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畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
題目 YZY400全液壓靜力壓樁機(jī)的橫向行走
及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
目 錄
1. 行走機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的擬定 ………………………………………………………………05
2. 短船液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………………………….06
2.1 短船液壓缸的載荷力計(jì)算 ………………………………………………………….06
2.1.1 摩擦阻力 ………………………………………………………………….07
2.1.2 慣性阻力 …………………………………………………………………08
2.1.3 行走風(fēng)阻力 ……………………………………………………………….09
2.1.4 軌道坡度阻力 …………………………………………………………….09
2.1.5 載荷力的確定 ……………………………………………………..................10
2.2 液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ......................................11
2.3 確定短船行走液壓缸的型號(hào) ………………………………………………………12
2.4 短船液壓缸技術(shù)規(guī)格 ………………………………………………………………13
2.5 短船液壓缸活塞桿穩(wěn)定性校核 ……………………………………………………13
3. 短船機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………16
3.1 行走小車(chē)間距的設(shè)計(jì)計(jì)算 …………………………………………………………17
3.2 短船尺寸的設(shè)計(jì) ……………………………………………………………………17
3.3 短船上下層機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) ………………………………………………………………17
3.4 短船上下層連接軸的校核 …………………………………………………………18
4. 小車(chē)組件的設(shè)計(jì)計(jì)算 ……………………………………………………………………19
4.1 小車(chē)車(chē)輪的計(jì)算與校核 ……………………………………………………………20
4.2 車(chē)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 ……………………………………………………………………21
4.3 選定并校核軸承 ……………………………………………………………………23
5. 軌道的設(shè)計(jì)計(jì)算 ………………………………………………………………………….26
6. 焊縫的強(qiáng)度計(jì)算 …………………………………………………………………………28
6.1 小車(chē)構(gòu)架的焊接校核 ……………………………………………………………....28
6.2 球座的焊接校核 ……………………………………………………………………29
7. 球頭的強(qiáng)度校核 …………………………………………………………………………29
8. 短船液壓缸連接部分設(shè)計(jì) ……………………………………………………………...30
9. 球頭螺栓強(qiáng)度校核 ……………………………………………………………………...31
10. 總結(jié)與展望 ……………………………………………………………………………. 32
11. 致謝 ……………………………………………………………………………………...33
12. 參考文獻(xiàn) ………………………………………………………………………………...34
摘 要
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是YZY400全液壓靜力壓樁機(jī)的設(shè)計(jì),我們是團(tuán)隊(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì),我完成靜壓樁機(jī)橫向行走及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。我首先參考塔式起重機(jī)，根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)，確定液壓缸的型號(hào)，然后確定整個(gè)樁機(jī)行走部分的所有尺寸并完成部件的選定，最后對(duì)尺寸、部件強(qiáng)度進(jìn)行計(jì)算校核，包括液壓缸活塞桿的穩(wěn)定性、軸、軸承、球頭、軌道、車(chē)輪、螺栓、銷(xiāo)軸、焊縫的計(jì)算校核。
