旋挖鉆機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1 摘 要 旋挖鉆機(jī)施工工藝在我國(guó)是近幾年才推廣使用的一種較先進(jìn)的樁基施工工藝 廣泛 應(yīng)用于我國(guó)的公路 鐵路 橋梁和大型建筑的基礎(chǔ)樁施工 本次設(shè)計(jì)主要對(duì)履帶式液壓 旋挖鉆機(jī)伸縮式履帶行走裝置分析與設(shè)計(jì) 首先通過(guò)比較旋挖鉆機(jī)的兩種行走裝置方案 的特點(diǎn) 確定行走裝置方案 其次根據(jù)旋挖鉆機(jī)的行走阻力 確定發(fā)動(dòng)機(jī)的功率 再次 根據(jù)受力情況對(duì)行走裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 最后完成其 CAD 的裝配體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)中應(yīng)用 了計(jì)算機(jī)輔助制圖軟件 CAD 減少了設(shè)計(jì)周期和設(shè)計(jì)失誤 提高了設(shè)計(jì)效率 從而降低 了設(shè)計(jì)成本 具有可行性 關(guān)鍵詞 伸縮式履帶行走架 支撐梁 CAD 1 目 錄 1 緒 論 1 1 1 旋挖鉆機(jī)的介紹 1 1 2 旋挖鉆機(jī)發(fā)展概況 1 1 3 本文所作的工作 4 2 履帶行走架的介紹 6 2 1 履帶行走裝置的特點(diǎn) 6 2 2 履帶行走裝置的構(gòu)造 6 2 3 設(shè)計(jì)方案的選擇 11 3 履帶行走架的設(shè)計(jì)計(jì)算 12 3 1 履帶行走裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 12 3 2 履帶架伸縮梁強(qiáng)度的校核 17 3 3 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算 18 4 基于 PRO E 伸縮式履帶行走裝置的建模 22 4 1 PRO E 的簡(jiǎn)介 22 4 2 支撐架的建模 24 結(jié) 論 28 參考文獻(xiàn) 29 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 緒 論 1 1 旋挖鉆機(jī)的介紹 旋挖鉆機(jī)是一種適合在建筑基礎(chǔ)工程中進(jìn)行成孔作業(yè)的施工機(jī)械 具有裝機(jī)功率大 輸出扭矩大 軸向壓力大 一機(jī)多用 機(jī)動(dòng)靈活 施工效率高及環(huán)境污染小等特點(diǎn) 能 夠適應(yīng)我國(guó)大部分地區(qū)的土壤地質(zhì)條件 使用范圍較廣 其工作環(huán)境溫度一般在 20 C 40 C 之間 配合不同鉆具 可適應(yīng)于干式 短螺旋 濕式 回轉(zhuǎn)斗 及巖層 巖 心鉆 條件下的成孔作業(yè) 對(duì)干硬性黏土層采用無(wú)穩(wěn)定液護(hù)壁的干式旋挖工法 而一般 的覆蓋層則采用靜態(tài)泥漿護(hù)壁的濕式旋挖工法 旋挖鉆機(jī)廣泛應(yīng)用于鐵路 公路橋梁 市政建設(shè) 高層建筑等地基基礎(chǔ)鉆孔灌注樁工程 1 2 旋挖鉆機(jī)發(fā)展概況 1 2 1 國(guó)外發(fā)展概況 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(wèn)世 二戰(zhàn)之后在歐洲得到發(fā)展 歐洲的旋挖鉆機(jī)首先是意大利土力公司從美國(guó)引入安裝在載重汽車上和履帶式起重機(jī)上 的鉆機(jī) 但這種鉆機(jī)的動(dòng)力頭是固定式的 而且不能自行設(shè)置套管且難以適應(yīng)硬質(zhì)土層 1960 年德國(guó)維爾特和蓋爾茨蓋特公司同時(shí)開(kāi)發(fā)了可動(dòng)式動(dòng)力頭 之后德國(guó)寶峨公司于 1975 年研制了配有伸縮鉆桿的 BG7 型鉆機(jī) 該鉆機(jī)不僅易于配套搖管裝置和直接從底盤 提供動(dòng)力 而且其可鎖式鉆桿能可靠地實(shí)現(xiàn)鉆桿加壓 在增大鉆機(jī)扭矩后能適應(yīng)緊密砂 礫層和巖層鉆進(jìn) 由于該鉆機(jī)具有以上優(yōu)點(diǎn) 得到了廣大用戶的認(rèn)可 進(jìn)而促進(jìn)了旋挖 鉆機(jī)的發(fā)展 后來(lái)隨著技術(shù)進(jìn)步和作業(yè)功能的擴(kuò)大 旋挖鉆機(jī)特別是配置可動(dòng)式動(dòng)力頭 的旋挖鉆機(jī)在灌注樁施工機(jī)械中成為主流產(chǎn)品 因此生產(chǎn)的廠家也越來(lái)越多 獨(dú)立式的 主要生產(chǎn)廠家有 德國(guó)的寶峨 維爾特 德?tīng)栺R克 利勃海爾 MGF 等 意大利的土力 卡薩格蘭特 意馬 邁特 CMV 等 生產(chǎn)附著于履帶起重機(jī)上的鉆機(jī)主要有德國(guó)的利勃 海爾 寶峨公司 意大利的土力 卡薩格蘭特公司和英國(guó)的 BSP 公司 目前歐洲的旋挖 鉆機(jī)一般都設(shè)有搖管裝置以及由兩個(gè)或三個(gè)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的大扭矩動(dòng)力頭 可配備套管 連結(jié)器 和采用恒功率變量自動(dòng)控制的液壓系統(tǒng) 還有自動(dòng)內(nèi)鎖互扣鉆桿及先進(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 立柱自動(dòng)測(cè)斜糾偏裝 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 置 等 同時(shí)也配有各種保險(xiǎn)裝置 如防止帶負(fù)載起動(dòng)裝置 卷?yè)P(yáng)機(jī)超高限位裝置等 但各家公司的旋挖鉆機(jī)都有自己的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 旋挖鉆機(jī)在日本被稱為土鉆 最早于 1960 年從美國(guó)卡爾威特公司引入日本并進(jìn)行施 工 同年加藤制作所開(kāi)發(fā)了 15 H 型旋挖鉆機(jī) 以后又研制了可以配套搖管裝置和抓斗的 多功能鉆機(jī) 日立建機(jī)于 1965 年利用挖掘機(jī)開(kāi)發(fā)了裝有液壓加壓裝置的旋挖鉆機(jī) 1974 年又利用液壓履帶起重機(jī)研制了液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)的鉆機(jī) 到 80 年代 住友建機(jī)開(kāi)始與意大 利土力公司合作 1981 年日立建機(jī)公司為提高單樁承載力研制了擴(kuò)底鉆頭 隨后日本車 輛公司等也開(kāi)發(fā)了擴(kuò)底鉆頭 這樣使旋挖鉆機(jī)進(jìn)入了鉆孔擴(kuò)底灌注樁施工領(lǐng)域 以后德 國(guó)寶峨公司的進(jìn)入和日立建機(jī)與住友建機(jī)的結(jié)盟又促進(jìn)了旋挖鉆機(jī)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展 目前在日本生產(chǎn)的旋挖鉆機(jī)有兩種類型 一種是以日本土力和日本寶峨生產(chǎn)的歐洲流行 