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目 錄
第一章 緒論 4
1.1 旋挖鉆機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介 4
1.2 旋挖鉆機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 4
1.2.1現(xiàn)狀 4
1.2.2 趨勢(shì) 5
1.3 支重輪與引導(dǎo)輪的簡(jiǎn)述 6
1.4本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及組織安排 7
第二章 支重輪、引導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與工作原理 8
2.1支重輪的結(jié)構(gòu)形式與工作原理 8
2.2引導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)形式與工作原理 8
第三章 履帶行走裝置參數(shù)確定 9
3.1履帶基本參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算 9
3.2運(yùn)行阻力計(jì)算 10
3.3履帶運(yùn)行的內(nèi)阻力計(jì)算 11
3.4履帶行走裝置牽引力驗(yàn)算 13
3.5附著力驗(yàn)算 14
第四章履帶行走裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
4.1支重輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 15
4.2引導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 16
第五章 PRO/E簡(jiǎn)介及支重輪與引導(dǎo)輪的三維視圖 17
5.1 Pro/E簡(jiǎn)介 17
5.2支重輪與引導(dǎo)輪的建模 18
5.2.1支重輪的Pro/E建模 18
5.2.2引導(dǎo)輪的Pro/E建模 20
5.3 本章小結(jié) 21
第六章 結(jié)論 22
參考文獻(xiàn) 23
英文文獻(xiàn) 24
33
45噸旋挖鉆機(jī)底盤支重輪與引導(dǎo)輪的設(shè)計(jì)
摘要:旋挖鉆機(jī)是工程鉆機(jī)行業(yè)的一個(gè)重要門類，是現(xiàn)代工程建設(shè)施工中不可缺少的大型設(shè)備之一。支重輪、引導(dǎo)輪作為整車底盤的重要部件，其設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量直接關(guān)系著整機(jī)安全。因此對(duì)支重輪、引導(dǎo)輪的設(shè)計(jì)研究及結(jié)構(gòu)優(yōu)化是非常必要和有實(shí)際意義的。本文以三一SR150全液壓旋挖鉆機(jī)為參考，對(duì)旋挖鉆機(jī)的支重輪及引導(dǎo)輪進(jìn)行設(shè)計(jì)。
本次設(shè)計(jì)主要對(duì)旋挖鉆機(jī)的支重輪與引導(dǎo)輪的設(shè)計(jì)。首先選定履帶型號(hào)B型從而來選擇支重輪、引導(dǎo)輪的型號(hào)，再進(jìn)一步對(duì)支重輪與引導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、以及其各參數(shù)的確定，最后完成其PRO/E三維建模，并對(duì)模型進(jìn)行干涉檢測(cè)，以確定其結(jié)構(gòu)的合理性和進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
關(guān)鍵詞: 旋挖鉆機(jī)；支重輪；引導(dǎo)輪；
Fouty-five tons of the roating drill chassis roller
and guide wheel design
Abstract：The rotating drill rig is one of important engineering industry, modern engineering construction categories in construction of large equipment is one of the indispensable. Roller, guide wheel as an important component of the vehicle chassis, its design and manufacturing quality direct relation with the safety. So on roller, guide wheel design and structure optimization is very necessary and practical. Based on the SR150 trinity hydraulic the rotating drill for reference to the rotating drill, the supporting roller and guide wheel design.
The design of the rotating drill of roller and guide wheel design. First choose crawler model-b type to choose roller, guide wheel model, further to roller and guide wheel structure design, and its parameters determination, and finally finished the PRO/E, and 3d modeling of interference model test, the rationality of the structure and optimization design。
Keyword：Rotary Drilling Rig ，Roller, Guide wheel。
第一章 緒論
1.1 旋挖鉆機(jī)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)介
旋挖鉆機(jī)是一種適合建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的施工機(jī)械，有裝機(jī)功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機(jī)動(dòng)靈活、施工效率高等特點(diǎn)，適應(yīng)我國(guó)大部分地區(qū)的土壤地質(zhì)條件。該類鉆機(jī)配合不同鉆具,適用于干式（短螺旋）或濕式（回轉(zhuǎn)斗）及巖層（巖心鉆）的成孔作業(yè),還可配掛長(zhǎng)螺旋鉆、地下連續(xù)墻抓斗、振動(dòng)樁錘等，實(shí)現(xiàn)多種功能。旋挖鉆機(jī)的額定功率一般為125～450kW，動(dòng)力輸出扭矩為120～400kN·m，最大成孔直徑可達(dá)1.5～4m，最大成孔深度為60～90m，可以滿足各類大型基礎(chǔ)施工的要求。該類鉆機(jī)一般采用液壓履帶式伸縮底盤、自行起落可折疊鉆桅、伸縮式鉆桿、帶有垂直度自動(dòng)檢測(cè)調(diào)整、孔深數(shù)碼顯示等，整機(jī)操縱一般采用液壓先導(dǎo)控制、負(fù)荷傳感,具有操作輕便、舒適等特點(diǎn)。主、副兩個(gè)卷?yè)P(yáng)可適用于工地多種情況的需要，它廣泛應(yīng)用于鐵路、公路橋梁、市政建設(shè)、高層建筑等地基礎(chǔ)鉆孔灌注樁工程。
圖1.1 旋挖鉆機(jī)外觀圖 （三一SR150）
1.2 旋挖鉆機(jī)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
1.2.1 現(xiàn)狀
旋挖鉆機(jī)在二戰(zhàn)以前首先在美國(guó)卡爾維爾特公司問世，二戰(zhàn)之后在歐洲得到發(fā)展，1948年意大利邁特公司首先開始研制，接著意大利、德國(guó)開始發(fā)展，到了70～80年代在日本得到快速發(fā)展，當(dāng)時(shí)日本稱之為回轉(zhuǎn)斗成樁，也叫阿司特利工法（EarthDriII），在德國(guó)、日本這類工法相當(dāng)普遍。我國(guó)在80年代初從日本引進(jìn)過工作裝置，配裝在KH-125型履帶起重機(jī)上。1984年，天津探礦機(jī)械廠引進(jìn)美國(guó)RDI公司的旋挖鉆機(jī)并進(jìn)行消化吸收。1987年在北京展覽館首次展出了意大利土力公司（SOILMEC）產(chǎn)品，1988年北京城建機(jī)械廠根據(jù)土力公司的樣機(jī)開發(fā)了1.5m直徑的履帶起重機(jī)附著式旋挖鉆機(jī)。?
