TRD旋挖鉆機(jī)總體設(shè)計(jì)方案

1、封面作者：PanHongliang僅供個(gè)人學(xué)習(xí)TR280D旋挖鉆機(jī)總體設(shè)計(jì)摘要:旋挖鉆機(jī)是一種適合于建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的施工機(jī)械，在本文中詳細(xì)介紹了TR280D型旋挖鉆機(jī)結(jié)構(gòu)、技術(shù)參數(shù)，分析了該型鉆機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)和電氣系統(tǒng)。對影響 設(shè)備主要性能參數(shù)的各單元進(jìn)行分析計(jì)算，特別對該型鉆機(jī)具有代表性的主承力單元的平 行四邊形機(jī)構(gòu)進(jìn)行力學(xué)分析計(jì)算，并在最后對影響施工安全性能的整機(jī)穩(wěn)定性校和過程進(jìn)行了論述。關(guān)鍵詞:旋挖鉆機(jī)?？傮w設(shè)計(jì)。分析計(jì)算。鉆機(jī)穩(wěn)定性 旋挖鉆機(jī)是一種適合于建筑基礎(chǔ)工程中成孔作業(yè)的施工機(jī)械，具有噪聲低、振動(dòng)小、轉(zhuǎn)矩大、多功能、成孔速度快、施工效率高、多種速度調(diào)節(jié)、電子自動(dòng)監(jiān)控等特點(diǎn)

2、，因此 被廣泛應(yīng)用于鐵路、公路橋梁等城市交通建設(shè)及高層建筑等樁基礎(chǔ)工程的施工。當(dāng)時(shí)國產(chǎn) 旋挖鉆機(jī) 扭矩在200kNm級(jí)別上下的產(chǎn)品比例高達(dá)75%以上， 作為填補(bǔ)系列化級(jí)別空白的TR280D旋挖鉆機(jī)具有很大的市場前景 。 同時(shí)TR280D旋挖鉆機(jī)的整體構(gòu)成是在原有TR250D的基礎(chǔ)上進(jìn)行優(yōu)化升級(jí)，并采用部分已批量生產(chǎn)產(chǎn)品的結(jié)構(gòu)模塊，充分考慮自身 的特點(diǎn)，進(jìn)行重新整合設(shè)計(jì)后，研發(fā)的系列化產(chǎn)品型號(hào)，經(jīng)濟(jì)成本和使用風(fēng)險(xiǎn)得到大幅度 降低。1TR280型旋挖鉆機(jī)主要結(jié)構(gòu)和性能參數(shù)鉆機(jī)主要性能參數(shù)如表1鉆機(jī)主要結(jié)構(gòu)如圖1所示，（1.行走裝置2.回轉(zhuǎn)平臺(tái)3.變幅裝置4.卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)5.工作裝 置6.桅桿）1 .

3、1行走裝置TR 2 8 0 D型鉆機(jī)采用的是專用的履帶可伸縮式底盤結(jié)構(gòu)，主要功用是把發(fā)動(dòng)機(jī)傳到驅(qū) 動(dòng)輪上的驅(qū)動(dòng)扭矩轉(zhuǎn)變?yōu)殂@機(jī)在地面上的行走移動(dòng)，其結(jié)構(gòu)主要由引導(dǎo)輪、托鏈輪、行 走架、支重輪、驅(qū)動(dòng)輪、履帶、馬達(dá)、減速機(jī)等組成見圖2，四輪一帶均采用進(jìn)口卡特 比勒原裝產(chǎn)品，具有可靠度高、剛性好、承載力大、穩(wěn)定性好等特點(diǎn)。1 . 2回轉(zhuǎn)平臺(tái) 回轉(zhuǎn)平臺(tái)主要由回轉(zhuǎn)減速機(jī)、回轉(zhuǎn)馬達(dá)、回轉(zhuǎn)支承、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、液壓系統(tǒng)、燃油 液壓油箱、機(jī)架等組成，其作用是承載工作體重量，并使之隨回轉(zhuǎn)平臺(tái)按要求回轉(zhuǎn)，且 回轉(zhuǎn)速度的快慢可以通過液壓手柄的比例閥進(jìn)行有效調(diào)節(jié)和控制。1 .3變幅裝置TR 2 8 0 D型鉆機(jī)采用目前最流