關(guān)鍵詞：壓樁機(jī) ; 液壓缸 ; 計(jì)算
Abstract
The task of graduate design will design a pile driver of statics YZY400 include hydraulic pressure. Our collecting will finish this task , while I will finish landscape orientation and circumgyrate framework of this pile driver . First of all , I reference tower crane and base tread framework’s parameter , then make sure model number of fluid cylinder , secondly , I make sure all dimension of tread part and chose parts , lastly , I finish to cheak all dimension and intensity , include stability of fluid cylinder’s rod 、axes 、shafting bearing 、 buld 、rail 、wheel 、 welded。
Keywords : pile driver ; fluid cylinder ; calculate
全液壓靜力壓樁機(jī)是利用中壓油產(chǎn)生的強(qiáng)大靜壓力，平穩(wěn)、安靜地將預(yù)制樁快速壓入地基的一種新型樁基礎(chǔ)機(jī)械，已廣泛用于我國(guó)沿海城市建設(shè)和舊城市改造的樁基礎(chǔ)施工。全液壓靜力壓樁機(jī)共有十二個(gè)部分組成，司機(jī)室、操作臺(tái)、機(jī)身、壓樁機(jī)構(gòu)、起重機(jī)、縱行機(jī)構(gòu)、橫行及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、配重、頂升機(jī)構(gòu)、夾樁機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)、油箱系統(tǒng)。
樁機(jī)對(duì)單根預(yù)制樁施加的最大靜壓力不大于自身的總重量（包括70%的配重塊重量）。目前該類(lèi)樁機(jī)自身的噸位一般為80-650t。
隨著夜壓技術(shù)的發(fā)展，我國(guó)在20世紀(jì)70年代開(kāi)始研制生產(chǎn)靜壓樁機(jī)。采用靜壓樁機(jī)將樁逐段壓入土層中具有如下明顯的優(yōu)點(diǎn)：
（1）在施工過(guò)程中無(wú)震動(dòng)、無(wú)噪音、無(wú)污染，在城市居住密集區(qū)施工有明顯的優(yōu)越性。
（2）由于樁是通過(guò)靜力壓入圖層，樁沒(méi)有受到錘擊所引起的拉伸應(yīng)力的沖擊，因此樁內(nèi)的鋼筋配置和混凝土的強(qiáng)度均可比錘擊樁要小，這樣可節(jié)約樁的工程成本。經(jīng)統(tǒng)計(jì)，與打擊樁相比，靜壓樁可節(jié)約鋼材47%，水泥12%。
（3）采用柴油錘打樁，樁周邊土壤有一定程度的“液化”，因此，樁要經(jīng)過(guò)一段時(shí)間“休息”后，才具有真實(shí)的承載力，靜壓樁在施工中不會(huì)對(duì)周邊土壤產(chǎn)生較大的干擾，所壓入樁的最終壓力基本上體現(xiàn)了樁的實(shí)際承載力，因此施工完成后，根據(jù)壓入過(guò)程的壓力曲線可迅速計(jì)算出樁的實(shí)際承載力。
（4）基本上無(wú)斷樁。
（5）可以直接用靜壓樁機(jī)對(duì)樁進(jìn)行靜載實(shí)驗(yàn)。
雖然靜壓樁有上述優(yōu)點(diǎn)，但由于靜壓樁機(jī)要配有較多的配重，整個(gè)機(jī)器的拼裝、運(yùn)輸及工作效率仍然比打擊樁低，所以目前仍不如柴油錘打擊樁與鉆孔樁普及。但隨著城市的發(fā)展，對(duì)噪音及泥漿污染進(jìn)行越來(lái)越嚴(yán)格的限制，靜壓樁機(jī)必將越來(lái)越受到市場(chǎng)的重視。