1994年鄭州勘察機(jī)械廠引進(jìn)英國(guó)BSP公司附著式旋挖鉆孔機(jī)的生產(chǎn)技術(shù)，但都沒有形成批量生產(chǎn)。1992年寶峨公司在中國(guó)北京設(shè)立了代表處，開始了對(duì)華業(yè)務(wù)．并于1995年在天津成立了獨(dú)資子公司寶峨天津機(jī)械工程有限公司，組裝適合中國(guó)市場(chǎng)的寶峨BG20型旋挖鉆機(jī)。
1998年在上海又成立了中德合資上海寶峨金泰工程機(jī)械股份有限公司，生產(chǎn)組裝BG15型、BG24型旋挖鉆機(jī)。1998年，徐工集團(tuán)開始自主開發(fā)研制RD18旋挖鉆機(jī)，于99年試制成功并投入批量生產(chǎn)，最近幾年我國(guó)旋挖鉆機(jī)取得了快速發(fā)展。后來，北京經(jīng)緯巨力、三一重機(jī)等也紛紛涉足旋挖鉆機(jī)的生產(chǎn)，目前國(guó)內(nèi)外生產(chǎn)旋挖鉆孔機(jī)廠商有近二十家。
?國(guó)外目前旋挖鉆機(jī)的在國(guó)內(nèi)的公司主要有：德國(guó)寶峨公司，其產(chǎn)品系列為BG12～BG25；意大利土力公司，其產(chǎn)品為R412～R618；MAIT公司的HR130～HR240；IMT公司的AF6～AF50；CMV公司的TH12～TH25等。國(guó)外產(chǎn)品最大扭矩可達(dá)360kN·m，發(fā)動(dòng)機(jī)功率達(dá)448kW，鉆孔直徑4m，鉆深90余米等，品牌主要集中于土力、寶峨、意馬、麥特、卡薩格蘭第、巨力、日本產(chǎn)小扭矩旋挖鉆機(jī)。國(guó)外產(chǎn)品最大扭矩可達(dá)360kN·m，發(fā)動(dòng)機(jī)功率達(dá)448kW，鉆孔直徑4m，鉆深90余米。目前國(guó)外的旋挖鉆機(jī)一般都設(shè)有搖管裝置、由兩個(gè)或三個(gè)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的大扭矩動(dòng)力頭（可配套管連結(jié)器）、液壓系統(tǒng)采用恒功率變量自動(dòng)控制、自鎖互扣鉆桿、先進(jìn)的監(jiān)控儀表（如發(fā)動(dòng)機(jī)和液壓系統(tǒng)自動(dòng)監(jiān)測(cè)和報(bào)警系統(tǒng)、鉆孔深度顯示、鉆桅自動(dòng)測(cè)斜糾偏裝置），同時(shí)配有各種保險(xiǎn)裝置（如防止帶負(fù)載起動(dòng)，卷?yè)P(yáng)機(jī)超高限位等），但各家公司的旋挖鉆機(jī)都有自己的技術(shù)特點(diǎn)。
1.2.2 趨勢(shì)
目前來說，我國(guó)正在進(jìn)行的大規(guī)模城市化建設(shè)為旋挖鉆機(jī)提供 了廣闊市場(chǎng)需求。據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國(guó)目前共有城市660余個(gè)，其中人 口在100萬以上的大城市有170余個(gè)。隨著國(guó)民經(jīng)濟(jì)的發(fā)展，城市化進(jìn)程還將加快。老城市改造和新城 市建設(shè)中新增的樁基礎(chǔ)工程將大幅度增加。按城市建設(shè)和國(guó)家長(zhǎng)期規(guī)劃中投入巨資進(jìn)行項(xiàng)目的開發(fā)， 短期內(nèi)即將投資的工程項(xiàng)目便有數(shù)千億人民幣，對(duì)旋挖鉆機(jī)的市場(chǎng)需求量從每個(gè)城市占據(jù)2-3臺(tái)來計(jì) 算分析，旋挖鉆機(jī)在中國(guó)的總數(shù)量近幾年將達(dá)到2000臺(tái)。旋挖鉆孔機(jī)由于具有多功能、高效率等優(yōu) 點(diǎn)，在國(guó)外發(fā)達(dá)國(guó)家中早已成為灌注樁施工機(jī)械中的主力機(jī)種。
2005-2010年，國(guó)內(nèi)旋挖鉆機(jī)年需求量預(yù)計(jì)見下表：
年份 預(yù)計(jì)年需求量
2005 200
2006 220
2007 200
2008 150
2009 140
2010 130
總之，旋挖鉆機(jī)的發(fā)展在我國(guó)有很好的前景，進(jìn)口產(chǎn)品正大量涌入我國(guó)市場(chǎng)，而我國(guó)同類產(chǎn)品的 開發(fā)尚處于初始階段，未來幾年將處于急速發(fā)展的上升時(shí)期。在世 紀(jì)初的今天，我國(guó)正處在一個(gè)大發(fā)展時(shí)期，各種工程建設(shè)急需大量的建設(shè)機(jī)械，特別 是公路橋梁、鐵路、水利、城市發(fā)展，需要大量的樁工機(jī)械設(shè)備，從其發(fā)展的速度來看，旋挖鉆機(jī)的 巨大市場(chǎng)輪廓已經(jīng)出現(xiàn)。
1.3支重輪與引導(dǎo)輪的簡(jiǎn)述
支重輪
作用：支重輪用螺釘固定在輪架下面，用于支撐機(jī)械的質(zhì)量，并將質(zhì)量分布在履帶板上。同時(shí)還依靠其滾輪凸緣夾持鏈軌不使履帶橫向滑脫（脫軌），保證機(jī)械沿履帶方向運(yùn)動(dòng)‘具有較小的滾動(dòng)阻力以及泥濘和水中作業(yè)時(shí)具有的壽命。支重輪按結(jié)構(gòu)可分為單邊支重輪和雙邊支重輪。采用滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸承兩類。支重輪緣都經(jīng)過淬火，其硬度達(dá)355—440 HB。在臺(tái)車架中，特別是為提高剛度而裝置隔板時(shí)，形成的一些空腔容易被泥土堵塞而阻礙支重輪轉(zhuǎn)動(dòng)；在浸泡的土壤上運(yùn)行時(shí)，也容易堵塞支重輪。因此，有一些履帶式推土機(jī)，在臺(tái)車架外側(cè)裝有帶加強(qiáng)筋的支重輪護(hù)板。
