《K125旋挖钻机动臂设计及分析设计【优秀课程毕业设计】》由会员分享，可在线阅读，更多相关《K125旋挖钻机动臂设计及分析设计【优秀课程毕业设计】（36页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、目 录1 绪论11.1 旋挖钻机发展与应用11.2 旋挖钻机动臂的研究现状11.3 课题来源及研究意义22 KR125旋挖钻机总体设计32.1 主要技术参数32.2 机械结构与工作原理42.2.1 机械结构42.2.2 工作原理83 旋挖钻机动臂力学分析113.1 旋挖钻机变幅机构介绍113.2 旋挖钻机变幅机构分析123.3 工况的选择以及力学建模过程中主卷扬拉力的处理方法133.4 变幅和提钻状态下的受力分析 133.4.1 工作装置的整体重心坐标位置估算133.4.2 动臂变幅液压缸自锁，桅杆举升液压缸举升时的受力分析143.4.3 动臂变幅液压缸自锁，动臂变幅时三角架受力分析183.5
2、 旋挖钻机钻挖工作状态下变幅机构的受力分析223.5.1 动臂变幅液压缸锁定，三角架受力分析223.5.2 钻挖状态下，动臂变幅时受力分析243.6 危险工况下动臂的受力分析 264 KR125旋挖钻机结构设计284.1 动臂材料的选择284.2 动臂结构方案295 焊接工艺 305.1工艺参数设计305.2 工装设计与选用315.3 工艺要求316 结论 32参考文献33致 谢34附 录351 绪论1.1 旋挖钻机发展与应用由于国家经济的发展和政府大搞基础建设，基础工程市场有了一个前所未有的发展机遇。基础建设中有大量的桩基工程，与一般的基础工程相比，这些桩基工程具有工期持续长、工程量大、工程
3、进度要求严、环保要求高等特点。这些特点使施工技术面临一个很大的挑战，常规的施工技术和设备不能满足要求，必须采用先进的施工技术和设备来满足这些工程的施工要求。桩基施工技术的发展和完善以及灌注桩承载能力增强，又考虑到施工的安全性和环保意识的增强乃至相关法律法规健全，使桩基工程，特别是现浇混凝土灌注桩成为应用最广泛的施工形式。旋挖钻机是利用钻斗的旋挖、切削、提钻、卸土等反复循环作业成孔的基础施工设备。该钻机可配置短、长螺旋钻具、扩底钻斗、套筒、预制桩桩锤、抓斗等作业装置。旋挖钻机是一种技术含量和机电液集成度较高的桩基础工程装备，设备具有移动灵活、钻进效率高 、成孔质量好、环境污染小等优点，代表着桩工
4、机械的发展方向，旋挖钻在基础施工工程中（如各种市政工程、公路桥梁、高层建筑等）得到了广泛应用，日渐成为各种基础施工中成孔作业最理想的机械设备。在国外，旋挖钻机在混凝土灌装施工中比例占三分之二以上，在日本，旋挖钻机在现场灌注桩施工中的比例高达80%。而在我国，自80年代初从日本引进第一台旋挖钻机，我国投入科研资金和人员少，因此旋挖钻机发展一直缓慢，目前仍处于起步阶段，远未得到普及，然而其巨大的技术优势开始初见端倪，有关施工部门也开始注意其在施工方面的优势。据专家预测，未来几年内，我国旋挖钻机的占有量将大大增长，数量应该是目前的3倍以上。由于各厂家看到旋挖钻机发展潜力很大，旋挖钻机的生产厂家越来越
5、多市场竞争日趋激烈，在这种情况下，旋挖钻机生产企业要得到生存与发展，就必须投入大量的科研资金和科研人员，调整其产品开发和生产组织模式，解决产品上市时间、生产质量、产品服务、产品成本和环境污染等难题。而传统的设计模式要经过几个步骤，如概念设计、方案论证、产品设计物理样机试制、样机试验、改进定型和批量生产，且从产品设计到改进定型往往是一个周而复始的重复过程，大大增加了新产品的研发周期和成本。因此，对于旋挖钻机的研发与设计，引进新的设计方法也将必然成为一种趋势。1.2 旋挖钻机动臂的研究现状旋挖钻机变幅机构是旋挖钻机的关键机构之一，在整个旋挖钻机中起到支撑、调节工作装置等作用，其机构对整机布局和操纵