的方型立柱加連桿機(jī)構(gòu)的獨(dú)立式旋挖鉆機(jī) 一類為日本車輛 日立建機(jī)和住友建機(jī)等公 司生產(chǎn)的以履帶起重機(jī)為主的附著式旋挖鉆機(jī) 他們的特點(diǎn)是作業(yè)范圍相對(duì)較大 并具 有一機(jī)多用功能 鉆孔直徑一般為 1 5 3m 擴(kuò)底達(dá) 4 1 鉆孔深度最大為 65 70m 但鉆機(jī)扭矩比歐洲類型的低 例如日立 住友重機(jī)公司最新推出的超低噪聲 SDX 207 型 旋挖鉆機(jī) 鉆孔直徑 2 5m 最大鉆深 48m 最大扭矩 63 7KNm 該機(jī)采用伸縮式履帶和 箱型兩節(jié)伸縮臂 特制的動(dòng)力頭支持方式可減少鉆桿軸向和徑向擺動(dòng) 采用常閉式變量 馬達(dá)以達(dá)到小負(fù)荷時(shí)速度快 大負(fù)荷時(shí)產(chǎn)生足夠的扭矩的目的 液壓油泵為功率自調(diào)變 量 以保證恒定功率輸出 同時(shí)整機(jī)機(jī)動(dòng)性好 能在城市或狹小場(chǎng)地施工 日本的生產(chǎn) 廠商主要有日本日立 日本日車 日本神鋼等 1 2 2 國(guó)內(nèi)發(fā)展概況 20 世紀(jì) 80 年代末至 90 年代初 國(guó)內(nèi)一些施工企業(yè)看到了旋挖鉆進(jìn)技術(shù)在基礎(chǔ)施工 中體現(xiàn)出的巨大優(yōu)勢(shì) 逐漸從國(guó)外引進(jìn)旋挖鉆機(jī) 此時(shí) 一些國(guó)外的旋挖鉆機(jī)制造商也 紛紛在中國(guó)設(shè)立辦事處 向中國(guó)的基礎(chǔ)工程施工行業(yè)宣傳旋挖鉆機(jī)及旋挖鉆進(jìn)施工技術(shù) 我國(guó)在 80 年代初從日本引進(jìn)過(guò)工作裝置 并配裝在 KH 125 型履帶起重機(jī)上 天津探礦 機(jī)械廠于 1984 年引進(jìn)美國(guó) RDI 公司的旋挖鉆機(jī)并對(duì)其進(jìn)行了消化吸收 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(kāi)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)了 英國(guó) BSP 公司附著式旋挖鉆機(jī)的生產(chǎn)技術(shù) 但沒(méi)有形成批量生產(chǎn) 寶峨公司 1992 年在中 國(guó)北京設(shè)立了代表處 開(kāi)始對(duì)華的業(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 年寶峨公司又在 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 上海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 型旋挖鉆機(jī) 雖然如此但由于種種原因 旋挖鉆進(jìn)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展一直比較緩慢 到 90 年代末期 我國(guó)旋挖鉆機(jī)的擁有量也就 100 臺(tái)左右 而且就是這為數(shù)不多的鉆機(jī) 也沒(méi)有完全用于 生產(chǎn)施工 許多企業(yè)購(gòu)置施挖鉆機(jī)后 由于運(yùn)行成本較高 并未用于生產(chǎn)施工中 仍然 采用一些傳統(tǒng)的方法進(jìn)行施工 最近幾年來(lái) 隨著我國(guó)基礎(chǔ)工程行業(yè)的投資不斷加大 市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)不斷加劇 基礎(chǔ)工 程施工行業(yè)逐漸認(rèn)識(shí)到了旋挖鉆進(jìn)技術(shù)的優(yōu)越性 使得這一技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展非常迅速 國(guó)家建設(shè)管理部門也逐步意識(shí)到旋挖鉆機(jī)的諸多優(yōu)勢(shì) 并制定了一些鼓勵(lì)政策 這些政 策對(duì)設(shè)計(jì) 監(jiān)理和施工單位等產(chǎn)生了層層影響 在這種大背景下 原有的成孔設(shè)備因其 低效 高噪 不環(huán)保等因素將逐步被淘汰 而旋挖鉆機(jī)憑借作業(yè)時(shí)的明顯優(yōu)勢(shì) 效率高 環(huán)保 安全等 已成為大批重點(diǎn)工程業(yè)主的指定施工設(shè)備 僅 2001 年一年 某國(guó)外旋 挖鉆機(jī)制造商在我國(guó)就銷售了近二十臺(tái)旋挖鉆機(jī) 而在前幾年 其每年的銷售數(shù)量只有 幾臺(tái) 某國(guó)內(nèi)旋挖鉆機(jī)生產(chǎn)企業(yè)也銷售了十幾臺(tái) 這一數(shù)量對(duì)于剛剛起步的國(guó)內(nèi)旋挖鉆 機(jī)生產(chǎn)企業(yè)來(lái)說(shuō) 預(yù)示著非常好的前景 在上海浦東八百伴大廈基礎(chǔ)灌注樁工程中全部 采用了旋挖成孔法施工并取得成功 這在國(guó)內(nèi)起到了推動(dòng)作用 在北京五環(huán)路的基礎(chǔ)施 工中 旋挖鉆機(jī)已占了絕大多數(shù) 最多時(shí)達(dá)到了幾十臺(tái) 國(guó)家重點(diǎn)工程青藏鐵路大規(guī)模 施工于 2001 年正式啟動(dòng) 在青藏鐵路格拉段施工段 地層多是永凍的土層 砂礫 不規(guī) 則泥頁(yè)巖 還有軟硬互層灰?guī)r 有的凍土厚度達(dá)到百米以上 在這種情況下中鐵集團(tuán)采 用了旋挖鉆進(jìn)施工工藝 從 2002 年 3 月開(kāi)始 大量的旋挖鉆機(jī)進(jìn)入青藏鐵路線施工 最 多時(shí)有 120 臺(tái)旋挖鉆機(jī)同時(shí)在進(jìn)行橋樁施工 青藏鐵路旋挖鉆機(jī)的大量使用引起了施工 和生產(chǎn)制造企業(yè)的格外關(guān)注 這無(wú)疑推動(dòng)了旋挖鉆機(jī)及旋挖施工技術(shù)的開(kāi)發(fā)和應(yīng)用 2000 年徐工集團(tuán) RD18 型鉆機(jī)研制成功 最大成孔直徑 2m 最大鉆深 60m 有多臺(tái)分別 在青藏鐵路和北京的工程中使用 2001 年北京經(jīng)緯巨力工程機(jī)械有限公司研制成功 ZY120 ZY160 ZY200 型旋挖鉆機(jī) 參加了青藏鐵路建設(shè)的施工 2003 年 3 月三一重 工研制成功履帶可伸縮的 SYR220 型旋挖鉆機(jī) 先后在青藏鐵路 北京銀泰大廈 鞍鋼高 爐 天津 南京等工地接受了施工考驗(yàn) 2003 年 6 月杭州天銳機(jī)械有限公司 TR200C 型 旋挖鉆機(jī)下線 最大成孔直徑 2m 最大鉆深 62m 應(yīng)用于青藏鐵路建設(shè) 2003 年 9 月石 家莊煤礦機(jī)械有限責(zé)任公司與芬蘭永騰公司合作生產(chǎn)出 XZ20 型旋挖鉆機(jī) 在山東淄博膠 濟(jì)快速鐵路工程中施工 2004 年在北京奧運(yùn)國(guó)家體育館建設(shè)工地一次使用各廠家旋挖鉆 機(jī) 16 臺(tái) 由于受青藏鐵路 北京奧運(yùn) 上海世博會(huì)工程的拉動(dòng) 給旋挖鉆機(jī)提供了一個(gè) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 