結(jié)構(gòu)布置：根據(jù)功率大小，履帶推土機(jī)每側(cè)有4～7個(gè)支重輪，功率小的取下限，功率大的取上限。當(dāng)履帶接地長(zhǎng)度一定時(shí)，增加支重輪個(gè)數(shù)，可使接地壓強(qiáng)均勻，減少履轍深度金額滾動(dòng)阻力，但增加個(gè)數(shù)后，勢(shì)必減少直徑，從而增大支重輪在履軌上滾動(dòng)的阻力，綜合考慮這兩個(gè)因素，一般取支重輪直徑Dz=（1～2.0）lt。各支重輪等距分布，軸間距l(xiāng)z=(1.7～2.0))lt,最后端的支重輪軸與驅(qū)動(dòng)輪軸之間的距離lk=(2.3～2.6)lt，最前端的支重輪位置應(yīng)保證張緊輪調(diào)整到最后極限位置而緩沖彈簧又壓縮達(dá)最大值時(shí)不會(huì)發(fā)生干涉。驅(qū)動(dòng)鏈輪齒頂與支重輪輪轂之間，應(yīng)留有足夠的間隙，以防積泥。
引導(dǎo)輪
作用：引導(dǎo)輪安裝在臺(tái)車架的前部，它主要用來引導(dǎo)履帶的行駛方向，并借助緩沖裝置使履帶保持一定的緊度，減小履帶在運(yùn)行中的跳動(dòng)，從而減小沖擊載荷以及額外的功率損耗，并防止履帶脫軌。同時(shí)它與其后面安裝的張緊裝置一起使履帶保持一定的張緊度，并緩和地面?zhèn)鱽淼臎_擊力，減少履帶在運(yùn)動(dòng)過程中的振跳現(xiàn)象。其通常以滑塊與臺(tái)車架相連，后接張緊機(jī)構(gòu)，通過沿縱向移動(dòng)導(dǎo)向輪的位置，可以調(diào)整履帶的松緊度，并在機(jī)械行駛中起緩沖作用。大部分液壓挖掘
機(jī)的導(dǎo)向輪同時(shí)起到支重輪的作用，這樣可增加履帶對(duì)地面的接觸面積，減小比壓。導(dǎo)向輪的輪面大多制成光面；中間有擋肩環(huán)作為導(dǎo)向用，兩側(cè)的環(huán)面能支撐軌鏈起支重輪的作用。導(dǎo)向輪的中間擋肩環(huán)應(yīng)有足夠的高度，兩側(cè)邊的斜度要
小，導(dǎo)向輪與最靠近的支重輪距離越小則導(dǎo)向性能越好。
結(jié)構(gòu)布置：較大的導(dǎo)向輪可以減少履帶載荷的波動(dòng)，但增大導(dǎo)向輪直徑D。受結(jié)構(gòu)布置限制。導(dǎo)向輪輪緣最高點(diǎn)，應(yīng)比驅(qū)動(dòng)輪低10～60mm，這樣能使上方區(qū)段的履帶依靠本身重量順勢(shì)前滑。輪緣的最低點(diǎn)則受Ψ1限制。履帶推土機(jī)因前方有推土板開路，故接近角Ψ可較小，一般為1o～3o。試驗(yàn)表明，導(dǎo)向輪軸與最前面的支重輪軸之間的距離，一般不應(yīng)小于履帶節(jié)距的三倍，否則履帶運(yùn)動(dòng)的不均勻性太大。
1.4本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容及組織安排
本次設(shè)計(jì)主要針對(duì)履帶式旋挖鉆機(jī)進(jìn)行討論，著重于履帶式旋挖鉆機(jī)的支重輪與引導(dǎo)輪的分析與設(shè)計(jì)。第2章介紹支重輪、引導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)形式與工作原理；
第3章根據(jù)履帶行駛原理，并結(jié)合行走裝置運(yùn)動(dòng)學(xué)，確定履帶行走裝置基本參數(shù)；
第4章根據(jù)履帶行走裝置基本參數(shù)，確定了履帶行走裝置主要部件“四輪一帶”的型號(hào)，并完成“四輪一帶”結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；第5章完成了履帶行走裝置PRO/E三維圖建模，并對(duì)進(jìn)行干涉檢測(cè)，以確定其結(jié)構(gòu)的合理性和對(duì)模型進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)。
第二章 支重輪、引導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)形式與工作原理
2.1支重輪的結(jié)構(gòu)形式與工作原理
支重輪作為履帶旋挖鉆機(jī)的主要承載結(jié)構(gòu)件，尤其是在大噸位履帶旋挖鉆機(jī)中，其設(shè)計(jì)和制造質(zhì)量直接關(guān)系著鉆機(jī)的整機(jī)安全性。履帶旋挖鉆機(jī)工況復(fù)雜，在一些特殊吊載工況或起臂工況下僅有部分支重輪受力，因此支重輪的排布為中部疏兩端密的形式，且為了滿足履帶旋挖鉆機(jī)逐漸增加的重量，支重輪的個(gè)數(shù)及結(jié)構(gòu)參數(shù)相應(yīng)增加，支重輪安裝在履帶架底部，行走時(shí)與履帶板上底面間形成滾動(dòng)，其安裝形式在小噸位中多采用開放式，在大噸位中采用封閉式結(jié)構(gòu)，如圖2．1 所示。
a)開放式 b)封川式
圖2．1支重輪安裝形式
本次設(shè)計(jì)的支重輪主要依照液壓挖掘機(jī)支重輪，詳見參照中華人民共和國(guó)工業(yè)行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—液壓挖掘機(jī)支重輪。
2.2引導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)形式與工作原理
引導(dǎo)輪作為鉆機(jī)行走裝置的重要組成部分，起引導(dǎo)和調(diào)整履帶緊度之用。通過起伏地形時(shí)，由于懸掛裝置允許支重輪上下運(yùn)動(dòng)，履帶的緊度將會(huì)發(fā)生相當(dāng)大的變化，履帶在與主動(dòng)輪嚙合之前甚至?xí)耆沙冢瑫r(shí)會(huì)伴隨著甩脫履帶的危險(xiǎn)，為避免這種情況的發(fā)生，就有必要對(duì)動(dòng)態(tài)緊度進(jìn)行調(diào)整。引導(dǎo)輪一般安裝在前端，通常與裝緊裝置安裝在一起。
本次引導(dǎo)輪的總成結(jié)構(gòu)主要參考履帶式推土機(jī)引導(dǎo)輪，詳見參照中華人民共和國(guó)機(jī)械行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—履帶式推土機(jī)引導(dǎo)輪。
