45T旋挖鉆機(jī)隨動架及桅頂設(shè)計(jì)【說明書+CAD+PROE】
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目錄
第1章 引言 3
1.1目的和現(xiàn)實(shí)意義 3
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀 3
1.3課題研究意義 5
1.4研究方法 5
1.5本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容 7
第2章 隨動架及桅頂工作原理分析 7
2.1隨動架原理 7
2.2桅頂原理 8
第3章 隨動架回轉(zhuǎn)支承型號，鋼絲繩的選取 9
3.1隨動架旋轉(zhuǎn)支承型號選取 9
3.2鋼絲繩型號選取 9
3.3鋼絲繩直徑選取 9
第4章 隨動架及桅頂?shù)慕Y(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
4.1隨動架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 10
4.2滑輪尺寸及結(jié)構(gòu)的確定 11
4.3支架形狀等強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算 12
4.4軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算 13
第5章 非標(biāo)準(zhǔn)零件附圖 15
5.1上蓋板 15
5.2防滑塊 16
5.3支架 16
5.4保護(hù)架 17
參考文獻(xiàn) 18
結(jié)束語 19
附錄1 外文翻譯
附錄2 二維、三維打印圖
45T旋挖鉆機(jī)隨動架及桅頂設(shè)計(jì)
摘要：近幾年來各類建筑和工程施工的數(shù)量和工程難度日益增加，質(zhì)量要求也越來越高，尤其是人們對環(huán)保的意識不斷提高，傳統(tǒng)的灌注樁成孔工藝已經(jīng)不能適應(yīng)新施工技術(shù)要求，旋挖鉆機(jī)則以其優(yōu)于其他同類產(chǎn)品的性能而成為此類工程中鉆孔灌注樁施工的首選設(shè)備。本設(shè)計(jì)主要對旋挖鉆機(jī)隨動架進(jìn)行分析與設(shè)計(jì)。通過鉆桿的尺寸選擇回轉(zhuǎn)支承的型號，然后根據(jù)回轉(zhuǎn)支承的各尺寸對隨動架的各個零件進(jìn)行分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。最后完成其CAD平面繪圖和PRO/E三維建模，再進(jìn)行組裝。
關(guān)鍵詞：CAD；旋挖鉆機(jī)；隨動架
45T rotary drilling rig with servo frame and masthead design
Abstract: In recent years various types of building and engineering construction and engineering difficulty of increasing the number of，Quality requirements have become more sophisticated, In particular, people's awareness of environmental protection continue to increase, Traditional Pile Drilling technology has been unable to meet the technical requirements of new construction，Rotary drilling rig is better than other similar products in its performance of such projects become the first choice for construction of bored piles. The design of the rotary drilling rig with the servo framework for dynamic analysis and design. Through the drill pipe size selection slewing bearing model, Then according to the various dimensions of the slewing frame with all parts moving analysis and structural design. Finalize its CAD dimensional drawings and PRO / E 3D modeling, and then assembled.