4 巨大的發(fā)展空間 近三年我國(guó)的旋挖成孔法的大量采用 旋挖鉆機(jī)使用量增加 特別是 2003 年許多廠家的旋挖鉆機(jī)相繼研制成功 大大地推動(dòng)了旋挖鉆機(jī)的生產(chǎn)和應(yīng)用 目前 國(guó)內(nèi)各種型號(hào)旋挖鉆機(jī)市場(chǎng)擁有總量約為 500 多臺(tái) 其中國(guó)產(chǎn)旋挖鉆機(jī)占 15 左右 國(guó) 外二手旋挖鉆機(jī)約為 20 由此可見(jiàn) 旋挖鉆進(jìn)技術(shù)在我國(guó)的發(fā)展前景是非常廣闊的 據(jù)有關(guān)人員預(yù)測(cè) 在今后幾年內(nèi) 我國(guó)旋挖鉆機(jī)的擁有量將達(dá)到目前的 3 倍以上 在如 此大好前景下 國(guó)外的旋挖鉆機(jī)制造商紛紛看好中國(guó)這一巨大市場(chǎng) 向中國(guó)宣傳 銷售 其旋挖鉆機(jī) 國(guó)內(nèi)的一些企業(yè)也通過(guò)引進(jìn) 消化 吸收國(guó)外技術(shù) 開(kāi)始制造旋挖鉆機(jī) 使得最近幾年我國(guó)旋挖鉆機(jī)技術(shù)取得了快速發(fā)展 目前可供選擇的旋挖鉆機(jī)性能范圍非 常大 就最主要的性能參數(shù) 孔徑而言 各個(gè)廠家主導(dǎo)產(chǎn)品的最大鉆孔直徑均在 1 5 2 0m 之間 而鉆孔灌注樁的最常用樁徑一般為 1 2 1 5m 考慮到安全儲(chǔ)備系數(shù) 這 類孔徑的鉆機(jī)對(duì)于施工這種樁徑是非常適合的 另外 有些廠家生產(chǎn)的鉆機(jī)孔徑范圍非 常大 小型的有最大鉆孔直徑為 1m 的 大型鉆機(jī)孔徑可達(dá)到 3m 為用戶提供了一個(gè)非 常寬的選擇范圍 適應(yīng)了不同工程的需要 各廠家鉆機(jī)采用的加壓方式也各不相同 各 有優(yōu)勢(shì) 主要體現(xiàn)在鉆桿的形式上 摩阻式伸縮鉆桿在軟土層鉆進(jìn)效率較高 機(jī)鎖式鉆 桿適于鉆進(jìn)硬巖層 但對(duì)操作的要求較高 需找到加壓點(diǎn)加壓 自鎖鎧式鉆桿 可隨時(shí) 加壓 傳遞扭矩效果好 國(guó)內(nèi)目前生產(chǎn)旋挖鉆機(jī)的廠商有十余家 主要有徐工科技 三一重工 北京經(jīng)緯巨 力 河北石家莊煤機(jī) 湖南山河智能 杭州天銳 北方重汽 哈爾濱四海 鄭州金牛 連云港黃海 蘭州通用 新河鉆機(jī)等 1 3 本文所作的工作 本文以長(zhǎng)沙三一重工有限公司的 SR150 全液壓旋挖鉆機(jī)整機(jī)為研究平臺(tái) 針對(duì)伸縮 式履帶行走架這一子項(xiàng)目為研究對(duì)象 課題組在廣泛調(diào)研的基礎(chǔ)上 瞄準(zhǔn)國(guó)際知名液壓 旋挖鉆機(jī)的技術(shù)水平 結(jié)合具體國(guó)情 吸收國(guó)內(nèi)外同類液壓鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn) 研制開(kāi)發(fā)出先 進(jìn) 可靠 實(shí)用 具有競(jìng)爭(zhēng)能力的液壓旋挖鉆機(jī) 在設(shè)計(jì)的過(guò)程中 我利用互聯(lián)網(wǎng)向知 名生產(chǎn)工廠詳細(xì)地了解了液壓挖機(jī)的工作狀態(tài) 工作環(huán)境和使用要求 對(duì)現(xiàn)有的液壓挖 機(jī)狀況摸底 查閱有關(guān)資料 本課題采用計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)的技術(shù) 利用 Pro E 參數(shù)化建模 進(jìn)一步縮短了設(shè)計(jì)周期 降低了設(shè)計(jì)成本 有助于促進(jìn)了設(shè)計(jì)工作的規(guī)范化 系列化和 標(biāo)準(zhǔn)化 從而提高該產(chǎn)品設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)能力 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 本課題的主要內(nèi)容是設(shè)計(jì)伸縮式履帶行走架 對(duì)履帶架的支撐梁經(jīng)行靜力分析 設(shè) 計(jì)其尺寸大小 并經(jīng)行校核 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 2 履帶行走架的介紹 2 1 履帶行走裝置的特點(diǎn) 1 支承面積大 接地比壓小 例如 履帶推土機(jī)接地比壓為 0 02Mpa 0 08 Mpa 而輪式推土機(jī)的接地比壓一般為 0 2Mpa 因此 履帶推土機(jī)適合在松軟或泥濘場(chǎng)地進(jìn)行 作業(yè) 下限度小 滾動(dòng)阻力也小 通過(guò)性能較好 2 履帶支承面上有履齒 不易打滑 牽引附性能好 有利于發(fā)揮較大牽引力 3 結(jié)構(gòu)復(fù)雜 質(zhì)量大 運(yùn)動(dòng)慣性大 減振功能差 使得零件易損壞 因此 行駛 速度不能太高 機(jī)動(dòng)性能差 2 2 履帶行走裝置的構(gòu)造 履帶行走裝置是整臺(tái)機(jī)器的支承底座 用來(lái)支承鉆機(jī)的所有機(jī)構(gòu) 承受工作裝置工作過(guò) 程中所產(chǎn)生的力 并可以作短距離轉(zhuǎn)場(chǎng)行走 履帶式行走裝置如圖 1 所示 由履帶 行走減 速機(jī) 驅(qū)動(dòng)輪 行走架 支重輪 托鏈輪 張緊裝置 引導(dǎo)輪等組成 行走裝置的動(dòng)力 由行走液壓馬達(dá)經(jīng)行走減速機(jī)傳到驅(qū)動(dòng)輪 帶動(dòng)履帶使整個(gè)行走裝置運(yùn)行 當(dāng)運(yùn)行一段時(shí) 間后 履帶由于磨損而伸長(zhǎng)時(shí) 可由張緊裝置調(diào)整其松緊度 如調(diào)整后仍然較松時(shí) 可拆掉一 節(jié)履帶再調(diào)整 圖 1 履帶行走裝置結(jié)構(gòu)圖 1 履帶 2 行走減速機(jī) 3 驅(qū)動(dòng)輪 4 行走架 5 支重輪 6 托鏈輪 7 張緊裝置 8 引導(dǎo)輪 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 2 2 1 行走架 行走架是履帶行走裝置的承重結(jié)構(gòu) 一般由底架和履帶架組成 通常由高強(qiáng)度鋼板焊接 而成 工程鉆機(jī)用履帶行走裝置的行走架通常有組合式和整體式兩種 1 組合式行走架 組合式行走架底架為框架結(jié)構(gòu) 橫梁一般為焊接的箱形梁 履帶架通常采用下部敞開(kāi)的 門 形截面 下面安裝支重輪 一端安裝行走減速機(jī)和驅(qū)動(dòng)輪 另一端安裝引導(dǎo)輪 組合式 行走架可做成可伸縮式履帶行走裝置 可伸縮式履帶行走裝置一般應(yīng)用于 10 噸米以上的旋挖鉆機(jī) 大型挖掘機(jī) 履帶式起重 機(jī) 地下連續(xù)墻抓槽機(jī)等大型設(shè)備 這些設(shè)備要求作業(yè)時(shí)穩(wěn)定性要好 需要將履帶向外伸出 增大支承面 提高作業(yè)穩(wěn)定性 運(yùn)輸時(shí)將履帶收回減小運(yùn)輸尺寸 有的特大型設(shè)備運(yùn)輸時(shí)還需 要將兩個(gè)履帶架拆下 