我這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)是完成短船行走機(jī)構(gòu)與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和校核，短船行走機(jī)構(gòu)與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由船體、行走梁、回轉(zhuǎn)梁、掛輪機(jī)構(gòu)、行走輪、液壓缸、回轉(zhuǎn)軸和滑塊組成?；剞D(zhuǎn)梁兩端與底盤(pán)結(jié)構(gòu)鉸接，中間由回轉(zhuǎn)軸與行走梁相連，行走梁上裝有行走輪，正好落在船體的軌道上，用焊接在船體上的掛輪機(jī)構(gòu)掛在行走梁上，使整個(gè)船體組成一體。液壓缸的一端與船體鉸接，另一端與行走梁鉸接。工作時(shí)，頂升液壓油缸工作，使長(zhǎng)船落地，短船離地，然后短船液壓缸工作使船體沿行走梁前后移動(dòng)。頂升液壓缸回程，長(zhǎng)船離地，短船落地，短船液壓缸伸縮使樁機(jī)通過(guò)回轉(zhuǎn)梁與行走梁推動(dòng)行走小車(chē)在船體的軌道上左右移動(dòng)。上述動(dòng)作反復(fù)交替進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)樁機(jī)的橫向行走。樁機(jī)的回轉(zhuǎn)動(dòng)作是：長(zhǎng)船接觸地面,短船離地, 兩個(gè)短船液壓缸各伸長(zhǎng)1/2行程, 然后短船接觸地面, 長(zhǎng)船離地, 此時(shí)讓兩個(gè)短船液壓缸一個(gè)伸出一個(gè)收縮, 于是樁機(jī)通過(guò)回轉(zhuǎn)軸使回轉(zhuǎn)梁上的滑塊在行走梁上作回轉(zhuǎn)滑動(dòng)。油缸行程走滿，樁機(jī)可轉(zhuǎn)動(dòng)10°左右，隨后頂升液壓缸讓長(zhǎng)船落地，短船離地，兩個(gè)短船液壓缸又恢復(fù)到1/2行程處，并將行走梁恢復(fù)到回轉(zhuǎn)梁平行位置。重復(fù)上述動(dòng)作，可使整機(jī)回轉(zhuǎn)到任意角度。
1. 行走機(jī)構(gòu)主要參數(shù)的擬定
接地比壓 ---------------0.13
縱向行走最大行程---------2
前進(jìn)速度 ----------------1.4~1.5
后退速度 -----------------2.6~2.8
橫向行走最大行程----------0.5
左移速度 -----------------1.4
右移速度 -----------------2.8
轉(zhuǎn)角----------------------15°
靜壓樁機(jī)的噸位設(shè)計(jì)計(jì)算:
靜壓樁機(jī)的機(jī)身總重量： （噸）
從靜壓樁機(jī)額定壓樁的安全考慮，該樁機(jī)應(yīng)設(shè)計(jì)噸位：
（噸）
2. 短船液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1 短船液壓缸的載荷力計(jì)算
在露天工作的靜壓樁機(jī),當(dāng)沿著有一定坡度的軌道行走時(shí),其總行走阻力包括：摩擦阻力； 軌道坡度阻力； 行走風(fēng)阻力和慣性阻力。
2.1.1 摩擦阻力
摩擦阻力包括車(chē)輪的滾動(dòng)摩擦阻力、車(chē)輪軸承中的摩擦阻力以及車(chē)輪輪緣與軌道之間的滑動(dòng)摩擦阻力。為了簡(jiǎn)化討論，假定靜壓打樁機(jī)的全部載荷都作用于一個(gè)車(chē)輪上，當(dāng)車(chē)輪沿著軌道滾動(dòng)時(shí)，其受力情況如圖1所示，沿鉛垂方向有載荷重力以及支反力，當(dāng)車(chē)輪在驅(qū)動(dòng)力矩的作用下開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，由于車(chē)輪軌道的微小變形，支反力將偏離載荷的作用線一個(gè)距離。
圖 1 摩擦阻力計(jì)算圖
由車(chē)輪的平衡條件有：
=
=
=
∵ T = + = +
∴ = = (2.1.1.1)
車(chē)輪輪緣與軌道側(cè)面的摩擦引起的附加摩擦阻力，一般用增加附加阻力摩擦系數(shù) 來(lái)考慮，得：
= (2.1.1.2)
式中 ───— 驅(qū)動(dòng)力矩
───—— 軸徑摩擦阻力矩
───—— 變形引起的滾動(dòng)阻力矩
───—— 靜壓樁機(jī)自重
───——— 附加阻力系數(shù)
───—— 軸承摩擦系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
───—— 車(chē)輪滾動(dòng)阻力系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
───—— 小車(chē)車(chē)輪的直徑
───—— 小車(chē)軸徑
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確定各個(gè)系數(shù)值：
= 480 × 1000 × 9.8 = 4704000（）
= 4.704×103（）
= 0.02， 圓錐滾子軸承