第三章 履帶行走裝置參數(shù)確定
3.1 履帶基本參數(shù)設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1.1基本參數(shù)
整車重量：45T
液壓系統(tǒng)壓力：25Mpa
履帶收縮寬度3.3m，展開寬度4.2m
3.1.2單根履帶接地面積
參照《工程機(jī)械設(shè)計(jì)》一書中，取接地0.1MP
3.1.3履帶的接地長(zhǎng)度（L）和履帶板寬(b)
長(zhǎng)寬比參照《工程機(jī)械設(shè)計(jì)》一書中，關(guān)于λ的取值：一般用途機(jī)械可取λ=0.18~0.22，沼澤地用機(jī)械取λ=0.24~0.28，取λ=0.22
L≈3.15,
取整L=3150mm,b=700mm。
履帶行走裝置的全寬參照《工程機(jī)械設(shè)計(jì)》一書中，履帶接地長(zhǎng)度L和履帶機(jī)械的軌距W應(yīng)滿足一定的比例關(guān)系：
W——履帶機(jī)械的軌距；
μ——轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)，疏松土壤取μ=0.6~0.7，硬土地取μ=0.25；
——履帶對(duì)地面的附著系數(shù)，在干燥的土路上取=0.8~0.9；
f——滾動(dòng)阻力系數(shù)，在干燥的土路上取=0.05
本次設(shè)計(jì)中取μ=0.25，=0.9, =0.05。則，
依據(jù)上面所確定的，可以算得，實(shí)際上履帶的軌距W應(yīng)遠(yuǎn)大于這個(gè)數(shù)值，因此，滿足條件。
3.2 運(yùn)行阻力計(jì)算
行走裝置的牽引力的產(chǎn)生過程是，由發(fā)動(dòng)機(jī)發(fā)出的扭矩經(jīng)傳動(dòng)系統(tǒng)和驅(qū)動(dòng)輪把履帶的工作區(qū)段張緊，引起支承面和地面的相互作用。這時(shí)，地面給履帶支承面一個(gè)切向反作用力，此力的方向與履帶行走方向一致，推動(dòng)了機(jī)械前進(jìn)。機(jī)械行走時(shí)，需要不斷克服行走中所遇到的各種運(yùn)動(dòng)阻力，牽引力也就是用于克服這些運(yùn)動(dòng)阻力的。履帶行走裝置的運(yùn)行阻力，有土壤變形阻力、坡度阻力、風(fēng)載荷造成的阻力和不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的慣性阻力等。
行走牽引力計(jì)算：
參照《液壓挖掘機(jī)》一書中式5-11，
得
3.2.1 土壤變形阻力
土壤變形阻力是由于履帶將土壤擠壓變形而引起的。
在坡道上時(shí)：
式中 ——運(yùn)行比阻力系數(shù)，=0.1；
——旋挖鉆機(jī)的工作質(zhì)量， =45000kg ；
——預(yù)設(shè)的爬坡角度， =；
參照下表3-1;
表3-1地面與履帶的運(yùn)行阻力
地面種類
運(yùn)行比阻力
地面種類
運(yùn)行比阻力
瀝青公路
0.03～0.04
野路
0.09～0.12
石砌公路
0.05～0.06
深砂、沼地、耕地
0.10～0.15
堅(jiān)實(shí)土路
0.06～0.09
代入有：
在平道時(shí)：
3.2.2坡度阻力
坡度阻力是由于機(jī)械在斜坡上因自重分力所引起。
3.2.3 風(fēng)載荷造成的阻力
=qA
式中 q——風(fēng)壓，q=250Pa;
A——迎風(fēng)面積，A=6.5
()
3.2.4 不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)的慣性阻力
所以，坡道行駛外部阻力位
=+ =38.19+220.5+4.41+1.625=264.7
平道行駛外部阻力為
= 44.1+1.65+4.41=50.135
3.3 履帶運(yùn)行的內(nèi)阻力的計(jì)算
內(nèi)部阻力是驅(qū)動(dòng)輪與履帶的嚙合阻力、驅(qū)動(dòng)輪，導(dǎo)向輪的軸與軸套的摩擦阻力、履帶銷軸的摩擦阻力和支重輪滾動(dòng)阻力和軸頸摩擦阻力等組成 。
3.3.1 驅(qū)動(dòng)輪與履帶的嚙合阻力
驅(qū)動(dòng)輪與履帶的嚙合阻力
。
式中——履帶緊邊張緊力；
——驅(qū)動(dòng)輪與履帶的嚙合效率，一般取=0.95。
3.3.2驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪的軸與軸套的摩擦阻力
旋挖鉆機(jī)前進(jìn)時(shí)：
。
——履帶緊邊張緊力；
——履帶松邊張緊力；
——軸頸中的摩擦系數(shù)，=0.08；
——驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪的軸頸直徑，=65mm；
——驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓直徑，=881.12mm。
3.3.3履帶銷軸間的摩擦阻力 (后輪驅(qū)動(dòng)，前輪行駛)
履帶銷軸與銷套之間的摩擦阻力，履帶運(yùn)行時(shí)不斷繞上和繞出驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪，即履帶由直變彎、由彎變直，銷軸與銷套之間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)。因而產(chǎn)生摩擦力。
設(shè)驅(qū)動(dòng)輪的齒數(shù)Z，則驅(qū)動(dòng)輪每轉(zhuǎn)一圈，位于節(jié)圓上的Z快履帶板要繞銷軸轉(zhuǎn)動(dòng)，每塊履帶板的轉(zhuǎn)角
在履帶張力作用下每塊履帶板銷軸轉(zhuǎn)過角所做的摩擦功為
— 銷軸直徑mm ;
—銷軸與軸套之間的摩擦系數(shù)，～0.4 取;
Z—驅(qū)動(dòng)輪的齒數(shù)，Z=27;
t—履帶板的節(jié)距，t=203mm。
。
——履帶銷軸的直徑，=44.5mm；
