课程设计<论文>题 目名称 SWDM-20旋挖钻机液压系统计——左右行走及主卷扬课 程 名 称 液压与气压传动系 、专 业 机械与能源工程系08机械〔机制方向〕 / 目 录1. 概论…………………………………………………………………11.1 前言…………………………………………………………………41.2 旋挖钻机的分类及主要结构特性…………………………………61.3 本课题研究的主要容……………………………………………62. SWDM-20旋挖钻机各部分结构具体说明…………………………72.1 SWDM-20旋挖钻机底盘………………………………………… 72.2 SWDM-20旋挖钻机主幅卷扬及转台…………………………… 82.3 SWDM-20旋挖钻机钻桅及变幅机构……………………………102.4 SWDM-20旋挖钻机动力头及钻具………………………………123. SWDM-20旋挖机液压系统——左右行走和主卷扬设计……… 153.1 液压系统的设计计算步骤和系统设计要求……………………163.2 液压系统液压系统主干回路设计………………………………203.3 左右行走液压系统设计计算……………………………………243.4 主卷扬液压系统设计计算………………………………………273.5 左右行走、主卷扬主泵的设计计算……………………………303.6 左右行走,主卷扬液压系统总体概括………………………… 314. 液压系统性能的验算…………………………………………… 324.1 发热功率验算……………………………………………………334.2 散热功率验算……………………………………………………334.3 冷却器所需冷却面积的计算………………………………… 33参考文献………………………………………………………………35概论旋挖钻机是灌注桩基础施工中重要的大型工程装备。
我国目前正处在一个大发展时期,特别是公路桥梁、铁路、水利、城市发展,需要大量的桩工机械,这类机械应归属于工程机械领域,近十多年,特别是近五年才在我国国兴起1.1 前言1.1.1 旋挖钻机的简介旋挖钻机作为一项新兴桩基础施工设备,从上世纪80年代中期第一次试探性进入中国市场,经过90年代在青藏铁路建设中的大规模示应用,到最近5年的广泛快速发展,在我国市场方兴未艾,进口产品正不断大量涌入,而我国的同类产品,将在未来几年将处于急速发展的上升时期,每年市场需要新增100台左右的旋挖钻机,发展潜力巨大,且国产化旋挖钻机突破了核心的关键技术,技术进步明显,可靠性不断提高到90年代末,我国旋挖钻机的拥有量仅为100台左右,20XX,我国进口各种旋挖钻机近百台,截止20XX底,我国旋挖钻机的保有量为350-400台,截止20XX底,我国旋挖钻机的保有量为450-500台国旋挖钻机品牌主要在山河智能、三一重工、徐工科技、宇通重工,主要产品有：山河智能的〔SWDM12/16/20/22/25〕；三一重工的〔SR180〕；徐工科技〔RD18〕；XX宝峨；煤机；北方重汽；宇通重工；安源重工；金泰；时代重车；黄海机械；四海工程；勘察等公司。
国外的旋挖钻机品牌主要集中于宝峨、土力、意马、迈特、卡萨格兰第、日本产小扭矩旋挖钻机,主要产品有：德国宝峨公司,其产品系列为BG12~BG25、BG7、BG15H、BG15V、BG20、BG14、BG22H；意大利土力公司,其产品为R412~R628；意大利迈特公司〔MAIT〕,其产品为HR45、HR100、HR110；HR130、HR130/60、HR180、HR260、HR300-570、HR240-800；意大利的意马公司〔IMT〕的AF6~AF50和神威公司〔CMV〕的TH12~TH25等国外产品的最大扭矩可达360KNm,发动机功率达448