Keywords: CAD; Rotary drilling rig; servo frame
第1章 引言
1.1目的和現(xiàn)實(shí)意義
最近幾年來，隨著一批大型工程相繼開工和我國基礎(chǔ)工程行業(yè)的投資不斷加大，推動了我國基礎(chǔ)工程施工行業(yè)的發(fā)展。各類建筑和工程施工的數(shù)量和工程難度日益加大，質(zhì)量要求也越來越高，尤其是人們環(huán)保意識的不斷提高，對施工環(huán)保要求也越來越高。傳統(tǒng)的沖擊、回轉(zhuǎn)、反循環(huán)鉆等灌注樁成孔工藝因其效率低下，污染嚴(yán)重，已經(jīng)不能適應(yīng)新施工技術(shù)的要求。旋挖鉆機(jī)則以其優(yōu)于其它同類產(chǎn)品的性能而成為此類工程中鉆孔灌注樁施工的首選設(shè)備。目前我國處于一個大發(fā)展時(shí)期，正在進(jìn)行大規(guī)模城市化建設(shè)及大量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國目前共有城市660余個，其中人口在100萬以上的大城市有170余個。隨著國民經(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，按每個城市平均僅占據(jù)2～3臺的市場需求量來保守地估算，旋挖鉆機(jī)在國內(nèi)的總量近幾年即可達(dá)到2000臺以上，為我國旋挖鉆機(jī)行業(yè)帶來了非常好的市場機(jī)遇。而這僅僅才是城市化帶來的市場空間。但現(xiàn)在的情況是，進(jìn)口產(chǎn)品大量涌入我國市場，而我國同類產(chǎn)品的開發(fā)尚處于初始階段，因此要在消化吸收國外同類產(chǎn)品的技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合中國國情，在業(yè)已取得的開發(fā)成果基礎(chǔ)上，盡快將產(chǎn)品系列化，以達(dá)到替代進(jìn)口產(chǎn)品、加速設(shè)備更新?lián)Q代的目的，并為該產(chǎn)品早日打入國際市場打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
1.2國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
（1）國外鉆桅垂直度控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
旋挖鉆機(jī)在二戰(zhàn)之前美國卡維爾特公司問世，二戰(zhàn)之后在歐洲得到發(fā)展。1984年意大利邁特公司首先開始研制，接著在意大利、德國開始發(fā)展，到了70～80年代在日本得到快速發(fā)展。目前國外旋挖鉆機(jī)主要生產(chǎn)廠家為：德國：寶峨、利勃海爾、Delmag、WIRTH、MGF；意大利：土力、SoilMec、MAlT、CMV、CASAG＆必DE、IMT、ENTEGO；西班牙：LLAMADA；日本：日車車輛、日立、住友、加藤；芬蘭：JUNTTAN、TAMROCK；美國：CALWELD、APE、Ingersoll．Rand；英國：BSP等I州到。目前，國外的旋挖鉆機(jī)的控制技術(shù)已逐步實(shí)現(xiàn)智能化，機(jī)電液一體化高度集中、結(jié)構(gòu)緊湊、操縱靈活，其鉆桅垂直度控制系統(tǒng)普遍應(yīng)用負(fù)荷傳感、壓力補(bǔ)償與電液比例閉環(huán)控制技術(shù)。負(fù)荷傳感與壓力補(bǔ)償技術(shù)自20世紀(jì)80年代初在國外液壓挖掘機(jī)上開始得到應(yīng)用，經(jīng)過多年的發(fā)展已為一種先進(jìn)的液壓技術(shù)?，F(xiàn)在，負(fù)荷傳感技術(shù)因其節(jié)能、效率高、控制特性好、動靜特性好和壽命長的顯著優(yōu)點(diǎn)在現(xiàn)代液壓工程機(jī)械中獲得了廣泛應(yīng)用。例如Bosch．ReXroth的A10VSO DFEE變量柱塞泵及LUDV系統(tǒng)、Parker的電液比例壓力流量控制的變量泵、油研的A系列04型和A系列04E型變量柱塞泵等都應(yīng)用了負(fù)荷傳感原理。