4、行的平行四邊形機(jī)構(gòu)，各部件之間采用銷軸聯(lián) 接，拆裝方便，聯(lián)接可靠，可實(shí)現(xiàn)桅桿09 5自動(dòng)無級(jí)調(diào)節(jié)，以適應(yīng)工作和運(yùn)輸狀 態(tài)的快速轉(zhuǎn)換以及鉆孔位的快速找正。1 .4卷揚(yáng)機(jī)構(gòu)TR 2 8 0 D型鉆機(jī)布置主、副兩個(gè)卷揚(yáng)，主卷揚(yáng)起提升鉆桿、鉆具上下運(yùn)動(dòng)的作 用，其最大提升力約24噸；副卷揚(yáng)為施工起重輔助設(shè)備，用于起吊鋼筋籠，下放套管 等施工作業(yè)，最大提升力約11噸。兩卷揚(yáng)均采用進(jìn)口減速機(jī)和馬達(dá)，其使用壽命和可 靠性得到很大保證。主卷揚(yáng)布置于桅桿下部，不僅有利于操作人員實(shí)時(shí)對主卷揚(yáng)的工作 狀況進(jìn)行監(jiān)控，還能大大降低工作時(shí)桅桿承受的彎矩，從而使桅桿重量更輕、結(jié)構(gòu)更合 理、使用壽命更長，進(jìn)而降低整機(jī)穩(wěn)定性的

5、設(shè)計(jì)難度。1 .5工作裝置TR2 80 D型鉆機(jī)的工作裝置主要由動(dòng)力頭、鉆桿、鉆斗等組成，液壓泵輸出的高 壓液壓油帶動(dòng)動(dòng)力頭上的2個(gè)液壓馬達(dá)，經(jīng)行星減速機(jī)和動(dòng)力頭齒輪箱兩級(jí)減速后，以 低速大扭矩的形式通過動(dòng)力頭鍵套傳遞給鉆桿，鉆桿帶動(dòng)鉆斗旋轉(zhuǎn)，此工作裝置對摩阻 式和機(jī)鎖式兩種鉆桿均適用。動(dòng)力頭采用的減速機(jī)和馬達(dá)均采用進(jìn)口產(chǎn)品，鉆桿和鉆斗 由國內(nèi)鉆具專業(yè)生產(chǎn)廠家進(jìn)行定制生產(chǎn)。1 . 6桅桿桅桿是工作裝置的安裝支撐部件，也是工作裝置上下滑移的導(dǎo)向結(jié)構(gòu)TR 2 8 0 D型鉆機(jī)的桅桿采用高強(qiáng)度低合金錳鋼焊接而成，采用傳統(tǒng)“凹”字型截面，保證了設(shè)備整體布局的緊湊性，同時(shí)也可以提供較高的抗扭和抗彎強(qiáng)度。

6、三段式結(jié)構(gòu)的桅桿設(shè)計(jì)不僅有利于在保證桅桿強(qiáng)度和剛度的前提下降低加工難度，而且更有利于鉆機(jī)的拆裝和運(yùn)輸。2TR280D型鉆機(jī)動(dòng)力傳動(dòng)系統(tǒng)TR 2 8 0 D型鉆機(jī)動(dòng)力系統(tǒng)采用卡特比勒C9DI電噴渦輪增壓發(fā)動(dòng)機(jī)，原裝隨機(jī)液壓泵。動(dòng)力系統(tǒng)采用全液壓式傳動(dòng)，系統(tǒng)最大工作壓力3 4MPa,輔助泵、閥、膠管等均選用進(jìn)口產(chǎn)品。2. 1動(dòng)力頭參數(shù)計(jì)算動(dòng)力頭扭矩：(1)馬達(dá)最大排量(cm3) Vg= 200馬達(dá)數(shù)量及減速機(jī)數(shù)量(對) 2動(dòng)力頭大小齒輪減速比id= 4.8減速機(jī)減速比i= 32.6馬達(dá)計(jì)算壓差(bar)p=310液壓馬達(dá)機(jī)械液壓效率nm=0.92動(dòng)力頭最大扭矩:=283.83KNm動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速：(2