——履帶板銷與孔的摩擦系數(shù)，=0.25；
——驅(qū)動(dòng)輪齒數(shù)，=27；
——履帶節(jié)距，=203mm。
3.3.4 支重輪滾動(dòng)阻力和軸頸摩擦阻力
。
——作用于履帶上的總質(zhì)量；
——支重輪外徑，=20.8cm；
——支重輪銷軸外徑，=10.2cm；
——滾動(dòng)摩擦系數(shù)，=0.05；
——銷軸和支重輪軸套之間的摩擦系數(shù)，=0.08。
綜上，兩條履帶的內(nèi)阻力綜合為
。
3.4履帶行走裝置牽引力驗(yàn)算
1）在坡道上行駛的總阻力：
；
在平道上行駛的總阻力：
。
由上計(jì)算的結(jié)果可知，上坡行駛=＜=,即牽引力不足以克服行駛阻力，以給定行駛速度1.0km/h 不能爬上坡。若要實(shí)現(xiàn)上坡行駛，可適當(dāng)降低行駛速度，將行駛速度降為0.9km/h，重新計(jì)算牽引力。
＞=322.65（KN），滿足爬坡要求。
當(dāng)平道行駛時(shí)，應(yīng)按最大行駛速度驗(yàn)算牽引力，即
＞=108.085（KN），滿足平道高速行駛牽引力要求。
3.5附著力驗(yàn)算
式中——履帶和地面見得附著系數(shù)，其值由表3-2得，取=0.9
——坡度
——整機(jī)質(zhì)量,
＜ 即以V=0.9km/h速度上坡行駛，既滿足行駛阻力要求，又滿足地面附著力要求。
表3-2履帶和地面間的附著系數(shù)
地面情況
平履帶
具有尖筋的履帶
公路
土路
不良的野路
難以通過的斷絕路
結(jié)冰的堅(jiān)實(shí)道路
0.3—0.4
0.4—0.5
0.3—0.4
0.2—0.3
0.15—0.3
0.6—0.8
0.8—0.9
0.6—0.7
0.5—0.6
0.3—0.5
3.5.1 履帶行走裝置轉(zhuǎn)彎轉(zhuǎn)彎時(shí)阻力計(jì)算
轉(zhuǎn)彎時(shí)的摩擦阻力換算成相當(dāng)于直線型走的阻力：
。
則，轉(zhuǎn)彎時(shí)的總阻力為：
。
——轉(zhuǎn)彎時(shí)履帶和地面的摩擦系數(shù)，=0.7；
——打樁機(jī)的轉(zhuǎn)彎半徑，即履帶的軌距: ；
——履帶的接地長(zhǎng)度，=3150mm。
滿足要求。
第四章 履帶行走裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
履帶行走裝置結(jié)構(gòu)主要部件為“四輪一帶”，即驅(qū)動(dòng)輪，導(dǎo)向輪，拖鏈輪，支重輪和履帶。在工程機(jī)械行業(yè)中，四輪一帶已經(jīng)有部分標(biāo)準(zhǔn)，可以根據(jù)履帶節(jié)距進(jìn)行選型，其具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)也可以參照該標(biāo)準(zhǔn)。
4.1支重輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
支重輪用螺釘固定在輪架下面，用于支撐機(jī)械的質(zhì)量，并將質(zhì)量分布在履帶板上。同時(shí)還依靠其滾輪凸緣夾持鏈軌不使履帶橫向滑脫（脫軌），保證機(jī)械沿履帶方向運(yùn)動(dòng)。
支重輪按結(jié)構(gòu)可分為單邊支重輪和雙邊支重輪，采用滑動(dòng)軸承和滾動(dòng)軸類。
支重輪緣都經(jīng)過淬火，其硬度達(dá)355—440 HB。在臺(tái)車架中，特別是為提高剛度
而裝置隔板時(shí)，形成的一些空腔容易被泥土堵塞而阻礙支重輪轉(zhuǎn)動(dòng)；在浸泡的土
壤上運(yùn)行時(shí)，也容易堵塞支重輪。因此，有一些履帶式推土機(jī)，在臺(tái)車架外側(cè)裝
有帶加強(qiáng)筋的支重輪護(hù)板。支重輪主要由值軸、輪體、軸套、浮動(dòng)油封座、螺塞
墊圈、浮動(dòng)油封、環(huán)形圈、銷等組成，其具體結(jié)構(gòu)與安裝見圖4-1，其具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸選擇可參考JG/T59-1999。
根據(jù)履帶型號(hào)（B型），節(jié)距t=203mm, 參考JG/T59-1999YE液壓挖掘機(jī)引導(dǎo)輪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，其安裝尺寸與技術(shù)要求參考該標(biāo)準(zhǔn)。
圖4-1 支重輪輪結(jié)構(gòu)圖
1—值軸；2—輪體；3—軸套；4—浮動(dòng)油封座；5—螺塞；6—墊圈
7—浮動(dòng)油封環(huán)；8—O形圈；9—銷
注：1～4為專用件：5～9為標(biāo)準(zhǔn)件。
4.2 引導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
導(dǎo)向輪用于正確引導(dǎo)履帶繞轉(zhuǎn)，防止跑偏和越軌。按經(jīng)驗(yàn)導(dǎo)向輪的輪面制成光面，中間有檔肩還作為導(dǎo)向用，兩側(cè)的環(huán)面能支持軌鏈起支重輪的作用。中間的擋肩環(huán)有足夠的高度，兩邊的褻瀆比較小。其密封也采用浮動(dòng)油封。導(dǎo)向輪主要由導(dǎo)向輪軸；O形密封圈；導(dǎo)向輪堵板；圓柱銷；導(dǎo)向輪輪體；鐵套；雙金屬軸套等組成，其具體結(jié)構(gòu)與安裝見圖4-2。其具體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和尺寸選擇可參考JB/T 2983.2 2001。
根據(jù)履帶的節(jié)距t=203mm，參考JB/T 2983.2－2001履帶式推土機(jī)引導(dǎo)輪行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，可得出導(dǎo)向輪直徑為734mm，其它安裝尺寸與技術(shù)要求可參考該標(biāo)準(zhǔn)。
圖4-2 導(dǎo)向輪結(jié)構(gòu)圖