= 0.003，軌道為鋼軌，平頭，車(chē)輪為鋼材料
= 0.3 m
= 0.15 m
= 1.3，有車(chē)緣的柱面車(chē)輪，圓錐滾子軸承
將以上數(shù)據(jù)帶入(2.1.1.2)式中計(jì)算：
=
= 4.704×103×（0.02×0.15/0.3 + 2×0.003/0.3）×1.3
= 183（）
2.1.2 慣性阻力
慣性阻力主要指小車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)起動(dòng)慣性阻力，按下式計(jì)算：
= (2.1.2.1)
式中 ─————小車(chē)運(yùn)行速度
─———— 小車(chē)起動(dòng)時(shí)間
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確定各個(gè)數(shù)值：
V = 2.8 = 0.047
t。= ， 取
則t。= 0.094 (s)
將以上數(shù)據(jù)代入(2.1.2.1)式計(jì)算：
∴ = = (480×1000×9.8)÷9.8×0.047÷0.094
∴ = 240（）
2.1.3 行走風(fēng)阻力
行走風(fēng)阻力主要指風(fēng)作用在靜壓樁機(jī)上引起的阻力，按下式計(jì)算：
= (2.1.3.1)
式中 C ─— 風(fēng)力系數(shù)
─— 風(fēng)壓高度變化系數(shù)
q ─— 計(jì)算風(fēng)壓 ,（ ）
A ─— 靜壓打樁機(jī)的迎風(fēng)面積，（）
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確定各個(gè)數(shù)值：
C = 1.2
= 1.0
q = 150
A = 3.39×4.4×3 = 45
將以上數(shù)據(jù)代入(2.1.3.1)式計(jì)算：
∴ = = 1.2×1.0×150×4 = 8.1 （）
2.1.4 軌道坡度阻力
當(dāng)靜壓打樁機(jī)沿著具有一定坡度的軌道行駛時(shí)，由于靜壓打樁機(jī)自重，沿軌道坡度的分力引起的運(yùn)動(dòng)阻力（圖2）由下式確定：
圖 2 坡度阻力計(jì)算圖
=
式中 ─— 軌道傾斜角 ，取
∴ = = = 410 （）
2.1.5 載荷力的確定
靜壓樁機(jī)行走時(shí)，由于兩個(gè)油缸提供動(dòng)力，考慮到兩支液壓缸提供的動(dòng)力不一定和理論設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為的是一組平行力，且大小相等，故取單個(gè)油缸受力的計(jì)算式：
(2.1.5.1)
式中 ──—— 單支油缸工作時(shí)的作用力
──—— 兩支油缸同時(shí)工作的作用力
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確定 、 的數(shù)值：
= 183 + 8.1 + 410 + 24 = 841（）
= = 841（）
=
將以上數(shù)據(jù)代入(2.1.5.1)式計(jì)算：
2.2 液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算
YZY400靜力壓樁機(jī)屬于大型的工程機(jī)械，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，初步確定行走機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)壓力為25MPa
確定橫移行走液壓缸尺寸:
根據(jù)靜壓樁機(jī)行走機(jī)構(gòu)的基本性能要求，確定使用雙作用單活塞桿液壓缸
圖 3 液壓缸的行走狀態(tài)圖
Ⅰ向行走時(shí)， B口進(jìn)油； A 口出油
Ⅱ向行走時(shí)， A口進(jìn)油； B口出油
液壓缸計(jì)算如下：
（） (2.2.1)
式中 ── 活塞桿直徑，（）
── 液壓缸的理論推力，
── 系統(tǒng)壓力，查手冊(cè)取
將以上數(shù)據(jù)代入(2.2.1)式計(jì)算：
∴
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取D = 200
取速度比：
∵
∴
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取 = 140
液壓缸的流量計(jì)算：
式中 ── 液體的運(yùn)動(dòng)速度
── 活塞的面積
∴
2.3 確定短船行走液壓缸的型號(hào)
── ──
液壓缸的型號(hào)說(shuō)明：
── ── □
──—— 雙作用單活塞桿液壓缸
──——結(jié)構(gòu)尺寸代號(hào)（液壓缸直徑/活塞桿直徑）
□ ──—— 活塞桿型式代號(hào)
2.4 短船液壓缸技術(shù)規(guī)格
速度比 =2
工作壓力 25
最大行程 S