目前，國外旋挖鉆機(jī)普遍應(yīng)用現(xiàn)代控制理論進(jìn)行電子控制系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，如狀態(tài)空間分析方法、系統(tǒng)辨識、線性二次型最優(yōu)控制和自適應(yīng)控制等。系統(tǒng)辨識是對控制對象施加一定的試驗(yàn)信號，測量系統(tǒng)的輸入輸出數(shù)據(jù)，然后進(jìn)行分析計(jì)算，建立系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型。就鉆桅垂直度控制系統(tǒng)而言，系統(tǒng)辨識的內(nèi)容包括：試驗(yàn)設(shè)計(jì)、模型結(jié)構(gòu)確定、參數(shù)估計(jì)和模型驗(yàn)證。運(yùn)用系統(tǒng)辨識的理論和方法確定旋挖鉆機(jī)鉆桅垂直度系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，為設(shè)計(jì)精確的控制器奠定基礎(chǔ)?？刂破魇钦麄€控制系統(tǒng)的核心，國內(nèi)絕大多數(shù)旋挖鉆機(jī)控制器在設(shè)計(jì)時(shí)還是采用傳統(tǒng)的PID控制方法，英國學(xué)者Young等人提出一種新型的比例積分控制器方法PIP(proportional．Integral．Plus)控制，該方法采用現(xiàn)代控制理論中的__狀態(tài)空間表達(dá)式來描述系統(tǒng)內(nèi)部模型，并且基于非最小狀態(tài)空間(Non-MinimalState Space)模型進(jìn)行反饋設(shè)計(jì)。PIP控制可視為常規(guī)Pl控制和PID控制的自然發(fā)展，對于一階系統(tǒng)PIP控制等價(jià)于PI控制；對于高階系統(tǒng)PIP控制中的附加控制項(xiàng)能有效地提供隱式的高階微分，從而獲得比PI和PID更好的控制效果。運(yùn)用PIP控制理論設(shè)計(jì)旋挖鉆機(jī)控制器有許多優(yōu)點(diǎn)：所有狀態(tài)向量用可測變量組成，易于用數(shù)字控制器存儲；系統(tǒng)包括內(nèi)在的解耦功能，能夠消除變量I’日J(rèn)的相互干涉，因此閉環(huán)系統(tǒng)穩(wěn)定性較好；系統(tǒng)具有快速的響應(yīng)特性和較高的控制精度。
（2）國內(nèi)鉆桅垂直度控制系統(tǒng)研究現(xiàn)狀
我國在80年代初從日本引進(jìn)過工作裝置，配裝在KH—125型履帶起起重機(jī)上。1984年，天津探礦機(jī)械廠引進(jìn)美國RDI公司的旋挖鉆機(jī)并進(jìn)行消化吸收。1988年北京城建機(jī)械廠根據(jù)土力公司(SOILMEC)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BSP公司附著式旋挖鉆機(jī)，1998年上海金泰股份有限公司與寶峨合作組裝BGl5。
最近幾年我國旋挖鉆機(jī)取得了快速發(fā)展，國內(nèi)的旋挖鉆機(jī)主要生產(chǎn)廠家為：湖南山河智能、湖南三一、徐工、中聯(lián)重科、徐州東明、北京巨力、天津?qū)毝搿⑹仪f煤機(jī)、連云港黃海、哈爾濱四海、內(nèi)蒙古北方重汽、宇通重工、南車時(shí)代、山東鑫國、鄭州勘察等。雖然國內(nèi)的旋挖鉆機(jī)產(chǎn)品已經(jīng)有了很大的發(fā)展，但從整體上看，與發(fā)達(dá)國家的同類產(chǎn)品相比還有一定的差距，主要表現(xiàn)在自動控制和智能化方面。目前國內(nèi)旋挖鉆機(jī)鉆桅垂直度控制系統(tǒng)的技術(shù)水平基本已接近或達(dá)到國際同類產(chǎn)品技術(shù)水平，但大部分是進(jìn)口國外配套設(shè)備，產(chǎn)品模仿甚至抄襲現(xiàn)象嚴(yán)重，自主創(chuàng)新不足，普遍缺少核心技術(shù)，導(dǎo)致產(chǎn)品在可靠性、使用方便性等方面有較大的不足。國內(nèi)鉆桅垂直度控制液壓系統(tǒng)也都應(yīng)用了負(fù)荷傳感原理，但是液壓泵、液壓閥、傳感器等關(guān)鍵零部件大都是國際進(jìn)口，如徐工集團(tuán)的的RDl5、RDl8、RD22三種旋挖鉆機(jī)。三一重機(jī)的SYR220C／220型旋挖鉆機(jī)，液壓系統(tǒng)關(guān)鍵部分采用卡特彼勒液壓系統(tǒng)主控回路，先導(dǎo)控制回路，使用了先進(jìn)的負(fù)載反饋技術(shù)，可使流量按需分配到種個工作裝置，實(shí)現(xiàn)不同工況下的最佳匹配，但關(guān)鍵零部件也是采用了國際知名品牌產(chǎn)品，如德國的力士樂液壓元件、日本高精度密封軸承，美國專業(yè)油管接頭和優(yōu)質(zhì)鉆桿。宇通重工的YTR230／1 50／260型旋挖鉆機(jī)，主液壓系統(tǒng)中的主控制閥、主泵由CAT330底盤提供，系統(tǒng)壓力達(dá)32MPa，為大功率馬達(dá)提供動力；輔助泵、輔助閥采用力士樂負(fù)載反饋恒壓變量系統(tǒng)，系統(tǒng)壓力達(dá)28MPa，為各工作液壓缸提供動力；所有液壓元件、液壓附件也都采用國際知名品牌產(chǎn)品來保證系統(tǒng)的高可靠性。