KW,钻孔直径4米,钻深90余米等1.1.2国外研究现状随着全球经济的高速发展,基本建设围的持续拓宽,以人为本和保护环境的理念及至相关法津法规实施的不断强化,使桩基础特别是现浇混凝土灌注桩基础几乎取代了其他基础,得到了广泛的应用空间旋挖钻机因其效率高、污染少、功能多的特点,适应上述综合发展的需求,在国外的现浇混凝土灌注桩施工中得到了广泛应用旋挖钻机是灌注桩基础施工中重要的大型工程装备,主要用于铁路公路桥梁、高层建筑、城市交通、大型港口的桩基础施工,已逐渐成为国家重大工程中灌注桩施工的首选设备。
旋挖钻机的功能与性能,直接影响到施工质量与进度,本文从施工应用的角度,初步探讨这类设备的技术特点、选型要求和在我国现场应用的状况旋挖钻机是一种用于桩基础工程现场灌注桩施工的成孔机械,该钻机具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活、环保安全,施工效率高及多功能的特点,可配长螺旋、短螺旋钻头、回转斗、岩心钻、液压桩锤等多种钻具,可钻进粘土层、沙土、卵石层和中风化岩石层,适于我国大部分地区的土壤地质条件,广泛应用于道路、桥梁、码头、高层建筑等地基基础工程施工从工程机械的技术发展来说,旋挖钻机是现代机、电、液技术集成的高技术产品,技术特点主要体现在：<1> 大构件专用底盘的设计与制造技术：旋挖钻机按底盘的结构可分为轮式、履带式和步履式履带式底盘占绝大部分,主要分两种结构形式：一种是为适应旋挖钻机工况和性能而专门设计的专用底盘；另外一种是选用通用的挖掘机底盘<2> 变幅机构的优化设计与制造技术：通过计算机优化设计和铰接点的简化,无论动力头和钻杆处于钻桅的任何位置均能实现桅杆的竖立和放倒,易于实现工作状态和运输状态的转换,克服了某些钻机只有当动力头在钻桅的特定位置时才能实现钻桅起落平举的毛病,变幅机构简单美观、驱动力大、稳定性好。
<3> 液压系统技术：旋挖钻机的液压系统,一般有二种方案,节流控制系统,其主泵具有恒功率/分功率调节/正流量控制的功能,另一种是负载敏感控制系统,主泵具有恒功率/负载敏感LUDV/带电气越权的负控制；根据适应旋挖钻机特性工况而研发的一种节能型液压系统,其主泵采用大流量恒功率与分功率调节、主阀中位正流量控制,配合动力系统的功率极限控制,不仅具有节能,系统发热少、油温低等特点,而通用底盘旋挖钻机的液压系统一般采用的是适应挖掘机工况的液压系统,其性能与旋挖钻机有很大差别,能耗大,发热量大；另外在旋挖钻机的钻桅变幅回路是采用一个小泵单独供油,通过小泵实现小流量控制,满足旋挖钻机工作装置变幅不需要复合动作,保证了操作的平顺性,达到一个较好的控制要求,并且配合电控系统,实现了一些动作的安全互锁功能<4> 大惯性体的自动回转定位技术：旋挖钻机在进行钻孔作业时,有一个钻进、提升、回转、抛土、再回转至原孔口、再钻进的过程旋挖钻机的平台回转,是一个大惯性体的回转定位控制,指机器回转时能记录回转角度,待抛土后再回转回来时,一旦达到记录的角度后,便自动停止,做到手动回转与自动回转的切换这样,大大减轻了劳动强度、提高了生产效率及作业精度,特别是旋挖钻在第一次开孔定位时,进行准确的标定孔位十分有效。
<5> 施工的保护技术：旋挖钻机的钻杆在孔作业时,具有对钻杆、钻具的多重保护功能,如防埋钻提示〔每斗进尺显示〕、塌孔提示、超钻提示、主卷自动浮动、浮动提示、孔防平台回转等〔卷扬上提出孔后,平台才能回转或动臂举升〕；同时,在对钻机的施工保护〔对钻机设备的保护〕,以及对钻孔施工质量的保护,这2方面的功能开发,也具有显著的特色,如：防止二次启动、先导油路的使能选择、急停、作业安全防护<钻孔作业时,其它动作不能动作>、动力头限扭或加压缸限压、立桅的左右倾斜报警、移位对孔与钻进作业的操作相对独立、操作中要按按钮操作手柄等等,这些功能都能很好地处理实际施工中,对设备的在保护<6> 