7、)動(dòng)力頭馬達(dá)采用變量柱塞馬達(dá),馬達(dá)排量可以在最大排量和設(shè)定最小排量之間轉(zhuǎn)換3馬達(dá)排量(cm3) Vg=200/78馬達(dá)數(shù)量及減速機(jī)數(shù)量(對) 2減速機(jī)減速比in= 32.6.動(dòng)力頭大小齒輪減速比id= 4.8馬達(dá)容積效率nv=0.95系統(tǒng)流量(L/min) Q=560動(dòng)力頭工作輸出最低轉(zhuǎn)速:= 8.5 (rpm)動(dòng)力頭工作輸出最高轉(zhuǎn)速：= 21.8 (rpm)經(jīng)驗(yàn)算,此兩種工作狀態(tài)馬達(dá)均未超速,在正常工作范圍內(nèi)。2 . 2主卷揚(yáng)參數(shù)計(jì)算最大提升力：(3)3馬達(dá)排量(cm3) Vg=165卷揚(yáng)減速機(jī)減速比I=115.4馬達(dá)計(jì)算壓差(bar)P=320液壓馬達(dá)機(jī)械液壓效率nmy=0.95馬達(dá)容積效

8、率nv=0.95第一層卷筒直徑Dw=700主卷揚(yáng)最大提升力=249.8 KN提升速度：(4)馬達(dá)排量(cm3) Vg=165卷揚(yáng)減速機(jī)減速比I=115.4馬達(dá)計(jì)算壓差(bar)P=320液壓馬達(dá)機(jī)械液壓效率nm=0.95馬達(dá)容積效率nv=0.95第一層卷筒直徑Dw1=752.9第二層卷筒直徑Dw2=700系統(tǒng)流量(L/min) Q=560第一層鋼絲繩提升速度:=61.44 m/min第二層鋼絲繩提升速度:=66.0 m/min2.3副卷揚(yáng)參數(shù)計(jì)算最大提升力：按式(3)3馬達(dá)排量(cm3) Vg=75卷揚(yáng)減速機(jī)減速比I=75.5馬達(dá)計(jì)算壓差(bar)P=320液壓馬達(dá)機(jī)械液壓效率nmy=0.95

9、馬達(dá)容積效率nv=0.95第一層卷筒直徑Dw=452副卷揚(yáng)的最大提升力=116.3 KN提升速度：按式(4)3馬達(dá)排量(cm3) Vg=75卷揚(yáng)減速機(jī)減速比I=75.5馬達(dá)計(jì)算壓差(bar)P=320液壓馬達(dá)機(jī)械液壓效率nmy=0.95馬達(dá)容積效率nv=0.95卷筒直徑Dw1=452系統(tǒng)流量(L/min) Q=560副卷揚(yáng)提升速度:=132.82 m/min3 .電氣控制系統(tǒng)R280D型旋挖鉆機(jī)電子控制系統(tǒng)主要由發(fā)動(dòng)機(jī)和泵電子控制系統(tǒng)、桅桿垂直度自動(dòng)調(diào)平 系統(tǒng)、PL(功能控制系統(tǒng)等部分組成?？ㄌ乇壤誄- 9電噴柴油發(fā)動(dòng)機(jī)，是目前國際上最先進(jìn)的動(dòng)力裝置，發(fā)動(dòng)機(jī)和泵電子控制系統(tǒng)可以控制主泵的輸出流

10、量，發(fā)動(dòng)機(jī)和泵控制器會(huì)根 據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)速旋鈕位置向控制主泵輸出的比例電磁鐵發(fā)出電信號(hào)，指導(dǎo)主泵最佳輸 出，讓液壓負(fù)載與發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速相配，從而利用發(fā)動(dòng)機(jī)的最大可用功率，發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速自動(dòng)控 制(AEC在負(fù)荷較小或無負(fù)荷時(shí)，系統(tǒng)自動(dòng)降低發(fā)動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速，減少油耗，。該發(fā)動(dòng)機(jī)噪音 低，振動(dòng)小，廢氣排放量小，環(huán)保高效，性能穩(wěn)定可靠。桅桿垂直度自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)，能對 桅桿進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)控，可實(shí)現(xiàn)手動(dòng)和自動(dòng)切換，在一定的角度范圍內(nèi)，自動(dòng)調(diào)整角度，保證 施工中樁孔的垂直度要求，提高施工質(zhì)量。PLC功能控制系統(tǒng)還可實(shí)現(xiàn)鉆孔深度監(jiān)測調(diào)整，回轉(zhuǎn)自動(dòng)定位，功能模式切換，工作裝置自動(dòng)限位等功能。4.力學(xué)分析計(jì)算TR280D型鉆機(jī)的各