以減小運(yùn)輸尺寸和單件運(yùn)輸重量 組合式行走架形式有多種 但主要應(yīng)用的有兩種 一種是將橫梁與行走架底架焊接為一 體 履帶架上出方孔 將橫梁插入履帶架方孔中 通過(guò)伸縮油缸實(shí)現(xiàn)履帶伸縮 見(jiàn)圖 2 國(guó)內(nèi)三 一重工 宇通重工 福田重工 南車時(shí)代重工 濱州鍛壓等生產(chǎn)的旋挖鉆機(jī)均采用這種 履帶行走裝置 撫挖 三一重工 徐工等生產(chǎn)的履帶式起重機(jī)亦采用這種履帶行走裝置 另一種是將橫梁分別焊接在左右履帶架上 行走架底架上出方孔 將橫梁插入方孔中 通過(guò)伸 縮油缸實(shí)現(xiàn)履帶伸縮 見(jiàn)圖 3 國(guó)內(nèi)徐工 山河智能 國(guó)外意大利土力 卡薩格蘭地等生產(chǎn) 的旋挖鉆機(jī)均采用這種形式 此種形式又有多種結(jié)構(gòu) 如 前后伸縮式和大小套筒伸縮式 等 圖 2 履帶架上出方孔的行走架 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 8 圖 3 行走架底架上出方孔的行走架 2 整體式行走架 目前工程鉆機(jī)常用的整體式行走架有 H 型和 X 型兩種 根據(jù)使用要求的不同 又有帶回 轉(zhuǎn)支承和不帶回轉(zhuǎn)支承之分 見(jiàn)圖 4 圖 5 圖 4 H 型行走架 H 型行走架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 成本低 制造容易 但相對(duì)承載能力較小 一般用在對(duì)承載力要求不 高 尤其只作為輔助行走之用 鉆機(jī)鉆孔時(shí)行走架不受力或受力較小的鉆機(jī) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 圖 5 X 型行走架 X 型行走架結(jié)構(gòu)復(fù)雜 制造難度大 材料利用率低 成本高 但行走架承載能力大 一般 用在對(duì)承載要求高的鉆機(jī) 尤其由履帶底盤承受工作載荷的鉆機(jī) 2 2 2 履帶 目前常用的履帶主要有整體式履帶 組合式履帶和橡膠履帶 3 種 1 整體式履帶 整體式履帶是在履帶板上帶嚙合齒 直接與驅(qū)動(dòng)輪嚙合 履帶板本身即為支重輪等輪子 的滾動(dòng)軌道 履帶板之間用銷軸連接 這種履帶一般在大型挖掘機(jī)和履帶式起重機(jī)上應(yīng)用 較多 整體式履帶的履帶板大多數(shù)為鑄造履帶板 其特點(diǎn)是制造方便 拆裝容易 2 組合式履帶 組合式履帶由鏈軌 履帶板 銷子和襯套等組成 鏈軌和履帶板用螺栓連接 其特 點(diǎn)是使用壽命高 履帶節(jié)距小 繞轉(zhuǎn)性好 不會(huì)因履帶板損壞 襯套開(kāi)裂或連接螺栓剪斷而中 止行走 此外 組合式履帶零部件通用化程度高 制造成本低 維修方便 維修成本低 缺點(diǎn) 是連接螺栓易折斷 組合式履帶的履帶板有三筋式 兩筋式和單筋式 3 種 工程鉆機(jī)目前 主要使用三筋履帶板 3 橡膠履帶 橡膠履帶的特點(diǎn)是噪音低 振動(dòng)小 不損壞路面 接地比壓小 速度快 重量輕 它主要應(yīng)用在經(jīng)常在城市施工和經(jīng)常在公路上行走的設(shè)備 近幾年在國(guó)內(nèi)工程機(jī)械 農(nóng) 林機(jī)械 工程鉆機(jī) 筑路機(jī)械方面得到了廣泛應(yīng)用 如小型挖掘機(jī) 農(nóng)機(jī) 小型鉆機(jī)等 其缺點(diǎn)是維修成本高 一旦履帶損壞需要更換整條履帶 因此在使用橡膠履帶設(shè)備時(shí)應(yīng)特 別注意 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 10 2 2 3 支重輪 支重輪 圖 6 主要承受鉆機(jī)的重力以及工作裝置對(duì)鉆機(jī)產(chǎn)生的外力 在行走時(shí)還要 承受由于路面不平而產(chǎn)生的沖擊 而且工作環(huán)境惡劣 經(jīng)常在泥水或塵土中行走 因此 要求 支重輪密封可靠 承載能力大 表面耐磨 目前支重輪常用浮動(dòng)油封來(lái)密封 其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 密 封效果好 使用壽命長(zhǎng) 通常在一個(gè)大修期內(nèi)不需加油 減少可維護(hù)保養(yǎng)的工作量 圖 6 支重輪結(jié)構(gòu)圖 2 2 4 引導(dǎo)輪 引導(dǎo)輪的作用是在行走時(shí)引導(dǎo)履帶正確繞轉(zhuǎn) 防止履帶跑偏和脫軌 引導(dǎo)輪一般布置 在在鉆機(jī)的前部 其密封形式一般也采用浮動(dòng)油封密封 2 2 5 驅(qū)動(dòng)輪 驅(qū)動(dòng)輪的主要作用是將行走減速機(jī)的動(dòng)力傳遞給履帶 帶動(dòng)履帶行走 對(duì)驅(qū)動(dòng)輪的主 要要求是嚙合平穩(wěn) 即使在履帶因銷套磨損時(shí)仍能很好嚙合 驅(qū)動(dòng)輪通常放在鉆機(jī)的后部 這樣既可縮短履帶驅(qū)動(dòng)段的長(zhǎng)度 減少功率損失 又可提高履帶的使用壽命 驅(qū)動(dòng)輪有整體 鑄造 齒圈和輪體分開(kāi)鑄造及鍛造 3 種形式 后兩種由于制造較為復(fù)雜 且成本高 通常較 少使用 目前主要使用整體鑄造驅(qū)動(dòng)輪 2 2 6 托鏈輪 托鏈輪主要用于托起上部履帶 防止履帶過(guò)度下垂 托鏈輪的結(jié)構(gòu)與支重輪類似 但其 所受載荷要比支重輪小得多 因此 在托鏈輪數(shù)量的布置上要比支重輪少得多 一般每條履 帶布置 1 3 個(gè)托鏈輪 相鄰兩個(gè)托鏈輪之間的距離一般為鏈軌節(jié)距的 6 8 倍 2 2 7 張緊裝置 張緊裝置 圖 7 的主要功能是保持履帶具有一定的張緊度 減小行走時(shí)的沖擊載荷 和額外的功率消耗 張緊裝置通常與引導(dǎo)輪一起使用 其形式多種多樣 但目前常用的主 要是液壓張緊 通過(guò)手搖泵對(duì)張緊裝置壓注黃油 由油缸和柱塞對(duì)導(dǎo)向輪位置進(jìn)行調(diào)節(jié)來(lái)達(dá) 到履帶的張緊 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 張緊裝置的彈簧在預(yù)緊后要有適當(dāng)?shù)木彌_行程 以便當(dāng)石塊等硬物夾于軌鏈 引導(dǎo)輪 驅(qū)動(dòng)輪之間產(chǎn)生過(guò)大張緊力時(shí) 可以壓縮彈簧 使履帶松弛 起到保護(hù)裝置的作用 如果履 帶太緊 可擰開(kāi)注油嘴 從油缸中放出部分黃油進(jìn)行調(diào)整 設(shè)計(jì)時(shí) 應(yīng)使引導(dǎo)輪前后調(diào)整的 距離大于履帶節(jié)距的一半 以便在履帶伸長(zhǎng)較多時(shí)可以拆掉一節(jié)履帶仍能連接起來(lái) 在選 擇張緊裝置時(shí) 應(yīng)考慮張緊裝置的預(yù)緊力與行走減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)力相匹配 預(yù)緊力既不能過(guò) 大 也不能過(guò)小 預(yù)緊力過(guò)大起不到緩沖作用 預(yù)緊力過(guò)小 在行走時(shí)容易出現(xiàn)抖動(dòng)而造成 行走不穩(wěn)定 