山河智能SWDM20型多功能旋挖鉆機(jī)1201，采用比例控制的液壓先導(dǎo)系統(tǒng)和負(fù)荷傳感的主泵液壓系統(tǒng)，負(fù)載敏感和壓力補(bǔ)償?shù)母北靡簤合到y(tǒng)，均采用國際品牌力士樂液壓元件。國內(nèi)鉆桅垂直度控制系統(tǒng)的電子控制系統(tǒng)大部分也是采用進(jìn)口設(shè)備，如宇通重工和徐工集團(tuán)旋挖鉆機(jī)電控部分均采用力士樂公司自動及手動調(diào)平系統(tǒng)，控制器、傳感器等主要電氣元件也都采用進(jìn)口件，而且大部分控制器的設(shè)計(jì)采用了傳統(tǒng)的PID方法，控制精度及動態(tài)響應(yīng)方面與國際先進(jìn)水平還存在差距。山河智能SWDM20型多功能旋挖鉆機(jī)，自主研發(fā)了SUNWARD EDSARSR電子控制系統(tǒng)，該系統(tǒng)集成度高，功能強(qiáng)大，反應(yīng)快，精度高，采用二級分布控制結(jié)構(gòu)，應(yīng)用CAN BUS技術(shù)和虛擬儀表技術(shù)，在基于嵌入式系統(tǒng)的工程機(jī)械控制器和真彩LCD顯示屏上編程實(shí)現(xiàn)。
1.3課題研究意義
最近幾年來，隨著一批大型工程相繼開工和我國基礎(chǔ)工程行業(yè)的投資不斷加大，推動了我國基礎(chǔ)工程施工行業(yè)的發(fā)展。各類建筑和工程施工的數(shù)量和工程難度日益加大，質(zhì)量要求也越來越高，尤其是人們環(huán)保意識的不斷提高，對施工環(huán)保要求也越來越高。傳統(tǒng)的沖擊、回轉(zhuǎn)、反循環(huán)鉆等灌注樁成孔工藝因其效率低下，污染嚴(yán)重，已經(jīng)不能適應(yīng)新施工技術(shù)的要求。旋挖鉆機(jī)則以其優(yōu)于其它同類產(chǎn)品的性能而成為此類工程中鉆孔灌注樁施工的首選設(shè)備。目前我國處于一個大發(fā)展時(shí)期，正在進(jìn)行大規(guī)模城市化建設(shè)及大量基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)，據(jù)國家統(tǒng)計(jì)局的統(tǒng)計(jì)資料顯示，我國目前共有城市660余個，其中人口在100萬以上的大城市有170余個。隨著國民經(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，按每個城市平均僅占據(jù)2～3臺的市場需求量來保守地估算，旋挖鉆機(jī)在國內(nèi)的總量近幾年即可達(dá)到2000臺以上，為我國旋挖鉆機(jī)行業(yè)帶來了非常好的市場機(jī)遇。而這僅僅才是城市化帶來的市場空間。但現(xiàn)在的情況是，進(jìn)口產(chǎn)品大量涌入我國市場，而我國同類產(chǎn)品的開發(fā)尚處于初始階段，因此要在消化吸收國外同類產(chǎn)品的技術(shù)基礎(chǔ)上，結(jié)合中國國情，在業(yè)已取得的開發(fā)成果基礎(chǔ)上，盡快將產(chǎn)品系列化，以達(dá)到替代進(jìn)口產(chǎn)品、加速設(shè)備更新?lián)Q代的目的，并為該產(chǎn)品早日打入國際市場打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ)。
1.4研究特點(diǎn)
（1）特點(diǎn)及其性能介紹：
旋挖鉆主要用來對地基基礎(chǔ)樁基成孔，廣泛用于市政建設(shè)、公路橋梁、高層建筑等地基礎(chǔ)施工工程，配合不同鉆具，適應(yīng)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)，旋挖鉆機(jī)具有裝機(jī)功率大、輸出扭矩大、軸向壓力大、機(jī)動靈活，施工效率高及多功能特點(diǎn)。目前，旋挖鉆機(jī)已被廣泛推廣于各種鉆孔灌注樁工程。
旋挖鉆機(jī)主要分為小型機(jī)，中型機(jī)和大型機(jī)。其中小型機(jī)參數(shù)要求為：鉆機(jī)扭矩 100kN.m, 發(fā)動機(jī)功率 170kW, 鉆孔直徑 500～1000mm、深約 40m, 整機(jī)重量約 40t。小型機(jī)的應(yīng)用市場定位如下: ①各種樓房的護(hù)坡樁; ②樓房部分承重結(jié)構(gòu)樁; ③城市改造市政項(xiàng)目中各種樁徑小于 1m 的樁; ④適用于其它用途的樁。小型機(jī)的市場覆蓋率達(dá) 30%以上。
（2）工藝原理：
主要是其成孔工藝與其它樁基不同, 旋挖鉆機(jī)的鉆進(jìn)工藝旋挖鉆機(jī)(當(dāng)然也有干土直接取土工藝,視工地現(xiàn)場地層條件而定),是一種無沖洗介質(zhì)循環(huán)的鉆進(jìn)方法,但鉆進(jìn)時(shí)為保護(hù)孔壁穩(wěn)定,孔內(nèi)要注滿優(yōu)質(zhì)泥漿(穩(wěn)定液)。