6、稳定性影响很大。因此，对旋挖钻机变幅机构的研究具有重要意义。目前对旋挖钻机变幅机构的研究主要集中于动力学建模和仿真，以及旋挖钻机各个部件进行简单工况下静强度校核，而对旋挖钻机变幅机构三种工况（变幅、提钻、钻挖）下进行分析研究却很少。因此，对变幅机构静力学的研究十分重要。1.3 课题来源及研究意义课题来源于生产实践，以旋挖钻机变幅机构、三角架和动臂的静力学特性研究和优化设计为目的，对旋挖钻机变幅机构、三角架和动臂进行数学建模，为研究其静力学特性研究和优化设计提供一套完整的理论和方法，具有一定的新颖性和先进性。2 KR125旋挖钻机总体设计2.1 主要技术参数主要技术参数是机械系统结构总体设计和主
7、要零部件设计的依据。在一般情况下可概括为：尺寸、运动和动力参数。根据旋挖钻钻孔工艺，针对不同地层钻孔速度对孔壁的稳定性影响，钻孔速度与质量和效率之间的关系及我国目前工程施工中应用前景等多方面调研和理论计算，KR125旋挖钻机主要技术参数如表2.1所示。表2.1 KR125旋挖钻机主要技术参数序号项目单位技术参数1最大输出扭矩kNm1252钻孔转速rpm0283最大加压力kN1254最大起拔力kN1255加压油缸行程mm36006桅杆左右倾角47桅杆前倾角58发动机型号美国康明斯6B5.9-C9发动机功率kW11210发动机转速rpm195011主卷扬提升力kN12512主卷扬绳径mm2213主
8、卷扬提升速度m/min8014副卷扬提升力kN5015副卷扬绳径mm1616副卷扬提升速度m/min6517最大钻孔深度m4018最大钻孔直径mm150019底盘型号YC23020工作状态宽度mm299021运输状态宽度mm299022运输状态高度mm335023工作状态高度mm1490024履带板宽度mm80025牵引力kN39026配置标准钻杆317mm*5*8.76m27最大总重量t352.2 机械结构及工作原理2.2.1 机械结构旋挖钻机是一种技术含量和机电液集成度较高的桩基础工程装备。其结构从功能上分，分为底盘和工作装置两大部分。其主要部件有底盘（行走机构、底架、上车回转）、工作装置
9、（桅杆、钻杆、钻头、动力头等）、变幅装置(三角架、动臂、支撑杆、桅杆举升液压缸、动臂变幅液压缸等)、主副卷扬、驾驶室、液压系统和电气系统以及发动机系统等组成。如图2.1所示。图2.1 KR125旋挖钻机总体结构示意图（1）底盘底盘是钻机工作装置部分的安装基础，由行走机构、底架、上车回转组成，见图2.2。行走机构的功能是实现钻机的行走和移位。主要由液压马达、减速机、驱动轮及张紧装置、履带、承重轮、托链轮、导向轮等部件组成。行走装置通过液压系统控制，可实现前行、后行、左转弯、右转弯、原地水平旋转等动作。行走机构的履带具有张紧度调节功能。当履带过于松弛时，影响正常工作，需适时调整其张紧度。调整履带张
10、紧度时，用手压黄油泵向张紧装置的张紧油缸注油口注入适量油脂。底架用于安装和支承履带行走机构，内部装有液压油缸、液压系统的“中心回转接头”。上车的液压系统的工作液压油液通过“中心回转接头”传输到履带行走机构和履带伸缩机构。通过液压油缸的伸缩运动实现了履带行走机构的展宽和缩回。这一功能是钻机在工作时展宽两履带的外边距，提高了整机工作的稳定性；在车载运输时缩回履带，减小整机宽度，适应了公路交通法规的要求。回转台是工作装置的安装基础，发动机、液压系统、驾驶室、变幅机构、回转机构、配重等部件直接安装在其上。图2.2 KR125旋挖钻机底盘结构示意图（2）工作装置工作装置包括变幅机构、桅杆总成、随动架、动