而且容易在履帶張緊時(shí)將彈簧壓死 圖 7 張緊裝置結(jié)構(gòu)圖 2 3 設(shè)計(jì)方案的選擇 本文設(shè)計(jì)了兩種行走架的方案 方案一 此方案選用整體式行走架 履帶架和底盤是一個(gè)整體 這個(gè)方案的特點(diǎn)為 行走架結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單 成本低 制造容易 但相對(duì)承載能力較小 一般用在對(duì)承載力要求不高 尤其 只作為輔助行走之用 鉆機(jī)鉆孔時(shí)行走架不受力或受力較小的鉆機(jī) 方案二 此方案選用組合式行走架 組合式行走架可分為伸縮式行走架和非伸縮式 行走架 可伸縮式履帶行走裝置一般應(yīng)用于 10 噸米以上的旋挖鉆機(jī) 大型挖掘機(jī) 履帶式 起重機(jī) 地下連續(xù)墻抓槽機(jī)等大型設(shè)備 這些設(shè)備要求作業(yè)時(shí)穩(wěn)定性要好 需要將履帶向外 伸出增大支承面 提高作業(yè)穩(wěn)定性 運(yùn)輸時(shí)將履帶收回減小運(yùn)輸尺寸 有的特大型設(shè)備運(yùn)輸時(shí) 還需要將兩個(gè)履帶架拆下 以減小運(yùn)輸尺寸和單件運(yùn)輸重量 由于三一的 SR150 全液壓旋挖鉆機(jī)總的工作重量為 45T 屬于較重的車型 又根據(jù) 運(yùn)輸?shù)男枰蛯?shí)際工作情況的需要 故選擇伸縮式履帶行走架 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 12 3 履帶行走架的設(shè)計(jì)計(jì)算 3 1 履帶行走裝置的設(shè)計(jì)計(jì)算 3 1 1 計(jì)算接地比壓 履帶行走裝置的尺寸和接地比壓的確定 主要考慮的是鉆機(jī)工作質(zhì)量 行走時(shí)的工作 條件 行走速度等 由于工程鉆機(jī)的行走大多是輔助功能 行走速度較慢 一般在選擇或設(shè) 計(jì)履帶行走裝置時(shí)主要考慮鉆機(jī)的質(zhì)量和驅(qū)動(dòng)能力 在確定鉆機(jī)的接地比壓時(shí)主要考慮 鉆機(jī)行走的地層條件 再根據(jù)接地比壓確定履帶行走裝置的尺寸 目前 工程鉆機(jī)主要考慮 的是平均接地比壓 其計(jì)算公式為 2mgpbL 式中 p 履帶平均接地比壓 Pa m 鉆機(jī)的工作質(zhì)量 kg b 履帶的寬度 m L 履帶的接地長(zhǎng)度 m g 重力加速度 g 9 81 m s2 鉆機(jī)的工作質(zhì)量 m 45000Kg 履帶的寬度 b 0 7m 履帶的接地長(zhǎng)度 L 3 15m 2pbL 4509 8173MPa 最大接地比壓的計(jì)算 根據(jù)圖 8 一條履帶上所受的載荷為 G 偏心距為 e 則履帶兩端 的最大比壓為 履帶兩端的最小接地比壓為 max6GePbL max61GePbL 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 圖 8 最大接地比壓計(jì)算簡(jiǎn)圖max61GePbL 式中 G 鉆機(jī)的工作重量 b 履帶的寬度 m L 履帶的接地長(zhǎng)度 m e 重力的偏心距 m 0 4MPa ax4509 860 1 735P 3 1 2 行走牽引力的計(jì)算 1 總牽引力 由式 得360TsVFPR 12 8536 2 TSFKNV 式中 P 發(fā)動(dòng)機(jī)功率 P 120KW 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 傳動(dòng)到驅(qū)動(dòng)輪的總效率 0 85 行走速度 KM H SV1 sV 泵或馬達(dá)的變量系數(shù) 如采用定量泵和定量馬達(dá) 則取 1 R VR 2 履帶行走阻力的確定 1 由于擠壓土壤造成的運(yùn)行阻力 在坡道上時(shí) cosdsFmg 式中 運(yùn)行比阻力系數(shù) d 0 2d m 機(jī)器的工作質(zhì)量 m 45000Kg 預(yù)設(shè)的爬坡角度 30 所以 0 2 45000 9 8 cos30 76383 4NdsF 在平道時(shí) mg 0 2 45000 9 8 88200Ndh 2 坡道阻力 mgsing 45000 9 8 sina30 220500NsF 3 風(fēng)載荷造成的阻力 qAw 式中 q 風(fēng)壓 q 250Pa A 迎風(fēng)面積 A 6 5 2m 250 6 5 1625NwF 4 不穩(wěn)定運(yùn)動(dòng)時(shí)的慣性阻力 0 01mg 0 01 45000 9 8 4410Ni 所以 坡道行駛外部阻力為 esFdswiF 76383 4 220500 1625 4410 302KNs 平道行駛外部阻力為 88200 1625 4410 94KNehFdwi 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 15 3 內(nèi)阻力的計(jì)算 1 驅(qū)動(dòng)輪與履帶的嚙合阻力 1nF 1 1nFtd 184 1KNt2T368 0 95 為履帶板與驅(qū)動(dòng)輪嚙合效率 d d 184 1 1 0 95 9 2KN1nF 2 驅(qū)動(dòng)輪 導(dǎo)向輪軸與軸套的摩擦阻力 2nF 挖土機(jī)前進(jìn)時(shí) 3 2nFt0dD 式中 對(duì)于履帶上分支懸垂所造成的張力 取 0 1 18 4KN 0 0Ft 軸頸中的摩擦系數(shù) 0 08 d 驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪的軸頸直徑 d 6 5cm D 驅(qū)動(dòng)輪的節(jié)圓直徑 D 88 1cm 184 1 3 18 4 0 08 1 41KN2nF 6 581 3 履帶軸銷的摩擦阻力 后輪驅(qū)動(dòng) 前進(jìn)行駛 3nF 3n 01 tdZ 式中 履帶銷軸直徑 4 45cm 履帶銷軸中的摩擦系數(shù) 0 25 1 1 Z 驅(qū)動(dòng)輪的齒數(shù) Z 27 t 履帶板的節(jié)距 t 20cm 1 53KN3nF 84 0 2547 4 支重輪滾動(dòng)阻力和軸頸摩擦阻力 4nF 4n0mgD2 df 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 19 4KN4509 82 01 20 5 式中 m 整機(jī)工作質(zhì)量 m 45000Kg 軸頸的摩擦系數(shù) 0 08 2 2 f 滾動(dòng)摩擦系數(shù) f 0 05 支重輪軸頸的直徑 10 2cm 0d0d 支重輪直徑 20 8cm DD 兩條履帶的內(nèi)阻力總和為 nF1234 nnF 2 9 2 1 41 1 53 19 4 63KN 4 履帶行走裝置牽引力驗(yàn)算 1 在坡道上行駛的總阻力 sFen 302 63 365KN 2 在平道上行走的總阻力 hen 94 63 157KN 由計(jì)算結(jié)果可知 上坡行駛 368 23 365KN 故牽引力滿足條件 TFs 3 1 3 支重輪數(shù)量的計(jì)算 由公式得 max12zpkPLlnt 式中 k 對(duì)支重輪重量的修正系數(shù) k 1 1 1 7 L 履帶的接地長(zhǎng)度 m 最后端的支重輪軸與驅(qū)動(dòng)鏈輪軸及導(dǎo)向輪軸之間的距離1l2 