旋挖鉆機(jī)工作時(shí)能原地作整體回轉(zhuǎn)運(yùn)動。 旋挖鉆機(jī)鉆孔取土?xí)r,依靠鉆桿和鉆頭自重切入土層,斜向斗齒在鉆斗回轉(zhuǎn)時(shí)切下土塊向斗內(nèi)推進(jìn)而完成鉆取土;遇硬土?xí)r, 自重力不足以使斗齒切入土層,此時(shí)可通過加壓油缸對鉆桿加壓,強(qiáng)行將斗齒切入土中,完成鉆孔取土。鉆斗內(nèi)裝滿土后,由起重機(jī)提升鉆桿及鉆斗至地面,拉動鉆 斗上的開關(guān)即打開底門,鉆斗內(nèi)的土依靠自重作用自動排出.鉆桿向下放關(guān)好斗門,再回轉(zhuǎn)到孔內(nèi)進(jìn)行下一斗的挖掘。旋挖鉆機(jī)行走機(jī)動,靈活,終孔后能快速的移位或至下一樁位施工。
（3）質(zhì)量控制措施：
① 樁位放樣
在進(jìn)行場地整平后, 組織有資格的測量放樣人員將所有樁位放出, 釘好十字保護(hù)樁, 做好測量復(fù)核, 并記錄放樣數(shù)據(jù)備案。
?、?埋設(shè)護(hù)筒
用拉線法檢查樁位偏差, 應(yīng)滿足規(guī)范要求。
?、鄢煽?
采用鉆頭鉆進(jìn), 根據(jù)不同層次的土質(zhì)結(jié)構(gòu)選擇不同的轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速和進(jìn)尺進(jìn)行控制。在砂層鉆進(jìn)和進(jìn)入強(qiáng)風(fēng)化層后, 因土層太硬會引起鉆錐跳動及偏斜、加大鉆桿擺動, 故應(yīng)選擇低檔慢速, 轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速參數(shù)取值 13～40v/ min, 成孔深度按設(shè)計(jì)要求進(jìn)行控制。
?、?鋼筋籠制安
旋挖機(jī)挖土清渣達(dá)到設(shè)計(jì)要求后, 開始下放鋼筋籠, 其制安必須嚴(yán)格按照設(shè)計(jì)圖紙進(jìn)行, 主筋、箍筋應(yīng)焊接均勻, 搭接長度及焊縫應(yīng)符合規(guī)范要求, 安裝時(shí)應(yīng)安裝護(hù)塊, 以確保周正及保護(hù)層厚度, 鋼筋籠的制作偏差應(yīng)符合設(shè)計(jì)及規(guī)范要求。
?、?混凝土澆筑
在導(dǎo)管接駁完畢后, 將混凝土隔水栓吊放在臨近泥漿面的位置, 導(dǎo)管底端到孔底距離控制在 0.4m左右, 以便能順利排出混凝土隔水栓。開始灌注前儲料斗內(nèi)儲備的混凝土量應(yīng)不少于 1.0m3, 以便在混凝土隔水栓被擠出導(dǎo)管后能將導(dǎo)管底端一次性埋入水下混凝土中 0.8m 以上, 適時(shí)提升或拆卸導(dǎo)管, 確保導(dǎo)管底端埋入混凝土面以下 1～4m, 灌注應(yīng)連續(xù)進(jìn)行。一旦發(fā)生機(jī)具故障或停電停水及導(dǎo)管堵塞或進(jìn)水等事故時(shí), 應(yīng)采取有效措施進(jìn)行處理, 以便盡快恢復(fù)灌注混凝土, 同時(shí)做好記錄。
?、?孔內(nèi)事故預(yù)防措施
選擇有經(jīng)驗(yàn)、責(zé)任心強(qiáng)的施工隊(duì)伍， 保證操作人員的素質(zhì)；加強(qiáng)鉆具檢查， 對加工不良的鉆具嚴(yán)禁使用;對孔內(nèi)水頭高度, 泥漿的相對密度和粘度經(jīng)常觀察和檢測，發(fā)現(xiàn)問題及時(shí)解決，尤其在鉆孔排渣、提錐除土或因故停鉆時(shí)應(yīng)保持孔內(nèi)規(guī)定水位和規(guī)定的泥漿性能指標(biāo)， 以防坍孔;鉆孔作業(yè)應(yīng)分班連續(xù)進(jìn)行， 在土層變化處撈取渣樣判明土層， 并與地質(zhì)資料核對， 根據(jù)土層情況采取相應(yīng)措施，保證施工質(zhì)量；升降鉆錐須平穩(wěn)，鉆錐提出井口應(yīng)防止碰撞護(hù)筒或孔壁，防止鉤掛護(hù)筒底部， 鉆桿的拆裝應(yīng)迅速。
（4）旋挖鉆成孔施工中應(yīng)注意的問題：
?、?土層中成孔與鋼護(hù)筒安設(shè)的垂直度對樁體垂直度影響巨大;
?、?定位用的混凝土護(hù)筒與鋼護(hù)筒合理配套使用, 能有效縮短鉆機(jī)定位時(shí)間, 提高施工效率;
③軟巖及土層中使用旋挖斗一次成孔; 硬巖中先用螺旋鉆頭成小孔, 然后用旋挖斗進(jìn)行擴(kuò)挖成孔。
1.5 本設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容
本次設(shè)計(jì)主要針對45T旋挖鉆機(jī)隨動架及桅頂設(shè)計(jì)行討論，著重于對桅頂滑輪鋼絲繩的選取和桅頂結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)。其設(shè)計(jì)主要內(nèi)容如下：
第2章 介紹隨動架及桅頂?shù)墓ぷ髟恚?