11、力头、主卷扬、副卷扬、加压装置、钻杆、钻具等。 变幅机构变幅机构是桅杆的安装部件。由动臂、三角架、支撑杆、动臂变幅液压缸、桅杆举升液压缸等组成，见图2.3。通过动臂变幅液压缸、桅杆举升液压缸的作用，可以使桅杆远离或靠近机体和改变桅杆前后倾角，调节桅杆的工作幅度或运输状态的整机高度。回转台动臂支撑杆三角架通过销轴铰接，组成一个平行四边形机构。当动臂变幅液压缸伸缩而改变工作幅度时，桅杆和三角架只作上下平行移动。满足了桅杆平移、升降的工况要求。图2.3 KR125旋挖钻机变幅机构结构示意图 桅杆总成桅杆总成由桅杆和滑轮架组成，见图2.4。桅杆式钻机的重要机构，时钻杆、动力头的安装支承部件及其工作进尺
12、的导向部件。其上装有加压油缸，动力头通过加压油缸支承在桅杆上，桅杆左右两侧有矩形导轨，对这两个工作机构（动力头、随动架）的工作进尺其导向作用。桅杆为三段可折叠式，分为上段、中段、下段，运输状态时，将上段、下段折叠安装，以减小运输状态时整机长度。图2.4 KR125旋挖钻机桅杆总成结构示意图滑轮架安装于桅杆的顶端，工作时用螺栓与桅杆联接。滑轮架上的主卷扬滑轮和副卷扬滑轮用以改变卷扬钢丝绳运动方向，是提升、下降钻杆和物件起吊的重要支撑部件。滑轮架为折叠式，运输时与桅杆铰接联接，以降低运输状态时整机的高度。 动力头动力头是钻机最重要的工作部件，结构如图2.5，它由液压马达、减速机、动力箱、缓冲装置、
13、滑移架、联接板、压盘组成。动力箱内有一组与回转支承固定在一起的齿圈，齿圈与轮毂固定，轮毂内壁有三组驱动键。图2.5 KR125旋挖钻机动力头总成结构示意图液压马达的高速旋转通过减速机减速以后，减速机的动力输入给动力箱中的齿轮箱，齿轮轴轮轴小齿轮与齿圈啮合，形成最后一级减速，与轮毂固定在一起的齿圈，在回转支承的支撑下倍驱动旋转，轮毂上的键驱动钻杆旋转，实现钻机钻孔工作的旋转运动。缓冲装置的作用：当钻孔深度超过第一层钻杆的长度时，下钻杆时会冲击动力头，特别是卡钻时的意外情况，冲击力更大，此时缓解对动力头的冲击，保护动力头不受到损坏。滑移架是动力头的导向部件，通过联接板和销轴与动力箱固定，在对钻孔加
14、压和动力头起拔工况时，沿桅杆导轨导向。 主卷扬卷扬由液压减速机构、卷筒、卷扬支座、钢丝绳、绳套等组成。主卷扬的功能是提升或下方钻杆，是钻机完成钻孔工作的重要组成部分，其提升和下放钻杆的工作由液压系统驱动和控制。在钻机进行成孔工作时，需打开主卷扬制动器，使系统中主卷扬马达进、回油通道互相导通，卷扬机系统处于浮动状态，这样才能操作加压油缸对钻杆进行加压，以便钻杆顺利进行钻进。 副卷扬副卷扬由液压减速机构、卷筒、卷扬支座、钢丝绳。副卷扬置于三角架内，其功能是吊装钻具以及其他不大于额定起重量的重物，是钻机进行正常工作的辅助起重设备。 加压装置加压装置由加压油缸和动力头总成组成。加压油缸固定于桅杆上，加压油缸活塞杆与动力头轮毂的键产生正压力，正压力产生摩擦力，由于加压油缸对动力头的加压动作，此摩擦力实现钻杆钻孔工作的进给运动。机锁式钻杆加压方式，加压油缸的加压力通过动力头的轮毂端面与钻杆加压点接触，实现钻杆钻孔工作的进给运动。由于此方式需解锁，有时解锁不彻底，容易造成卡钻，只有当钻孔进给阻力大时才采用。通过加压油缸活塞杆的伸出，实现钻孔时的进给加压。加压油缸活塞缩回，起拨动力头，在埋钻的情况下，也可以用来起拔。加压油路上装平衡阀，在不同加压油缸供油的情况下，可以将动力头可靠的锁定在加压行程的任意位置上。 钻杆钻杆是钻机向钻