地面的最大允許比壓zaxP 履帶節(jié)距 m pt 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 樁機(jī)既可使用于密實(shí)的干黃土 也可用于普通粘土 根據(jù)這些條件 地面的最大允 許比壓為 0 4 0 6MP 為了保證旋挖鉆機(jī)不下陷 取 0 6MP K 取 1 1 的值為maxzP1l 0 67m 的值為 0 6m 為 0 203m 2lpt 6 8 1 304 5670 23n 故圓整為 7 所以支重輪的個(gè)數(shù)為 7 個(gè) 3 2 履帶架伸縮梁強(qiáng)度的校核 在實(shí)際情況中履帶架伸縮梁的受力情況十分復(fù)雜 這里將其簡(jiǎn)化為向下的壓力與扭 矩 受力情況如下圖所示 由圖可知 該梁的一端焊接在履帶架上 一端是懸空的 方 便插入底盤內(nèi) 故可以將其簡(jiǎn)化為懸臂梁的模型 如圖 9 所示 圖 9 簡(jiǎn)化模型 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 圖 10 剪力 彎矩 扭矩圖 旋挖鉆機(jī)的上半車身重量為 28t 假設(shè)質(zhì)量作用在底盤的幾何中心上 每根梁承擔(dān)的 重力為上半車身重量的四分之一 由扭矩的計(jì)算公式 得 TFx 式中 F 作用在梁上的力 X 梁到底盤中心垂線的距離 F 68600N 328109 4 X 0 5m 所以 34300 6 5T NM 經(jīng)受力分析得該梁的剪力 Q G 68600N 彎矩為 M GX 梁的剪力圖 彎矩圖如圖所示 由圖 10 可知 危險(xiǎn)截面在梁的焊接處 故對(duì)此處進(jìn)行校核 由式 得 2210 75TW 式中 W 截面圖形的抗彎截面模量 M 力對(duì)梁的產(chǎn)生的彎矩 T 受力的作用梁產(chǎn)生的扭矩 該梁的 b h 0 2m 26bh 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 19 所以 0 0013 20 6W M Fx 7546081 NM 將個(gè)數(shù)據(jù)帶入公式得 62 4MPa2275460 3400 3 為了保證梁的安全性 由上述計(jì)算的結(jié)果 選擇高錳鋼做為梁的材料 3 3 螺紋連接的強(qiáng)度計(jì)算 螺紋連接的受力情況可分為兩種 一種是受橫向的剪切力 一種是受軸向的作用力 旋挖鉆機(jī)履帶架下的螺紋連接用于連接支重輪和履帶架 故受到以軸向作用為主的力 旋挖鉆機(jī)的總的工作質(zhì)量為 45T 每一邊的履帶架上有 7 個(gè)支重輪 總的支重輪數(shù)為 14 個(gè) 故每個(gè)支重輪承受的力為 T 旋挖鉆機(jī)工作時(shí)有不穩(wěn)定的載荷 所以殘余預(yù)145 緊力 0 6 1 0 F 1 螺栓受到的總力為 21 式中 殘余預(yù)緊力 1 F 螺栓承受的工作載荷 F T 3 214T 3214Kg 31500N 45 取 0 8F1 25200NF0 83 故螺栓受到的總力為 25200 31500 56700N21F 螺栓危險(xiǎn)截面的拉伸強(qiáng)度條件為 2 34caFd 式中 螺栓的總拉力 2 d 螺栓的直徑 d 22mm 考慮到螺栓在總拉力 的作用下可能需要補(bǔ)充擰緊 故將總拉力增加 30 以考慮扭2F 轉(zhuǎn)切應(yīng)力的影響 56700 82710N 2F230 30567 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 28 3MPa21 38704ca 根據(jù)此結(jié)果選擇中碳鋼做為螺栓的材料 3 3 1 螺栓的校核 螺栓的最大應(yīng)力計(jì)算安全系數(shù)為 1min2tccaaKSS 式中 螺栓材料的對(duì)稱循環(huán)拉壓疲勞極限 見(jiàn)表 1 MPa 1tc 試件的材料常數(shù) 即循環(huán)應(yīng)力中平均應(yīng)力的折算系數(shù) 對(duì)于碳素鋼 0 1 0 2 對(duì)于合金鋼 0 2 0 3 拉壓疲勞強(qiáng)度綜合影響系數(shù) 如忽略加工方法的影響 則 此處K kK 為有效應(yīng)力集中系數(shù) 見(jiàn)表 2 為尺寸系數(shù) 見(jiàn)表 3 k S 安全系數(shù) 見(jiàn)表 4 最小拉應(yīng)力為 0min24Fd 式中 預(yù)緊力 0 d 螺栓的直徑 式中 取 0 302bcmCFF bcmC 則 47250N0567 3150 124MPamin24 應(yīng)力幅為 12MPa2bamCFd 23150 表 1 螺紋連接件常用材料的疲勞極限 疲勞極限 MPa 疲勞極限 MPa 材料 1 1tc 材料 1 1tc 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 21 10 Q215 35 160 220 170 220 220 300 120 150 120 160 170 220 45 40Cr 250 340 320 440 190 250 240 340 其中 3 9 0 76kK 5 133 9076 表 2 材料的 MPaB 400 600 800 1000k 3 0 3 9 4 8 5 2 表 3 螺紋連接件的尺寸系數(shù) 直徑 d mm 16 2 0 2 4 2 8 3 2 4 0 4 8 5 6 6 4 7 2 8 0 1 00 0 81 0 76 0 71 0 68 0 63 0 60 0 57 0 54 0 52 0 50 取 200MPa 0 21tc 則 1 28 1 2 205 1324 caS 所以此螺栓安全 表 4 螺紋連接的安全系數(shù) S 受載類型 靜載荷 變載荷 松螺栓連接 1 2 1 7 M6 M16 M1 6 M30 M3 0 M60 M6 M16 M1 6 M30 M3 0 M60 碳 鋼 5 4 4 2 5 2 5 2 碳 鋼 12 5 8 5 8 5 8 5 12 5 緊 螺栓 連接 受 軸向 及橫 向載 荷的 普通 螺栓 連接 不 控制 預(yù)緊 力的 計(jì)算 合 金鋼 5 7 5 5 3 4 3 4 3 合 金鋼 10 6 8 6 8 6 8 10 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 22 控 制預(yù) 緊力 的計(jì) 算 1 2 1 5 1 2 1 5 鉸制孔用 螺栓連接 剛 2 5 1 25S p 鑄鐵 2 0 2 5 剛 3 5 5 0 1 5S pS 鑄鐵 2 5 3 0p 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 23 4 基于 PRO E 伸縮式履帶行走裝置的建模 4 1 PRO E 的簡(jiǎn)介 Pro Engineer 是美國(guó) PTC 公司的產(chǎn)品 于 1988 年問(wèn)世 10 多年來(lái) 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(kāi)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(kāi)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(kāi)發(fā)的時(shí)間并簡(jiǎn)化了開(kāi)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) 