1—導(dǎo)向輪軸；2—雙金屬軸套；3—導(dǎo)向輪輪體；4—圓柱銷；5—鐵套；6—螺栓；7—O形密封圈；
8—端蓋；9-浮封環(huán)；10-浮動(dòng)油封O形圈；11-O形密封圈2；12-彈簧墊圈；13-螺塞。
以上對(duì)引導(dǎo)輪與支重輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)可以看出，履帶行走裝置由于工作狀況比較惡劣，容易磨損，其各個(gè)部件對(duì)于材料性能要求比較高。因此在制造的過程中應(yīng)該慎重的選著其材料，并采取合適的工藝處理，以延長(zhǎng)其各部件的壽命。
第五章 PRO/E簡(jiǎn)介及支重輪與引導(dǎo)輪的三維視圖
前面在我們?cè)趯?duì)支重輪與引導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)時(shí)，只進(jìn)行了其二維圖的設(shè)計(jì)，于此在第五章將對(duì)其三維 PRO/E圖進(jìn)行簡(jiǎn)單介紹以便讓讀者更清楚，更明了的了解支重輪與引導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)。
5.1 PRO/E簡(jiǎn)介
Pro/Engineer 是美國(guó)PTC公司的產(chǎn)品，于1988年問世。10多年來，經(jīng)歷20余次的改版，已成為全世界及中國(guó)地區(qū)最普及的3D CAD/CAM系統(tǒng)的標(biāo)準(zhǔn)軟件，廣泛應(yīng)用于電子、機(jī)械、模具、工業(yè)設(shè)計(jì)、汽車、航天、家電、玩具等行業(yè)。 Pro/E是全方位的3D產(chǎn)品開發(fā)軟件包，和相關(guān)軟件Pro/DESINGER（造型設(shè)計(jì)）、Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件設(shè)計(jì)、產(chǎn)品裝配、模具開發(fā)、加工制造、鈑金件設(shè)計(jì)、鑄造件設(shè)計(jì)、工業(yè)設(shè)計(jì)、逆向工程、自動(dòng)測(cè)量、機(jī)構(gòu)分析、有限元分析、產(chǎn)品數(shù)據(jù)庫(kù)管理等功能，從而使用戶縮短了產(chǎn)品開發(fā)的時(shí)間并簡(jiǎn)化了開發(fā)的流程；國(guó)際上有27000多企業(yè)采用了PRO/ENGINEER軟件系統(tǒng)，作為企業(yè)的標(biāo)準(zhǔn)軟件進(jìn)行產(chǎn)品設(shè)計(jì)。
Pro/E獨(dú)樹一幟的軟件功能直接影響了我們工作中的設(shè)計(jì)、制造方法。與其他同類三維軟件（MDT、UG、CATIA等）相比，Proe/ENGINEER的不同之處在于以下幾點(diǎn)：
（1）基于特征的（Feature-Based）
Pro/ENGINEER是一個(gè)基于特征的（Feature-Based）實(shí)體模型建模工具，利用每次個(gè)別建構(gòu)區(qū)塊的方式構(gòu)建模型。設(shè)計(jì)者根據(jù)每個(gè)加工過程，在模型上構(gòu)建一個(gè)單獨(dú)特征。特征是最小的建構(gòu)區(qū)塊，若以簡(jiǎn)單的特征建構(gòu)模型，在修改模型時(shí)，更有彈性。
（2）關(guān)聯(lián)的（Associative）
通過創(chuàng)建零件、裝配、繪圖等方式，可利用Proe/ENGINEER驗(yàn)證模型。由于各功能模塊之間是相互關(guān)聯(lián)的，如果改變裝配中的某一零件，系統(tǒng)將會(huì)自動(dòng)地在該裝配中的其他零件與繪圖上反映該變化。
（3）參數(shù)化（Parametric）
Pro/ENGINEER為一參數(shù)化系統(tǒng)，即特征之間存在相互關(guān)系，使得某一特征的修改會(huì)同時(shí)牽動(dòng)其他特征的變更，以滿足設(shè)計(jì)者的要求。如果 某一特征參考到其他特征時(shí)，特征之間即產(chǎn)生父/子（parent/child）關(guān)系。
（4）構(gòu)造曲面（surface）
復(fù)雜曲面的生成主要有三種方法：1）由外部的點(diǎn)集，生成三維曲線，再利用Pro/E下surface的功能生成曲面。2）直接輸入由Pro/desinger（造型設(shè)計(jì)）產(chǎn)生的曲面。3）利用import（輸入）功能，以IGES、 SET、VDA、Neutral等格式，輸入由其他軟件或三維測(cè)量?jī)x產(chǎn)生的曲面。
（5）在裝配圖中構(gòu)建實(shí)體
根據(jù)已建好的實(shí)體模型，在裝配（component）中，利用其特征（平面，曲面或軸線）為基準(zhǔn)，直接構(gòu)建（Create）新的實(shí)體模型。這樣建立的模型便于裝配，在系統(tǒng)默認(rèn)（default）狀態(tài)下，完成裝配。
1．生成工程圖
Pro/E可以用來實(shí)現(xiàn)基于實(shí)體建模的工作流程而生成工程圖紙，用戶可以輕
松地生成和保存2D工程圖紙，由于工程圖紙和3D零件動(dòng)態(tài)連接，因此當(dāng)用戶修改生成視圖的3D模型時(shí)，零件視圖、尺寸和注釋等都自動(dòng)更新，節(jié)約了圖紙管理和維護(hù)的時(shí)間。
2． 演示市場(chǎng)銷售
Pro/E的渲染工具可幫助用戶以真實(shí)的照片有效地交流其設(shè)計(jì)。用戶完成高
質(zhì)量的零件、裝配圖、裝配爆炸效果圖，可用于演示、設(shè)計(jì)檢查、市場(chǎng)銷售、制作說明書等用途。
最直觀的 Pro/E 拋棄傳統(tǒng) CAD/CAM 軟件中的線框和表面模型，而直接于
3D 實(shí)體。這使我們的設(shè)計(jì)環(huán)境完全從 2D 或 2D 與 3D 混合狀態(tài)上升為純3D
模式。產(chǎn)品或模具的描述信息變得更加完整，概念更加清晰，更易于抓住設(shè)計(jì)意