第3章 隨動架回轉(zhuǎn)支承型號和鋼絲繩的選擇；
第4章 隨動架及桅頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
第2章 隨動架及桅頂工作原理分析
2.1隨動架原理
隨動架是鉆桿上的輔助設(shè)置，能起到固定和導(dǎo)向作用，主要功能是落桅時(shí)支承鉆桿。一般前落桅，箱式伸縮，桁架式結(jié)構(gòu)桅桿沒有隨動架。用連接裝置滑耳可相對隨動架體旋轉(zhuǎn)，使得隨動架既能保證鉆桿運(yùn)轉(zhuǎn)過程的平穩(wěn)性要求，又實(shí)現(xiàn)了拆裝隨動架過程的簡單化和合理化，提高了拆裝的安全性和拆裝速度，其整體結(jié)構(gòu)簡單、實(shí)用，可廣泛適用于各種旋挖鉆機(jī)的桅桿上。
腳架結(jié)構(gòu)如下：
圖1 腳架示意圖
2.2桅頂原理
當(dāng)旋挖鉆機(jī)鉆頭工作完成，需要由桅頂?shù)幕啂愉摻z繩提起鉆頭、鉆桿、桅桿以及鉆頭上所帶泥土。桅頂由兩組滑輪構(gòu)成，一組滑輪用于提升鉆桿和鉆頭，一邊連接桅桿另一邊連接主卷揚(yáng)；另外一組滑輪用于在使用前組裝好桅桿，連接副卷揚(yáng)。
滑輪結(jié)構(gòu)如下：
圖2 滑輪示意圖
第3章 隨動架回轉(zhuǎn)支承型號，鋼絲繩的選取
3.1隨動架回轉(zhuǎn)支承型號的選取
45T旋挖鉆機(jī)屬于中小型挖掘機(jī)工程機(jī)械，根據(jù)鉆桿的尺寸，回轉(zhuǎn)支承內(nèi)圈通孔圓心距中心距離必須與鉆桿外套圈通孔距中心距離相同，查表，選用單排四點(diǎn)接觸球式回轉(zhuǎn)支承，型號為無齒式010.50.630，其截面圖如下：
圖3 回轉(zhuǎn)支承截面圖
3.2鋼絲繩類型的選取
旋挖鉆機(jī)屬于桅頂滑輪在工作中起到提升重物作用且需要繞過滑輪，查表，選用起升變幅用鋼絲繩，選取e=D/d≥20，三角股鋼絲繩，選用鋼絲繩型號6V×21，GB8918-88.其截面如下圖：
圖4 鋼絲繩截面圖
3.3鋼絲繩直徑的選取
（1）鋼絲繩1（連接主卷揚(yáng)和桅桿）：承受最大載荷為78KN即最大工作拉力為78KN,鋼絲繩直徑的選取需要考慮安全系數(shù)和最大工作拉力。F0=nSmax。
F0——為整根鋼絲繩的破裂拉力，n——鋼絲繩的安全系數(shù)，Smax——鋼絲繩的最大工作拉力。
因?yàn)槭瞧鹕惼鹬貦C(jī)，用于起升用的起重機(jī)安全系數(shù)不得小于5，這里選取5級精度，經(jīng)查表得即選取安全系數(shù)n=5，計(jì)算F0=78×5=390KN,查表選取鋼絲繩直徑d=28mm。
（2）鋼絲繩2(連接副卷揚(yáng)) ：承受最大載荷為62KN即最大工作拉力為60KN,F0=nSmax=5×62=310KN,考慮實(shí)際情況，查表得d=20mm。
第4章 隨動架及桅頂結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
4.1隨動架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
結(jié)構(gòu)如下：
圖5 隨動架示意圖
立體圖如下
圖6 隨動架立體圖
4.2滑輪尺寸的確定（ZBJ80006.1-87）
（1）第一組滑輪直徑：第一組滑輪連接主卷揚(yáng)和桅桿，該組鋼絲繩直徑為28mm，滑輪卷揚(yáng)直徑D0≥e2d，旋挖鉆機(jī)為中級起升起重機(jī)，查表得，5級精度，選取推薦值e 2=18，所以計(jì)算D0=18×28=494，這里我們選取500mm。這里D＞350mm，一般要鑄成福板上帶孔和筋的結(jié)構(gòu)，材料選取QT450-10.查表得鋼絲繩直徑d=28mm的滑輪關(guān)尺寸如下：D1=500，R=15, H=40, B1=75,E=53, R1=22，α－40°~60°
R2=18,R3=4,R4=6,M=16,N=3.0,S=16.