11、個(gè)組成零部件的設(shè)計(jì)都是經(jīng)過嚴(yán)謹(jǐn)?shù)挠?jì)算和驗(yàn)證的，在這里以其代表性 結(jié)構(gòu)變幅裝置的平行四邊形結(jié)構(gòu)為例進(jìn)行分析。如圖3所示(1 .桅桿油缸2 .動(dòng)臂3 .變幅油缸4 .支撐桿5 .三角形)，在此以鉆機(jī)平行四邊形機(jī)構(gòu)在支撐桿水平狀態(tài)工作時(shí)為例進(jìn)行力學(xué)分析，受力分析圖如圖4所示。把三角形，桅桿油缸，桅桿以及工作裝置看為一體，設(shè)其重心為圖示G點(diǎn)，且重力方向垂 直向下，變幅油缸對鉸點(diǎn)作用力為F1,作用力方向與水平線夾角為a,動(dòng)臂對鉸點(diǎn)作用力為F2,支撐桿對鉸點(diǎn)作用力為F3。以動(dòng)臂與變幅油缸公共鉸點(diǎn)為受力分析點(diǎn),可得下式：(5)(6)(7)由以上式并結(jié)合各部分重量及重心位置可以得到：=47 . 6t= 2 3

12、 6 . 2 t=64 . 2t代入計(jì)算書進(jìn)行驗(yàn)證如表2通過如上驗(yàn)證,說明在此狀態(tài)下,構(gòu)成平行四邊形結(jié)構(gòu)的各單元能夠滿足要求。5 .整機(jī)穩(wěn)定性校核TR 2 8 0 D型鉆機(jī)的整機(jī)穩(wěn)定性校核計(jì)算，采用了國內(nèi)通用安全系數(shù)法和歐 洲使用的穩(wěn)定角安全標(biāo)準(zhǔn)(EN 7 9 1-1 9 9 5)兩種方法。鑒于履帶在展開狀態(tài)橫向仍然比縱向尺寸較小,且鉆機(jī)在橫向和縱向都可能為工 作狀態(tài),故在此選取施工條件更差的橫向狀態(tài)進(jìn)行校核。此外,變幅裝置的調(diào)整也影 響鉆機(jī)工作穩(wěn)定性,一般情況變幅升起越高,穩(wěn)定狀況越好,在此選取桅桿剛剛能夠 滿足回轉(zhuǎn)要求的最差工作狀態(tài)進(jìn)行校核,如圖5所示：方法一：安全系數(shù)法 首先計(jì)算構(gòu)成鉆機(jī)

13、各單元的重心位置,然后以履帶負(fù)重輪外緣為傾翻線,計(jì)算穩(wěn)定力矩之和M穩(wěn)，傾翻力矩之和M傾，鉆機(jī)穩(wěn)定性安全系數(shù)S為(8)安全系數(shù)要求S1 . 4。計(jì)算參數(shù)及結(jié)果如表3所示：方法二：穩(wěn)定角計(jì)算法以履帶負(fù)重輪外緣為傾翻線，計(jì)入風(fēng)載荷與回轉(zhuǎn)離心力(計(jì)算動(dòng)態(tài)穩(wěn)定角)作用影 響，則鉆機(jī)重心相對此傾翻線LX, Hy計(jì)算式如下：(9)(10)穩(wěn)定角計(jì)算如下：EN 7 9 1 - 1 9 9 5標(biāo)準(zhǔn)中要求，靜態(tài)穩(wěn)定角a10 ，動(dòng)態(tài)穩(wěn)定角a5計(jì)算參數(shù)及結(jié)果如表4所示：版權(quán)申明本文部分內(nèi)容，包括文字、圖片、以及設(shè)計(jì)等在網(wǎng)上搜集整 理。版權(quán)為潘宏亮個(gè)人所有This article in eludes some part

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