(mm)
缸徑
φAL(mm)
活塞桿直徑
φMM(mm)
推力(KN)
拉力(KN)
200
140
785
400
1500
推力計(jì)算:
式中 ──—— 液壓缸推力
──——工作壓力
──——活塞的作用面積
∴
∴
拉力計(jì)算:
式中 ──—— 液壓缸拉力
──—— 工作壓力
──——活塞直徑
──—— 活塞桿直徑
──—— 液壓缸有桿腔作用面積
∴
∴
2.5 短船液壓缸活塞桿穩(wěn)定性校核
當(dāng)桿件的應(yīng)力達(dá)到屈服極限或強(qiáng)度極限時(shí)，將引起塑性變形或斷裂。細(xì)長(zhǎng)桿件受壓時(shí)，卻表現(xiàn)出與強(qiáng)度失效全然不同的性質(zhì)，當(dāng)壓力逐漸增加到某一極限值時(shí)，細(xì)長(zhǎng)桿的直線平衡變?yōu)椴环€(wěn)定，將轉(zhuǎn)變?yōu)榍€形狀的平衡，桿件失穩(wěn)后，壓力的微小增加將引起彎曲變形的顯著增大，桿件已經(jīng)喪失了承載能力(如圖4)。
圖 4 活塞桿失穩(wěn)
活塞桿失穩(wěn)時(shí)，應(yīng)力不一定是很大，甚至可能會(huì)小于比例極限，按下式進(jìn)行穩(wěn)定性校核：
柔度 ： (2.5.1)
式中 ──—— 長(zhǎng)度系數(shù)
──——— 截面的慣性半徑
──——— 桿件的長(zhǎng)度即活塞桿的行程
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確定各個(gè)數(shù)值：
=
=1 ， 短船液壓缸的活塞桿為兩端鉸支連接
將以上各數(shù)據(jù)代入(2.5.1)式計(jì)算：
∴
壓桿穩(wěn)定的極限值：
(2.5.2)
式中 ──—— 材料的彈性模量
──—— 比例極限
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，= 206
=200
將以上各數(shù)據(jù)代入(2.5.2)式計(jì)算：
∴
∴ 短船活塞桿不屬于大柔度桿，不能使用歐拉公式計(jì)算臨界壓力
采用以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)的直線公式：
(2.5.3)
式中 ──—— 屈服極限
、 ──—— 直線公式系數(shù)
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，=235
將以上各值代入(2.5.3)式計(jì)算：
∵
∴ 短船液壓缸活塞桿屬于小柔度壓桿，受壓時(shí)不可能像大柔度桿那樣出現(xiàn)彎曲變形，主要因應(yīng)力達(dá)到屈服極限（塑性變形）或強(qiáng)度極限（脆性變形）而失效，應(yīng)按強(qiáng)度問(wèn)題計(jì)算：
(2.5.4)
式中 ──—— 臨界應(yīng)力
──—— 活塞桿受力
──—— 活塞桿橫截面積
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確定各個(gè)數(shù)值：
= 701
將以上各數(shù)據(jù)代入(2.5.4)式計(jì)算：
∴ 短船液壓缸活塞桿滿足穩(wěn)定性要求
3. 短船機(jī)構(gòu)的總體設(shè)計(jì)
短船擬定分為上下兩層，上層為軌道行走部分，下層為接地部分，兩層之間用圓軸連接，圓軸焊接于接地部分。
圖5 行走機(jī)構(gòu)視圖
3.1 行走小車(chē)間距的設(shè)計(jì)計(jì)算
擬定小車(chē)尺寸：長(zhǎng)---0.6m， 寬---0.4m
根據(jù)液壓缸型號(hào)（HSG — Φ200/Φ140 — 500）和行程500mm
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：HSG液壓缸——— = 628 + s =628+500=1128
MR = 95
∴ L=628+600+95+95+500=1918
取 L=2.6m
3.2 短船尺寸的設(shè)計(jì)
靜壓樁機(jī)設(shè)計(jì)噸位：M=480(t)
短船的接地比壓：P=0.13(MPa)
短船總的工作面積：
平均到每只短船上的受壓面積是：
取短船的長(zhǎng)為5m, 則寬為3.6m
3.3 短船上下層機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)
短船回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用雙層結(jié)構(gòu)，最大旋轉(zhuǎn)角度α=15°，兩橫移短船中心相距L=5500mm , 短船液壓缸的最大行程S=500mm , 由于機(jī)身旋轉(zhuǎn)時(shí)短船也隨之旋轉(zhuǎn)，而短船下支座仍然著地，故短船上支撐與下支撐將出現(xiàn)行程差X 。
短船的上支撐采用成形套與法蘭連接，連接部分采用8只連接螺栓。