下面就 Pro ENGINEER 的特點(diǎn)進(jìn)行簡(jiǎn)單的介紹 1 主要特性全相關(guān)性 Pro ENGINEER 的所有模塊都是全相關(guān)的 這就意味著在 產(chǎn)品開(kāi)發(fā)過(guò)程中某一處進(jìn)行的修改 能夠擴(kuò)展到整個(gè)設(shè)計(jì)中 同時(shí)自動(dòng)更新所有的工程 文檔 包括裝配體 設(shè)計(jì)圖紙 以及制造數(shù)據(jù) 全相關(guān)性鼓勵(lì)在開(kāi)發(fā)周期的任一點(diǎn)進(jìn)行 修改 卻沒(méi)有任何損失 并使并行工程成為可能 所以能夠使開(kāi)發(fā)后期的一些功能提前 發(fā)揮其作用 基于特征的參數(shù)化造型 Pro ENGINEER 使用用戶熟悉的特征作為產(chǎn)品幾何 模型的構(gòu)造要素 這些特征是一些普通的機(jī)械對(duì)象 并且可以按預(yù)先設(shè)置很容易的進(jìn)行 修改 例如 設(shè)計(jì)特征有弧 圓角 倒角等等 它們對(duì)工程人員來(lái)說(shuō)是很熟悉的 因而 易于使用 裝配 加工 制造以及其它學(xué)科都使用這些領(lǐng)域獨(dú)特的特征 通過(guò)給這些特 征設(shè)置參數(shù) 不但包括幾何尺寸 還包括非幾何屬性 然后修改參數(shù)很容易的進(jìn)行多 次設(shè)計(jì)疊代 實(shí)現(xiàn)產(chǎn)品開(kāi)發(fā) 2 數(shù)據(jù)管理 加速投放市場(chǎng) 需要在較短的時(shí)間內(nèi)開(kāi)發(fā)更多的產(chǎn)品 為了實(shí)現(xiàn)這 種效率 必須允許多個(gè)學(xué)科的工程師同時(shí)對(duì)同一產(chǎn)品進(jìn)行開(kāi)發(fā) 數(shù)據(jù)管理模塊的開(kāi)發(fā)研 制 正是專門用于管理并行工程中同時(shí)進(jìn)行的各項(xiàng)工作 由于使用了 Pro ENGINEER 獨(dú) 特的全相關(guān)性功能 因而使之成為可能 3 裝配管理 Pro ENGINEER 的基本結(jié)構(gòu)能夠使您利用一些直觀的命令 例如 嚙 合 插入 對(duì)齊 等很容易的把零件裝配起來(lái) 同時(shí)保持設(shè)計(jì)意圖 高級(jí)的功能支持 大型復(fù)雜裝配體的構(gòu)造和管理 這些裝配體中零件的數(shù)量不受限制 4 易于使用 菜單以直觀的方式聯(lián)級(jí)出現(xiàn) 提供了邏輯選項(xiàng)和預(yù)先選取的最普通 選項(xiàng) 同時(shí)還提供了簡(jiǎn)短的菜單描述和完整的在線幫助 這種形式使得容易學(xué)習(xí)和使用 Pro E 包含了許多的功能模塊 本設(shè)計(jì)中主要用到以下三個(gè)模塊 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 1 Pro Engineer Pro Engineer 是該系統(tǒng)的基本部分 其中功能包括參數(shù)化功能定義 實(shí)體零件及組裝 造型 三維上色實(shí)體或線框造型棚完整工程圖產(chǎn)生及不同視圖 三維造型還可移動(dòng) 放 大或縮小和旋轉(zhuǎn) Pro Engineer 是一個(gè)功能定義系統(tǒng) 即造型是通過(guò)各種不同的設(shè)計(jì)專 用功能來(lái)實(shí)現(xiàn) 其中包括 筋 Ribs 槽 Slots 倒角 Chamfers 和抽空 Shells 等 采用這種手段來(lái)建立形體 對(duì)于工程師來(lái)說(shuō)是更自然 更直觀 無(wú)需采用 復(fù)雜的幾何設(shè)計(jì)方式 這系統(tǒng)的參數(shù)比功能是采用符號(hào)式的賦予形體尺寸 不像其他系 統(tǒng)是直接指定一些固定數(shù)值于形體 這樣工程師可任意建立形體上的尺寸和功能之間的 關(guān)系 任何一個(gè)參數(shù)改變 其也相關(guān)的特征也會(huì)自動(dòng)修正 這種功能使得修改更為方便 和可令設(shè)計(jì)優(yōu)化更趨完美 造型不單可以在屏幕上顯示 還可傳送到繪圖機(jī)上或一些支 持 Postscript 格式的彩色打印機(jī) Pro Engineer 還可輸出三維和二維圖形給予其他應(yīng)用軟 件 諸如有限元分析及后置處理等 這都是通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)交換格式來(lái)實(shí)現(xiàn) 用戶更可配 上 Pro Engineer 軟件的其它模塊或自行利用 C 語(yǔ)言編程 以增強(qiáng)軟件的功能 它在單用 戶環(huán)境下 沒(méi)有任何附加模塊 具有大部分的設(shè)計(jì)能力 組裝能力 人工 和工程制圖 能力 不包括 ANSI ISO DIN 或 JIS 標(biāo)準(zhǔn) 并且支持符合工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的繪圖儀 HP HPGL 和黑白及彩色打印機(jī)的二維和三維圖形輸出 Pro Engineer 功能如下 特征驅(qū)動(dòng) 例如 凸臺(tái) 槽 倒角 腔 殼等 參數(shù)化 參數(shù) 尺寸 圖樣中的特征 載荷 邊界條件等 通過(guò)零件的特征值之間 載荷 邊界條件與特征參數(shù)之間 如表面積等 的關(guān)系來(lái) 進(jìn)行設(shè)計(jì) 支持大型 復(fù)雜組合件的設(shè)計(jì) 規(guī)則排列的系列組件 交替排列 Pro PROGRAM 的各種能用零件設(shè)計(jì)的程序化方法等 貫穿所有應(yīng)用的完全相關(guān)性 任何一個(gè)地方的變動(dòng)都將引起與之有關(guān)的每個(gè)地方 變動(dòng) 其它輔助模塊將進(jìn)一步提高擴(kuò)展 Pro ENGINEER 的基本功能 2 Pro ASSEMBLY Pro ASSEMBLY 是一個(gè)參數(shù)化組裝管理系統(tǒng) 能提供用戶自定義手段去生成一組組 裝系列及可自動(dòng)地更換零件 Pro ASSEMBLY 是 Pro ADSSEMBLY 的一個(gè)擴(kuò)展選項(xiàng)模塊 只能在 Pro Engineer 環(huán)境下運(yùn)行 它具有如下功能 1 在組合件內(nèi)自動(dòng)零件替換 交替式 2 規(guī)則排列的組合 支持組合件子集 3 組裝模式下的零件生成 考慮組件內(nèi)已存在的零件來(lái)產(chǎn)生一個(gè)新的零件 4 Pro ASSEMBLY 里有一個(gè) Pro Program 模塊 它提供一個(gè)開(kāi)發(fā)工具 使用戶能自 行編寫(xiě)參數(shù)化零件及組裝的自動(dòng)化程序 這種程序可使不是技術(shù)性用戶也可產(chǎn)生自定義 設(shè)計(jì) 只需要輸入一些簡(jiǎn)單的參數(shù)即可 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 25 5 組件特征 繪零件與 廣組件組成的組件附加特征值 如 給兩中零件之間加一個(gè) 焊接特征等 3 Pro ENGINEER Mechanism