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MGZ100錨桿鉆機,課題來源：北京建筑機械化研究所指導教師：趙偉民教授答辯人：吳麗娟,一錨桿鉆機簡介,錨桿鉆機在一些地方又稱為錨固鉆機，從型式上可分為三大類：臺車型錨桿鉆機、機載型錨桿鉆機和單體型錨桿鉆機。錨桿鉆機是實現(xiàn)錨桿支護技術的重要機械設備，隨著錨桿支護技術的飛速發(fā)展，用于鉆鑿錨桿孔的錨桿鉆機也得到了快速發(fā)展。展望它的發(fā)展，有助于不斷促進錨桿鉆機設備的技術進步，使其更加適應現(xiàn)代支護技術的需要。,圖1單體式錨桿鉆機圖2履帶地盤式錨桿鉆機,圖3車載式錨桿鉆機圖4輪胎底盤式錨桿鉆機,1、國內的發(fā)展狀況,國內錨桿鉆機的研制經歷了30多年的歷程,曾先后研制出機械支腿式電動錨桿鉆機、鉆車式錨桿鉆機、支腿與導軌式液壓錨桿鉆機、支腿式氣動錨桿鉆機、非機械傳動支腿式電動錨桿鉆機等,目前已形成液壓式、電動式和氣動式3大系列。在國內履帶式錨桿鉆機有許多類型，其特點主要表現(xiàn)在動力頭大多采用了大扭矩馬達驅動，調速范圍通常為無級調速，大大提高了鉆機的性能。行走履帶由液壓馬達驅動，提高了鉆機工作的靈活性，降低了工人的勞動強度。,2、國外的發(fā)展狀況,國外錨桿鉆機的品種與功能多樣,技術性能優(yōu)越,可靠性高,并各有各的特點。美國現(xiàn)已著手開發(fā)計算機控制的全自動錨桿鉆機。法國生產的是轉架式錨桿鉆機,集鉆孔、安裝錨桿為一體,并具有儲存錨桿桿體的錨桿倉。芬蘭則生產具有樹脂注射系統(tǒng)的鉆車式錨桿機,使鉆孔、安裝錨桿桿體、注入粘接劑全由機械完成,機械化程度頗高。綜觀國外錨桿鉆機設備的發(fā)展歷程，國外錨桿鉆機的發(fā)展始終與錨桿支護理論不斷完善與發(fā)展緊密相聯(lián)、相互依存、相互促進。同時，國外錨桿鉆機的研究不斷采用新材料、新工藝，并緊密結合國情，開發(fā)的每一代產品都能代表當時的世界領先水平。,3、錨桿鉆機的主要發(fā)展趨勢,在國內，應根據(jù)自身的情況對現(xiàn)有單體錨桿鉆機加以攻關研究，增強這些錨桿鉆機的可靠性，提高輸出功率，減輕重量，增加使用壽命，以滿足使用需要；另一方面努力攻關向智能化的臺車型錨桿鉆機方向發(fā)展。在國外錨桿鉆機的發(fā)展趨勢，一方面不斷完善現(xiàn)已普遍使用的單體錨桿鉆機，使其更可靠，更適應現(xiàn)場需要；另一方面不斷加緊對掘錨一體化快速掘進裝備的研究，目前已經推廣使用了多款快速掘錨裝備。國外錨桿鉆機的研究與開發(fā)將會從這兩個方面開展，而且后者為今后發(fā)展重點。,二、錨桿鉆機的結構,錨桿鉆機工作原理,沖擊旋轉式錨桿鉆機鉆頭、鉆桿的旋轉是由動力機構經過齒輪傳動機構實現(xiàn)的，沖擊機構是在沖擊錘的往復運動中實現(xiàn)沖擊功能的。鉆進時，鉆頭在鉆桿的帶動下做回轉運動，而沖擊錘在循環(huán)介質的推動下，對孔底巖石進行沖擊破碎。這樣在鉆頭上存在的旋轉方向上的旋轉力和軸心方向上的靜壓力及沖擊力聯(lián)合作用，使巖石在破碎時，內部裂隙得到擴張，在裂隙尖角出現(xiàn)應力集中，同時在高頻的沖擊力作用下，應力波在巖石內部還來不及擴散，并出現(xiàn)應力集中，這兩種情況的出現(xiàn)，使巖石強度大大降低，并隨著旋轉力的作用，出現(xiàn)大塊大塊的崩落現(xiàn)象，破碎效果非常明顯。