短船的下支撐采用鋼板焊接連接，從而增大接地面積。
在短船一只液壓缸伸長(zhǎng)一半時(shí)，另一只液壓缸縮回一半，此時(shí)機(jī)身旋轉(zhuǎn)至最大角度。
圖6 行程補(bǔ)償原理圖
中心線的位置從01-02 轉(zhuǎn)到 03-04 :
X=L1-L2
∴ X=L1-L2=2750-2656.5=93.5
3.4 短船上下層連接軸的校核
行走時(shí)，軸在連接結(jié)合面處受剪，并與被連接件孔壁互相擠壓，連接損壞的可能形式有：軸被剪斷，軸或孔壁被壓潰。
軸所受的剪力為F, 其強(qiáng)度條件為：
軸的材料選用45#鋼，調(diào)質(zhì)處理，
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)：=80MPa
∴
∴ (mm)
取 d = 106 (mm)
校核連接的強(qiáng)度條件為：
式中 h ———— 軸的受壓高度
———— 軸的許用擠壓應(yīng)力
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)： = 150MPa
擬定上層軌道部分與軸的受壓高度為0.055m
∴
∴ 軸滿足連接的強(qiáng)度要求
4. 小車(chē)組件的設(shè)計(jì)計(jì)算
靜壓樁機(jī)的支撐，靠長(zhǎng)船和短船上的四只行走小車(chē)提供作用力，只要克服樁機(jī)的自重即可。由于三點(diǎn)確定一個(gè)平面，雖然有四只小車(chē)支撐，但實(shí)際產(chǎn)生作用的往往只有其中的三只小車(chē)，單只小車(chē)的受力按下式進(jìn)行計(jì)算：
車(chē) (4.1)
式中 ──—— 樁機(jī)正常工作時(shí)，小車(chē)的最大受力
──—— 樁機(jī)正常工作時(shí)，小車(chē)的最小受力
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確定、的值
將以上數(shù)據(jù)代入(4.1)式計(jì)算：
車(chē)
4.1 小車(chē)車(chē)輪的計(jì)算與校核
車(chē)輪是靜壓樁機(jī)的行走部件，在靜壓樁機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)中均采用單輪緣柱面車(chē)輪，通常情況下輪緣的高度約為20~25，且具有1：5斜度。
車(chē)輪的強(qiáng)度按車(chē)輪面接觸強(qiáng)度來(lái)計(jì)算，車(chē)輪的接觸強(qiáng)度與它的材料、車(chē)輪踏面和軌道接觸情況有關(guān)，為了計(jì)算車(chē)輪的接觸應(yīng)力，需要先計(jì)算出輪壓：
車(chē)
車(chē)
∴
車(chē)輪點(diǎn)接觸強(qiáng)度校核：
(4.1.1)
式中 ──—— 速度系數(shù)
──—— 工作級(jí)別系數(shù)
──——曲率半徑
── 由軌道頭與車(chē)輪曲率半徑之比所確定的系數(shù)
──—— 與材料有關(guān)的許用點(diǎn)接觸應(yīng)力常數(shù)
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確定各個(gè)數(shù)值：
=1.17
=1.12 （M4）
=400 ( r = 300 , R = 400 )
=0.430 （ r/R = 0.75 ）
將以上各數(shù)據(jù)，代入(4.1.1)式計(jì)算得：
∴
∴ 車(chē)輪滿足強(qiáng)度要求
4.2 車(chē)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
靜壓樁機(jī)的行走小車(chē)均采用兩根聯(lián)結(jié)軸，每根軸的受力為：
軸的受力圖
軸的剪力圖
軸的彎矩圖
軸材料選用鋼，調(diào)質(zhì)處理
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，
軸的彎曲強(qiáng)度條件為：
軸與軸承采用基孔制配合
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取
4.3 選定并校核軸承
對(duì)于緩慢擺動(dòng)或低速旋轉(zhuǎn)的軸承，應(yīng)分別計(jì)算額定動(dòng)載荷和額定靜載荷，取其中較大者選擇軸承。
基本額定動(dòng)載荷的計(jì)算：
式中 ── 基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值
── 當(dāng)量動(dòng)載荷
── 壽命系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)定軸承使用壽命為，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取=2.00