Dynamics Pro ENGINEER Mechanism Dynamics 虛擬地仿真運(yùn)動(dòng)組件的加速力和重力的反作用 力了解動(dòng)力效應(yīng) 工程師無(wú)需等待實(shí)物樣機(jī)就能測(cè)試產(chǎn)品的動(dòng)力耐久性 利用 Pro ENGINEER 機(jī)構(gòu)動(dòng)力學(xué)仿真 可以虛擬地仿真運(yùn)動(dòng)組件的加速力和重力的反作用力 而且 您可以綜合考慮諸如彈簧 電動(dòng)機(jī) 摩擦力和重力等動(dòng)力影響 相應(yīng)地調(diào)整產(chǎn)品 性能 無(wú)需背上研制樣機(jī)的高昂費(fèi)用負(fù)擔(dān)就能獲得最大的設(shè)計(jì)信心 功能及益處 綜合 考慮彈簧 阻尼器 電動(dòng)機(jī) 摩擦力 重力和定制的動(dòng)力負(fù)載 以評(píng)估產(chǎn)品性能 使用 設(shè)計(jì)研究來(lái)優(yōu)化機(jī)構(gòu)在一組輸入變量下的性能 創(chuàng)建準(zhǔn)確的運(yùn)動(dòng)包絡(luò) 以用于干涉和空 間聲明研究中 通過(guò)動(dòng)力學(xué)分析獲得準(zhǔn)確的測(cè)量值 以設(shè)計(jì)更堅(jiān)固 更輕和更高效的機(jī) 構(gòu) 直接從動(dòng)力學(xué)仿真中創(chuàng)建優(yōu)質(zhì)動(dòng)畫(huà) 4 2 支撐架的建模 支撐架的建模過(guò)程 1 利用拉伸工具 拉伸出支撐架的雛形 圖 11 支撐架雛形 2 利用孔工具 畫(huà)回轉(zhuǎn)支承的孔 3 利用殼工具 去除支撐架內(nèi)部的材料 是壁厚為 50mm 并去除四個(gè)端面 以 便梁的插入 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 26 圖 12 加工孔 去除內(nèi)部材料后的支撐架 4 利用拉伸工具 去除兩邊的材料 5 利用道圓角工具 倒出圓角 6 利用拉伸工具 拉伸出支承盤 圖 13 拉伸出支撐盤的支撐架 7 利用拉伸工具 拉伸出一個(gè)螺栓孔 8 利用陣列工具 陣列出孔的特征 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 27 圖 14 完整的支撐架 裝配零件 加入第一個(gè)零件時(shí) 將約束類型設(shè)置為缺省 如圖 15 所示 圖 15 設(shè)置約束類型 加入第二個(gè)零件時(shí) 由于履帶架可以在支撐架上移動(dòng) 在定義裝配類型時(shí) 應(yīng)定義 成滑動(dòng)桿如圖 15 所示 這樣裝配完成后履帶架還可以移動(dòng) 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 圖 16 定義裝配類型 定義完裝配類型后 單擊履帶架梁的中心線 再單擊支撐架空的中心線 系統(tǒng)自動(dòng) 選用對(duì)齊的約束 同理 使第二根梁也與空對(duì)齊 再將履帶架移動(dòng)到合適的位置 單擊 確定按鈕 完成裝配 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 29 結(jié) 論 旋挖鉆機(jī)的行走裝置是整個(gè)機(jī)械的支撐部分 承受樁機(jī)的自重和挖掘時(shí)的反力 它 既能穩(wěn)定地在地面上工作 同時(shí)又能在工作時(shí)做廠內(nèi)運(yùn)行和轉(zhuǎn)移工地時(shí)做運(yùn)輸性運(yùn)行 本文首先對(duì)行走裝置牽引力進(jìn)行了計(jì)算 由于鉆機(jī)在前進(jìn)和工作中需要受到各方面 的阻力 因此旋挖鉆機(jī)的總牽引力應(yīng)該大于在各種狀態(tài)下所受的各種阻力的總和 同時(shí) 在爬坡時(shí)其牽引力還必須小于履帶與地面之間的附著力 以避免其打滑 鉆機(jī)在前進(jìn)和 爬坡時(shí)的速度經(jīng)過(guò)驗(yàn)算 符合牽引力的要求 能用于實(shí)際中 然后在旋挖鉆機(jī)底盤的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中 根據(jù)鉆機(jī)參數(shù) 選擇和設(shè)計(jì)各個(gè)零部件 其中 四輪一帶 驅(qū)動(dòng)輪 導(dǎo)向輪 支重輪 拖鏈輪 履帶 在我國(guó)市場(chǎng)上已經(jīng)有部分標(biāo)準(zhǔn)化 因此可根據(jù)打樁機(jī)型號(hào)和參數(shù)進(jìn)行選擇 最后 借組計(jì)算機(jī)輔助工程技術(shù)對(duì)履帶行走裝置進(jìn)行 PRO E 三維建模 為進(jìn)一步優(yōu) 化設(shè)計(jì)提供了分析數(shù)據(jù)和結(jié)論 通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì) 不僅培養(yǎng)了我們正確的設(shè)計(jì)思想 也同時(shí)讓我們掌握了工程設(shè)計(jì)的 一般程序和方法 鍛煉了我們靈活綜合運(yùn)用知識(shí)的能力 通過(guò)對(duì)它的設(shè)計(jì)計(jì)算 我了解 了履帶行走裝置的工作原理 傳動(dòng)系統(tǒng)方案和常用機(jī)械零部件件的選用設(shè)計(jì)等等 借助 計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)的研究方法和研究結(jié)果可以作為以后工程上研制類似結(jié)構(gòu)的參考 中國(guó)礦業(yè)大學(xué)成人教育學(xué)院 2014 畢業(yè)設(shè)計(jì) 30 參考文獻(xiàn) 1 周建釗主編 底盤結(jié)構(gòu)與原理 M 北京 國(guó)防工業(yè)出版社 2006 5 2 周良德 朱泗芳主編 現(xiàn)代工程圖學(xué) M 長(zhǎng)沙 湖南科學(xué)技術(shù)出版社 2002 9 3 羅迎社主編 材料力學(xué) M 武漢 武漢理工大學(xué)出版社 2007 7 4 孔德文等 液壓挖掘機(jī) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2007 1 5 趙克利等 底盤結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) M 北京 化學(xué)工業(yè)出版社 2007 1 6 濮良貴 紀(jì)名剛 機(jī)械設(shè)計(jì) 第七版 M 北京 西北工業(yè)大學(xué)機(jī)械原理及機(jī)械零件教 研室 高等教育出版社 2000 7 孫恒 陳作模 機(jī)械原理 第六版 M 北京 高等教育出版社 2001 8 JB T2983 22001 履帶式推土機(jī)總成 北京 機(jī)械科學(xué)研究院 2009 4 9 吳宗澤 羅圣國(guó) 機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè) M 第三版 北京 高等教育出版社 2006 10 諸文農(nóng)主編 履帶推土機(jī)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì) M 北京 機(jī)械工業(yè)出版社 1986 12