度国外旋挖钻机的发展的方向:产品多样化、系列化发展:考虑复杂施工因素的结构与机构设计:增强机电-一体化功能的设计:适应施工的多种机具配置;以人为本，保护环境。国内概况：在国内，旋挖钻机起步比较晚。1984年，天津的天津探矿机械厂对RDI公司生产的旋挖钻机进行改进。1988年，由北京城建机械厂在美国土力公司产品的基础上研发了在履带起重机上附着的旋挖钻机，其钻孔直径可达1.5m.1994年，郑州的勘察机械厂曾在英国引进了先进的旋挖钻机制造技术。1995年，Bauer天津机械工程有限公司在天津成立，国内旋挖钻机得到技术上的支持。国内的生产厂家吸收外国的生产技术，在此基础上不断改进创新，研究出了多种多样的旋挖钻机类型。例如:位于湖南省的山河旋挖钻机生产公司、北京的三一公司、徐州的徐工集团等。虽然总体技术水平与国外相比还有一定的差距，但是在钻机的主要使用性能、多种类、多用途方面与国外的生产厂家差距不大。并且国内钻杆相对国外价格优势比较明显。从二十一世纪初开始，国内的钻杆市场已经占据主要地位。90年代初期，中国的旋挖钻机只有100余台。近几年，旋挖钻机数量已经突破万台，这说明国内对旋挖钻机的需求却越来越大，这在很大程度上推动了旋挖钻机的发展与改进:钻机功率不断增大，钻孔直径和钻探深度不断增加。目前，我国旋挖钻机发展出三种主要的类型:小型旋挖钻机，中型旋挖钻机，大型旋挖钻机。根据种类的不同，旋挖钻机扭矩已经可以达到220kN.m-270kN.m.钻井的直径可以达到2.2m,钻井深度可以达到80m左右。经统计可知，目前国内的桩孔80%-90%深度在50米以下，钻井的直径也在1.5米以内。所以，今后的发展方向主要是多种类型的钻机，可以满足不同的工作要求:1.一机多用，实现多种钻进方式。现代旋挖钻机的生产制造多采用模块化的生产方式。这种方式下生产的旋挖钻机的优点是采用模块组合设计方法，即可以在不改变主机的情况下，通过变换模块的组合方式，来实现可以适应不同作业要求的工作。2.自动化程度高。现在生产的旋挖钻机都配备有先进的电脑操作系统。使旋挖钻机的性能有了大步提升。3.使用范围更广，效率更高。通过配备不同的钻具，不仅对中风化以下的地层能很好的应对，对中风化以上的地层也有很强的适应能力。4.小型钻机和超大型钻机.现在，随着现代科学技术的不断进步，旋挖钻机的生产也逐渐趋于成熟。目前，国内大部分旋挖钻机生产厂家都基本实现了钻机的系列化生产，不足之处是在钻机的小型化和大型化两个方面的研发显示出能力不足，与国外相比缺乏创新，特别是在小型钻机和超大型钻机的实用性与先进性方面，基础研究能力还比较有待加强，国有企业生产的产品适应性还不够广泛。因此，开展对旋挖钻机制造的基础性和适应性的研究就变得尤为迫切和突出。所以旋挖钻机小型化和超大型化的研制仍然是未来的主要发展趋势。3、 旋挖钻机未来发展趋势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。该类钻机一般采用液压履带式伸缩底盘、自行起落可折叠钻桅、伸缩式钻杆、带有垂直度自动检测调整、孔深数码显示等，整机操纵一般采用液压先导控制、负荷传感，具有操作轻便、舒适等特点。主、副两个卷扬可适用于工地多种情况的需要。该类钻机配合不同钻具，适用于干式（短螺旋）或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业，还可配挂长螺旋钻、地下连续墙抓斗、振动桩锤等，实现多种功能，主要用于市政建设、公路桥梁、工业和民用建筑、地下连续墙、水利、防渗护坡等基础施工。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。2020-2026年中国旋挖钻机行业全面调研与发展趋势预测报告是对旋挖钻机行业进行全面的阐述和论证，对研究过程中所获取的资料进行全面系统的整理和分析，通过图表、统计结果及文献资料，或以纵向的发展过程，或横向类别分析提出论点、分析论据，进行论证。2020-2026年中国旋挖钻机行业全面调研与发展趋势预测报告如实地反映了旋挖钻机行业客观情况，报告叙述、说明、推断、引用恰当，文字、用词表达准确，概念表述科学化。2020-2026年中国旋挖钻机行业全面调研与发展趋势预测报告揭示了旋挖钻机市场潜在需求与机会，为战略投资者选择恰当的投资时机和公司领导层做战略规划提供准确的市场情报信息及科学的决策依据，同时对银行信贷部门也具有极大的参考价值。4、 小结随着中国工业化和城市化进程的推进，桩基础施工量将持续高速增长，基础设施建设蓬勃发展，高、大、重型建筑工程越来越多。在桩基础行业，基于高层、超高层建筑及大型桥梁等承载力的需要，以及环保（油烟污染、噪音）、震动、施工质量、工作效率方面的因素，钻孔灌注桩已逐渐取代预制桩，成为桩基础的主流形式。旋挖钻机（Rotary Drilling Rig）是一种取土成孔施工机械，由其自身的施工速度快、成孔质量高、环境污染小、操作灵活方便、安全性能高、适用性强的特点，使其广泛运用于建筑基础工程的成孔作业中，成为钻孔灌注桩的首选施工设备。目前,旋挖钻机的国内保有量约有3.8万台，2018年的市场增量超过4000台。参考文献1 赵伟民，严慎波，胡长胜，战红.旋挖钻机钻桅的有限元分析J.建筑机械，2006.04：51-55.2 叶远林,秦四成.ZY-200型旋挖钻机钻杆应力的有限元分析J.工程机械,2004,35(3): 19-213 徐信芯,焦生杰,成建联等. 旋挖钻机钻桅结构有限元分析与试验研究J. 广西大学学报(自然科学版), 2013, 38(2): 270-277.4 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 刘德昌, 旋挖钻机机锁式钻杆受力分析与优化D. 太原: 中北大学硕士学位论文, 2016,:13-17.14 康辉梅.提钻工况下旋挖钻机的受力分析J.工程力学，2010.15 Jacek K S. Adaptive Control of Drillstring Torsional OscillationsJ. IFAC Papers On Line,2017,50(5): 142-145.1