圖。設(shè)計(jì)質(zhì)量和速度也大大提高，尤其是結(jié)合快速原型技術(shù)，可以大大縮短產(chǎn)品
設(shè)計(jì)生產(chǎn)上市周期?？傊?，隨著 Pro/E 的不斷完善和發(fā)展，越來越多的問題將
被解決，越來越多的理想將變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)。 Pro/E 的魅力將更多地體現(xiàn)為生產(chǎn)力水
平的極大提高。
5.2支重輪與引導(dǎo)輪的Pro/E建模
5. 2.1支重輪的Pro/E建模
支重輪主要由值軸、輪體、軸套、浮動(dòng)油封座、螺塞、墊圈、浮動(dòng)油封、環(huán)
形圈、銷等組成。首先對(duì)各個(gè)零件進(jìn)行建模，圖5-1為支重輪輪體的PRO/E三維模型，圖5-2為支重輪浮動(dòng)油封座的PRO/E三維模型，，5-3為支重輪軸的PRO/E三維模型。
圖5-1支重輪體
圖5-2支重輪浮動(dòng)油封座
圖5-3支重輪軸
完成零件建模后，進(jìn)行支重輪裝配，如圖5-4：
圖5-4支重輪
5.2.2引導(dǎo)輪的Pro/E建模
導(dǎo)向輪主要由導(dǎo)向輪軸、O形密封圈、導(dǎo)向輪堵板、圓柱銷、導(dǎo)向輪輪體、鐵套、雙金屬軸套。首先對(duì)導(dǎo)向輪各個(gè)零件進(jìn)行建模，圖5-5為引導(dǎo)輪輪體的PRO/E三維模型，圖5-6為引導(dǎo)輪軸的PRO/E三維模型。
圖5-5為引導(dǎo)輪輪體
圖5-6引導(dǎo)輪軸
完成零件建模后，進(jìn)行引導(dǎo)輪裝配，得圖5-7
圖5-7引導(dǎo)輪
5.3本章小結(jié)
本章簡(jiǎn)單介紹了支重輪與引導(dǎo)輪的三維Pro/E視圖、以及Pro/E簡(jiǎn)介，著重于進(jìn)一步對(duì)支重輪與引導(dǎo)輪結(jié)構(gòu)形式的表達(dá)，使讀者更能清楚地了解其結(jié)構(gòu)，從而對(duì)支重輪、引導(dǎo)輪的深入研究以及對(duì)其結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)做了有利的前提條件，為以后打下了良好基礎(chǔ)。
第六章 結(jié)論
本文對(duì)旋挖鉆機(jī)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)作了充分分析，了解了支重輪、引導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)形式及組成，并對(duì)其做了結(jié)構(gòu)尺寸設(shè)計(jì)及履帶行走裝置行走受力分析和詳細(xì)計(jì)算。本設(shè)計(jì)是以三一SR150旋挖鉆機(jī)為參考進(jìn)行設(shè)計(jì)，現(xiàn)將主要工作和進(jìn)展總結(jié)如下：
（1）本文分析了支重輪、引導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)形式及其分類、特點(diǎn)和工作原理，并對(duì)履帶行走裝置的牽引力進(jìn)行了詳細(xì)的分析和計(jì)算，符合實(shí)際能應(yīng)用于實(shí)際當(dāng)中。
（2）第四章詳細(xì)介紹了支重輪、引導(dǎo)輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，并參照國(guó)標(biāo)且確定了各輪的結(jié)構(gòu)尺寸、組成部分及各種參數(shù)及技術(shù)要求。
（3）最后對(duì)支重輪、引導(dǎo)輪進(jìn)行三維建模進(jìn)一步了解其結(jié)構(gòu)形式，并簡(jiǎn)單介紹的Pro/E。
通過這次畢業(yè)設(shè)計(jì)不僅使我掌握了對(duì)各類軟件的使用，而且還很好的對(duì)以前所學(xué)的各類知識(shí)做了系統(tǒng)的復(fù)習(xí)與加深，并對(duì)工程設(shè)計(jì)的流程有了一定的了解。
通過對(duì)支重輪、引導(dǎo)輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算，讓我了解了履帶行走裝置的行駛原理，并對(duì)整機(jī)的結(jié)構(gòu)及工作情況有了初步的認(rèn)識(shí)。同時(shí)在結(jié)束之際我很感謝指導(dǎo)老師-周友行以及研究生助教-姚小海對(duì)我的指導(dǎo)與幫助，讓我在這次畢業(yè)設(shè)計(jì)中學(xué)到了許多從來沒有學(xué)到的東西，另外還有其他同組同學(xué)的協(xié)助與幫忙。
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Rapid Prototyping and manufacturing
Introduction
The term “rapid prototyping” (RP) is a relatively new expression for the generation of three-dimensional models manufactured without the need for machining or products designed on a computer aided design system, the first rapid prototyping system was introduced on to the US market in 1988 and gave the engineer the opportunity to produce 3 dimensional objects directly from Computer Aided Design (CAD) date and succeed in the cost-effective production of patterns and moulds with complex surfaces.