(2)第二組滑輪直徑：該組鋼絲繩直徑d=20mm，計(jì)算得D≥e2d=18×20=360，取D2=400.查表得:R=11,H=35,B1=60, E=44,R3=3.0 ,R4=5.0 ,S=14
滑輪結(jié)構(gòu)如下：
圖7 滑輪相關(guān)尺寸示意圖
滑輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
采用有輪輻的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)圖如下：
圖8滑輪示意圖結(jié)構(gòu)圖
4.3 支架形狀等強(qiáng)度設(shè)計(jì)計(jì)算（等強(qiáng)度計(jì)算）
將滑輪支架兩邊當(dāng)作一個整體，因?yàn)橹Ъ芎?0mm，所以簡支梁寬度b=60mm，而高度h在滿足等強(qiáng)度要求下是變化的。
滿足σmax=M(x)/W(x)= [σ]，或者W(x)= M(x) /[σ]=Fx/[σ]=bh2(x)/6,得出
h（x）=(3Fx/b[σ])1/2，
對于連接鉆桿的一端：分別取x1=606,x2=100,計(jì)算得h1=635.37mm,h2=258mm。
對于連接卷揚(yáng)的一端：分別取x1=344,x2=100,計(jì)算得h1=595.37mm,h2=321mm。
設(shè)計(jì)尺寸示意圖如下：
圖9 桅頂尺寸設(shè)計(jì)圖
4.4 軸承的設(shè)計(jì)計(jì)算
（1） 軸承分析與選擇
因?yàn)樾阢@機(jī)桅頂滑輪較簡單，選用滑動軸承?；瑒虞S承特點(diǎn)：滑動軸承結(jié)構(gòu)簡單，成本低廉，運(yùn)動平穩(wěn)，壽命長，抗振動性能好，可以在強(qiáng)沖擊和重載下工作。
旋挖鉆機(jī)桅頂對軸承的工作要求不高，并且作低速間隙回轉(zhuǎn)，所有選擇類型：低速重載軸承、非液體摩擦軸承、徑向軸承。同時(shí)，桅頂軸承只受徑向載荷，所以選擇徑向滑動軸承。
（2） 滑動軸承結(jié)構(gòu)形式
因?yàn)樾阢@機(jī)桅頂滑輪工作特性是：低速、重載、間隙運(yùn)動，所以選用整體式結(jié)構(gòu)。
（3） 滑動軸承材料的選擇
與桅頂滑輪連接的主副卷揚(yáng)的提升速度為70m/min，拉力分別為78KN和60KN,所以屬于中速重載，查表得，選用軸承材料為ZCuSn10P1（10-1錫青銅）。
（4） 滑動軸承的潤滑
旋挖鉆機(jī)桅頂難以經(jīng)常供油，選用脂潤滑，中速重載，軸頸周轉(zhuǎn)速度為70m/min=1.17m/s＞1m/s，工作溫度范圍為-200～1200查表得，潤滑材料為：2號通用鋰基潤滑脂。
（5） 軸瓦及其軸套尺寸確定
選擇整體式徑向軸瓦，卷制軸套式。前面選了軸瓦材料為ZCuSn10P1（10-1錫青銅），查表得，許用值為：[p]=15MPa，[v]=10m/s，[pv]=15 MPa. m/s
① 銷軸1（主卷揚(yáng)對應(yīng)）直徑為d1=60mm，
查軸瓦表得：軸瓦壁厚eT=2mm，軸瓦外經(jīng)為DL=62mm。(GB12613-90)
查軸套表得：軸套外經(jīng)D=67mm，壁厚t=3mm,C=1.2,C1=0.6。(GB12613-90)
查表得，起重機(jī)中B/d取1.0～2.0，據(jù)表得B=70mm。（GB2931-82）
② 銷軸2（對應(yīng)副卷揚(yáng)）直徑d2=50mm，
查軸瓦表得，軸瓦壁厚eT=2mm，軸瓦外經(jīng)為DL=52mm。(GB12613-90)
查軸套表得，軸套外經(jīng)為D=56mm,軸瓦壁厚t=3mm，C=1.2,C1=0.6 (GB12613-90)
查表得，起重機(jī)中B/d取1.0～2.0，據(jù)表得B=60mm。（GB2931-82）