钻机的自动控制技术：旋挖钻机是技术含量高、机电一体化集成的设备,采用电液比例控制系统、PLC、CAN总线控制等,提高了定位钻孔精度,一般都具有钻孔深度的自动检测,能进行钻机控制、自动垂直调平、回转倒土控制、发动机的监控、钻孔深度测量及显示、电喷发动机的总线控制、车身工作状态动画显示及虚拟仪表显示、故障检测与报警等功能对比国外的旋挖钻机,山河智能公司采用国际先进水平的硬件〔控制器/显示屏/传感器等元件〕,掌握应用基础的核心技术,形成了三级控制平台〔如图1所示〕,自主开发应用软件,在旋挖钻机上取得多项专利和软件,在电子控制系统的功能开发上具有特色,除完成上述功能外,还有钻机发动机与液压泵的功率极限控制、自动怠速、动力头马达自动变量控制、数据掉电保护、故障诊断与调试、自动快速抛土、加压力及加压速度的控制、钻孔的施工管理等功能。
<7> 旋挖钻机多功能化：旋挖钻机采用的是多用途模块式设计,如大口径短螺旋和旋挖斗回转施工、长螺旋施工、全护筒跟管施工、液压抓斗地下连续墙施工、高压旋喷施工、潜孔锤施工、嵌岩施工；1.1.3 山河智能旋挖发展状况山河智能多功能旋挖钻机是一种新型钻孔灌注桩施工设备,融合了现代液压桩工机械新技术和新工艺,发动机等关键配套件国际化采购,采用自己研制的可伸缩式履带专用底盘,稳定性明显优于采用通用底盘的同类钻机；自主研发的控制系统集成度高、功能强大,反应快、精度高；可实现钻桅自装自卸；变幅机构结构新颖,驱动力大,稳定性好；可配多种钻具,适应粘土层、沙层、卵石层和中风化岩层等复杂地质条件下的施工广泛应用于公路、铁路立交桥、高架桥的大直径桩墩和高层建筑桩基的施工中,在首都新机场、国家奥运场馆鸟巢工程等国家大型重点工程中已越来越展示出山河智能旋挖钻机的优势在国际性市场上也获得国外高水平同行的好评山河智能旋挖钻机采用精心设计并精益制造的专用底盘和将大滚筒卷扬安装在其上的设计方案就从根本上解决料上述两个问题,整机稳定性非常好,作为易损件的钢丝绳寿命成倍提高,大幅度降低运行成本而且为重达70多吨的旋挖钻机设计的专用底盘的刚度、强度都明显优于改装的30吨挖掘机通用底盘。
成为明显的专用底盘,大滚筒卷扬,稳定性好,钢丝绳寿命长的特点1.2 旋挖钻机的分类及主要结构特性1.2.1 旋挖钻机的分类：〔1〕 按底盘结构可分为轮式、履带式和步履式底盘的旋挖钻机其中履带式底盘又可分为专用底盘结构和选用通用挖掘机或履带吊底盘结构两种结构形式一种是为适应旋挖钻机工况和性能而专门设计的专用底盘；另外一种是选用通用的挖掘机底盘；〔2〕 按动力头悬挂装置的结构可分为钻桅式和臂架式旋挖钻机；〔3〕 按动力源不同可分为电动和燃驱动的旋挖钻机〔4〕 按工作装置的结构形式分：钻桅加双三角平行四边形连杆变幅机构和钻桅加大三角架支撑两种机型其中前者是主流形式,占国外机型的90%,其优点：工作装置调整灵活；钻桅收放也较方便,易于实现自装自卸缺点：钻桅调整稳定性相对较差后者的的优缺点正好与前者相反另外还有根据动力头驱动方式分为电动和液压驱动的旋挖钻机SWDM-20旋挖钻机为采用钻桅结构的燃型履带式旋挖钻机1.2.2 旋挖钻机机构组成部分及施工步骤：旋挖主要由专用底盘、主卷扬、副卷扬、装台、钻桅及变副机构、动力头、钻具、发动机系统、液压系统、控制系统、回转机构、操作系统结构如下图1.1所示：图1.1 SWDM-20旋挖钻机整机结构图第一步：旋挖钻机的就位。
第二步：钻头轻轻着地,旋转,开钻最好以钻头自重作为钻进压力,以更好的 保证桩基精度第三步：当钻头里装满土砂料,提升出孔外注意孔地下水位情况,及时补充水,以防坍塌第四步：旋挖钻机旋回,将钻头的土砂料倾倒在土方车或地上第五步：关上钻头活。