,沖擊旋轉鉆進有如下優(yōu)點：,鉆進效率高鉆壓和扭矩小具有較好的防斜效果有效地提高了鉆頭的使用壽命,1工作裝置,馬達－鏈輪－鏈條行走機構示意圖,鉆桿自動更換裝置,因為鉆桿的重量較重，而且一般都采用手工裝卸。所以，鉆桿處理是較危險的工作，而自動的鉆桿處理系統(tǒng)是一種全液壓鉆桿自動裝拆系統(tǒng)，它免除了所有的手工作業(yè)，因而減輕了勞動強度，避免了意外事故的發(fā)生，并且可節(jié)約相當多的非生產時間。,錨桿自動更換機構,2伸縮變幅機構,,此變幅機構的主要工作元件是兩個液壓缸和兩個回轉支承及伸縮臂，其相互配合伸縮旋轉可以實現(xiàn)鉆水平孔、垂直孔、有一定仰角的斜孔和有一定俯角的斜孔，滿足各種工況的需求。（如左圖）,三重要的計算及分析,1、回轉支承的選型與計算回轉支承所承受的作用力包括總軸向力Fa,總側翻力矩M，在力矩作用平面內的總徑向力Fr。如果主機做提升動作，則提升載荷應乘以提升慣性系數(shù)K（K=1.25）。按靜態(tài)工況下所承受的作用力選型并校核安裝螺栓強度，按動態(tài)工況下所承受的作用力校核壽命。（1）按承載角α為60°的情況計算。當α=60°時：Fa′=（1.225Fa+2.2676Fr）faM′=1.225Mfa,,根據(jù)計算選用單排四點接觸球式（01系列）回轉支承；編號為：013.30.710。,Fa′=（1.225Fa+2.2676Fr）faM′=1.225MfaFa′=（1.225Fa+2.676Fr）fa=33.24NM′=Mfa=33.34N.m,2零部件的有限元分析,以上四輻圖可看出：最大位移發(fā)生在第一節(jié)臂與第二節(jié)連接處，最大應變發(fā)生在臂的上部鉸點處，最小應力發(fā)生在臂的中下部，所以經分析得此臂的設計是合理的。,棘爪的最大應力為143.4MPa，選擇的材料是45號鋼，屈服應力為355MPa，安全系數(shù)在2.4以上。為保證棘爪的工作可靠性及其使用壽命，在材料的選擇和結構的設計上都留有一定的富余。,棘輪的最大應力為129.1MPa，發(fā)生在棘輪輪齒的根部。使用的材料是45號鋼，屈服應力是355MPa，安全系數(shù)約為2.7。因為棘輪是一個操作頻繁的零件，且經常與棘爪之間發(fā)生摩擦、碰撞，所以安全系數(shù)取的較大一些，以提高棘輪的強度，增加其使用壽命。,四整機的穩(wěn)定性分析a、水平道路中整機行走的穩(wěn)定性,經Solidwords對整機質量屬性分析，整機的重心落入彈子盤內，且重心坐標在X方向和Y方向的偏心非常小，所以整機在水平道路上行走時整機的穩(wěn)定性良好。,b、整機的縱向穩(wěn)定性分,當整機在下坡行走時，對整機的縱向穩(wěn)定性影最大，故縱向穩(wěn)定性的分析只考慮此種情況。,設下坡時傾角為α，由圖解法可知，當整機不致傾翻時的,所以滿足設計要求,,c鉆孔時整機的穩(wěn)定性分析,因為正常鉆進時立柱的前端是插入土中的，有立柱前端作為支撐點，所以起拔鉆桿時一般不會影響鉆機的穩(wěn)定性，故只需進行正常鉆進時的穩(wěn)定性分析。采用平衡法計算，整機不會傾翻的平衡方程為：,經計算滿足設計要求,敬請各位老師多多指導,