（6） 軸承驗(yàn)算
許用值為：[p]=15MPa，[v]=10m/s，[pv]=15 MPa. m/s
① 壓強(qiáng)p驗(yàn)算
Pmax=Fmax/dB≤[p]MPa
式中: Fmax-----軸承所受的最大徑向載荷 N，
d-------軸頸的直徑 mm，
B-------軸頸的工作寬度 mm，
[p]-------壓強(qiáng)的許用值MPa 。
對軸承1（主卷揚(yáng)對應(yīng)）：Pmax= Fmax/dB=78000/（67×70）=14.31≤15
對軸承2（副卷揚(yáng)對應(yīng)）：Pmax= Fmax/dB=60000/（56×60）=14.57≤15
② 滑動速度V驗(yàn)算
V=πdn/（60×1000）≤[v]
式中：d-------軸頸的直徑 mm，
n--------軸頸轉(zhuǎn)速 r/min，
[v]------許用滑動速度 m/s，
對軸承1：V=πdn/（60×1000）=3.14×67 ×2300/（60×1000）=8.06≤10
對軸承2：V=πdn/（60×1000）=3.14×56 ×2300/（60×1000）=6.74≤10
③ Pv值驗(yàn)算
Pv=Fn/19100B≤[pv]
F----軸所受到的平均徑向載荷 N,
n----軸頸轉(zhuǎn)速 r/min ，
B----軸頸的平均工作寬度，
[pv]----pv許用值 MPa。
對軸承1：Pv=Fn/19100B=78000×230/（19100×70）=13.4≤15
對軸承2：Pv=Fn/19100B=60000×230/（19100×60）=12.0≤15
（7） 軸頸與軸瓦配合
軸頸與軸承之間必須有必要的間隙，平均間隙為0.001d，所以對軸承1（與主卷揚(yáng)對應(yīng)）與銷軸1的間隙為0.001×60=0.06mm；軸承2(與副卷揚(yáng)對應(yīng))與銷軸2之間的0.001×50=0.05mm。配合選用選用8級精度，H8/e7。
第5章 非標(biāo)準(zhǔn)零件圖
5.1上蓋板
圖10 上蓋板
5.2防滑塊
圖11 防滑塊
5.3支架
圖12 支架
5.4保護(hù)架
圖13 保護(hù)架
參考文獻(xiàn)
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結(jié)束語
在即將畢業(yè)的這一時(shí)期終于完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)，最后時(shí)間很緊，做的東西不能達(dá)到理想和完美，但心里比以前做課程設(shè)計(jì)都踏實(shí)，因?yàn)檫@次自己真是自學(xué)，真正思考過，同時(shí)現(xiàn)學(xué)PROE,做錯了再改，改了再做。因此，我覺得，這次畢業(yè)設(shè)計(jì)有如下收獲和意義。
首先，在大四學(xué)習(xí)很輕松和懶散中喚起了我們對專業(yè)知識的復(fù)習(xí)和不斷思考應(yīng)用的迫切需要。其次，鍛煉了自學(xué)能力，以前沒學(xué)過PROE，CAD也忘記了的情況下，迫使我們重新?lián)炱鹨郧暗闹R和學(xué)習(xí)新的知識。最后，不管我們以后是繼續(xù)讀研還是走向工作崗位，大學(xué)里每一次的課程設(shè)計(jì)都很重要，對實(shí)踐能力的鍛煉和專業(yè)素養(yǎng)的培養(yǎng)非常關(guān)鍵，因此做完了這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，我們又對專業(yè)更加了解了一步。
方鑫
2010-5-31
19
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