── 速度系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取=1.435
── 力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時(shí)=1.5；
力矩載荷較大時(shí)=2；取=1.5
── 沖擊載荷因數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取=1.0
── 溫度因數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取=1.0
── 軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動(dòng)載荷
當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算：
式中 ──—— 徑向載荷，取
──—— 軸向載荷，=0
──—— 徑向動(dòng)載荷系數(shù)，取=1
──—— 軸向動(dòng)載荷系數(shù)，取=0
∴ = 1×439 =439 (KN)
∴
(KN)
額定靜載荷的計(jì)算式：
式中 ———— 基本額定靜載荷計(jì)算值
———— 當(dāng)量靜載荷
———— 安全因數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，= 2
———— 軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定靜載荷
額定靜載荷的計(jì)算式：
若 < , 取 =
∴ = = 439 （KN）
∴
針對(duì)小車(chē)的負(fù)載情況，選用兩個(gè)相同的單列角接觸軸承（角接觸球軸承或圓錐滾子軸承）以面對(duì)面或背對(duì)背形式安裝在一起作為支撐體，可以承受以徑向載荷為主的較大徑向、軸向聯(lián)合載荷，安裝時(shí)軸承組可預(yù)緊，具有較好的支撐剛度和旋轉(zhuǎn)精度。
成對(duì)安裝的角接觸軸承組其基本參數(shù)如下：
基本額定動(dòng)載荷： （球軸承）
（滾子軸承）
基本額定靜載荷：
初選軸承型號(hào)：32228
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，
軸承代號(hào)
基本尺寸
基本額定載荷/KN
重量/Kg
30000型
d
D
T
W
32228
140
250
71.75
645
1050
14.4
校核軸承的動(dòng)載荷和靜載荷：
∴ 軸承的動(dòng)載荷和靜載荷都滿足要求
校核軸承壽命：
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，軸徑，運(yùn)動(dòng)速度
軸承壽命為：
∴
∴ 軸承滿足強(qiáng)度要求
5. 軌道的設(shè)計(jì)計(jì)算
靜壓樁機(jī)的軌道是用來(lái)支承樁機(jī)的全部自重，保證其正常定向運(yùn)動(dòng)的支撐零件，靜壓樁機(jī)的軌道通常采用P型鐵路鋼軌，鋼管的頂部做成凸?fàn)畹?，底部是具有一定寬度的平板，增大與基礎(chǔ)的接觸面積，軌道的截面多為工字型，具有良好的抗彎強(qiáng)度。
為了確定鋼軌的型號(hào)及進(jìn)行基礎(chǔ)設(shè)計(jì)，必需計(jì)算出鋼軌的最大彎矩和鋼軌對(duì)基礎(chǔ)的最大比壓。
鋼軌對(duì)基礎(chǔ)的最大比壓按下式計(jì)算：
()
鋼軌的最大彎矩按下式計(jì)算：
式中 ──—— 最大輪壓，；
──—— 計(jì)算長(zhǎng)度，；
(mm)
式中 ──—— 鋼軌的剛度
──—— 軌道的底面寬度
── 由基礎(chǔ)的材料決定
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確定各個(gè)數(shù)值：
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè) ，取 =10
∴
∴
∴
P型鐵路鋼軌已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)計(jì)算數(shù)據(jù)，選用型
圖 7 型鐵路鋼軌截面
鐵路鋼軌的基本尺寸(mm)：
軌道型號(hào)
h
l
r
R
備注
P24
107
23.28
51
92
26.13
53.05
53.95
13
300
YB222-63
鐵路鋼軌的計(jì)算數(shù)據(jù)：
計(jì)算數(shù)據(jù)
軌道型號(hào)
截面面積
()
慣性矩
質(zhì)量
P24
31.24
486
80.46
24.46
6. 焊縫的強(qiáng)度計(jì)算
計(jì)算焊縫時(shí)假設(shè): 1)載荷沿焊縫均勻分布; 2)焊縫中的工作應(yīng)力在其相應(yīng)的截面上也均勻分布.