The principle advantages of using this technology are:
n High speed at which the solid model is generated.
n The complexity of the model does not form any limitation to its production.
n The early use of these models was to assist the designer in determining fitness and form. It also provided the sales team with a 3 dimensional object to show to a prospective customer, this being far better than the traditional orthographic drawing which many people find difficult to interpret.
n The benefits of RP:
n Converts 3D CAD images into accurate physical models at a fraction of the cost of traditional methods.
n Improves design communication and helps eliminate design mistakes.
n Reduces “time to market” for a new product.
n Can be used as a powerful marketing tool since the prototype can be seen rather than the drawing.
The development of this technology has reached into many of the traditional fields, attracting the interest of artisans whose skill any knowledge has led to 3-D objects being used directly and indirectly as patterns and model for soft tooling.
Production of models by machining has a number of limitations.
l Material removed during forming is difficult to reclaim.
l Machining in the form of drilling turning milling spark erosion etc., is limited by the shapes it can produce.
l In the event of design change, conventional tooling such as patterns ,core boxes, dies, jigs etc. ,become expensive to alter ，and in many cases, may require complete re-manufacture.
Rapid prototyping differs with conventional manufacturing methods by adding material layer by layer until the desired sharp is achieved, immediately reducing or avoiding the loss of material.
What RP&M CAN DO?
To substantially shorten the time for developing patterns, moulds, and prototypes, some manufacturing enterprises have started to use rapid prototyping methods for complex patterns making and component prototyping. Over the past few years, a variety of new rapid manufacturing technologies, generally called Rapid Prototyping and Manufacturing(RP&M),have emerged ;the technologies developed include Stereo lithography (SL), selected laser sintering(SLS),fused deposition modeling(FDM),laminated object manufacturing(LOM),and three dimensional printing (3D Print).They have a common important feature ;the prototype part is produced by adding materials rather than removing materials. This simplifies the 3D part producing processes to 2D layer adding processes so that a part can be produced directly from its computer model.
THE BASIC PROCESS IN RP
RP machines process CAD data by slicing the computer model into layers ,each layer being typically 0.1-0.25mm thick the machine then uses this data to construct the model layer by layer ,each layer being bonded to the previous until a solid object is formed. Due to this laminated method of construction a stepped surface is developed on curved faces, the removal of which is essential if maximum advantage of the process is to be realized. Schematic representation of the stepped construction, which requires post processing, is on the above Figure8.1.
DEVELOPMENT
More recent developments have been prompted by problems caused by the expansion of the model where it is used as a disposable pattern (like the wax pattern in the lost wax process), Where the resin model is produced to form solid walls, expansion during the “burning-out” stage weakens the ceramic shell, and can cause failure in the firing and/or casting stages.
The company, 3D System GmbH, has developed a machine and software, which together allow for the model to be constructed in the form of a honeycomb. The honeycomb structure collapses in on itself during “burning-out” thus avoiding the problems of expansion. Each pocket of the honeycomb structure is connected to its neighbor by a small hole that allows for the uncured resin to be drained prior using.
Other methods of producing tooling directly from the rapid prototype-such as metal spraying –are also being developed, and this seems to have potential in the production of less complex parts, although it is inevitable that some detail will be lost.
Prototyping Company ARRK EUROPE LTD, London, has developed a thin layer technology, which removes many of the inaccuracies inherent in mechanical finishing. It claims to be the first company in the world to achieve 0.05mm layer build accuracy.
ARRK’s development team used a combination of subtle mechanical alterations to setting up of its four stereo lithography (SL) rapid prototyping machines and proprietary techniques to over come de-wetting. It also called upon its knowledge of resins.
Using this new technology, the company is now able to produce extremely accurate high-quality master parts and tooling. With 0.05mm layer, the build is more precise and all but eliminates the stair-stepping effect. In addition, the need for finishing is dramatically reduced. As a result, the process is ideal for switches, electronic components or any finely details part.
Current Application Areas of RP&M
Design Engineering
(1) Visualization
With RP&M, the prototype of a complex part can be built in short time, therefore engineers can evaluate a design very quickly, for it isn’t difficult to visualize exactly what the actual complex product will look like.
(2) Verification and optimization
Improving product quality is always an important issue of manufacturing. An RP&M prototype can be produced quickly without substantial tooling and labor cost. As a result, the product quality can be improved within the limited time frame and with af