6.1 小車(chē)構(gòu)架的焊接校核
靜壓樁機(jī)的小車(chē)構(gòu)架生產(chǎn)批量很小，如果采用鑄造毛坯，在總成本中制模費(fèi)將要占很大的比重，往往不如采用焊接毛坯經(jīng)濟(jì)。此外，鑄件的最小壁厚受鑄造工藝的限制，常大于強(qiáng)度和剛度的需要。改用焊接毛坯，就可采用較小的壁厚，重量也可平均降低30%。
靜壓樁機(jī)的小車(chē)構(gòu)架焊接均采用端焊縫類(lèi)型，端焊縫在受力時(shí)的應(yīng)力情況很復(fù)雜，在焊縫三角形的垂直平面上有正應(yīng)力、水平平面上有切應(yīng)力，同時(shí)還存在其它應(yīng)力（如彎曲應(yīng)力等等），試驗(yàn)表明，在靜載荷作用下，焊縫的破裂多沿與載荷方向成的斜面，所以就用這個(gè)截面作為計(jì)算截面，截面上的應(yīng)力稱為條件應(yīng)力，應(yīng)小于其許用值，因此焊縫的強(qiáng)度條件為：
式中 ———— 熔積金屬的許用條件應(yīng)力
K ————— 焊縫的高度
L ————— 焊縫的長(zhǎng)度
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確定各個(gè)數(shù)值：
=160 MPa , 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
K =5
L =
∴
∴ 小車(chē)構(gòu)架的焊接滿足強(qiáng)度要求
6.2 球座的焊接校核
側(cè)焊縫中的應(yīng)力情況也很復(fù)雜, 仍取與載荷方向成的截面作為計(jì)算截面,相應(yīng)的許用應(yīng)力也用表示, 設(shè)焊縫的總長(zhǎng)度為, 則強(qiáng)度條件為:
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確定各個(gè)數(shù)值：
=160 MPa , 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
K =8
L =
∴
∴ 球座的焊接滿足強(qiáng)度要求
7. 球頭的強(qiáng)度校核
在外力作用下，聯(lián)結(jié)件和被聯(lián)結(jié)的構(gòu)件之間，必將在接觸面上互相壓緊，于是擠壓應(yīng)力相應(yīng)的強(qiáng)度條件是：
式中 ———— 材料的許用擠壓應(yīng)力
圖8 球頭受力圖
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確定各個(gè)數(shù)值：
, 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
P=1437 KN
∴
∴ 球頭的強(qiáng)度滿足要求
8. 短船液壓缸連接部分設(shè)計(jì)
液壓缸連接耳套采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，與液壓缸以銷(xiāo)軸方式連接。
圖7 液壓缸連接耳套示意圖
液壓缸耳套孔 ：
采用基孔制配合，銷(xiāo)軸直徑
銷(xiāo)軸受到的最大剪切力：
故選用鋼，調(diào)質(zhì)處理，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，
剪切應(yīng)力的強(qiáng)度校核條件：
∴
∴ 采用的銷(xiāo)軸完全滿足剪切安全強(qiáng)度
9. 球頭螺栓強(qiáng)度校核
球頭的蓋板與底座之間采用6個(gè)的螺栓連接，螺栓的材料選用鋼，性能等
為10.9級(jí)。
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，，，
∴
螺栓螺紋部分的強(qiáng)度計(jì)算：
式中 ──—— 螺紋小徑
──—— 螺栓的個(gè)數(shù)
──—— 緊聯(lián)結(jié)螺栓的許用拉應(yīng)力
∴
∴ 球頭螺栓連接的強(qiáng)度滿足要求
10. 總結(jié)與展望
YZY400全液壓靜力壓樁機(jī)橫向行走及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，尺寸基本合理，軸、軸承、軌道、車(chē)輪等的強(qiáng)度滿足要求，根據(jù)行走機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)，參考塔式起重機(jī)的小車(chē)計(jì)算，選取的液壓缸比較科學(xué)經(jīng)濟(jì)，短船分上支座和下支座兩部分，在回轉(zhuǎn)時(shí)能很好的實(shí)現(xiàn)行程補(bǔ)償，使樁機(jī)的行走更方便可靠，大量采用焊接工藝，行走機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)更簡(jiǎn)單，節(jié)省材料，實(shí)現(xiàn)高性能與低成本的完美結(jié)合。
11. 致謝
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)的課題是YZY400全液壓靜力壓樁機(jī)的設(shè)計(jì)，我們是團(tuán)隊(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì), 我完成靜壓樁機(jī)橫向行走及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)。小組所有成員在完成初步整體設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，各自承擔(dān)一定的設(shè)計(jì)任務(wù)，由于我們各自的設(shè)計(jì)任務(wù)彼此之間的相互聯(lián)系很緊密，所以小組所有成員之間的溝通和協(xié)商就顯得非常重要，在此期間各位組員充分發(fā)揮了互相幫助，互相合作的團(tuán)隊(duì)精神，在時(shí)間比較緊張的形勢(shì)下，非常成功的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)，我想在此感謝每位組員這幾個(gè)月對(duì)我工作的支持和協(xié)作，同時(shí)在這期間也包含了鄭老師給予我的幫助，在此對(duì)她的辛勤勞動(dòng)和幫助表示衷心的感謝！
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