多功能鉆機工作機構(gòu)的設(shè)計與研究

摘要如今，中國交通運輸業(yè)的開展離不開山體隧道鉆探技術(shù)的開展。在進行山體隧道爆破之前通常會選用多功能鉆機來進行地質(zhì)勘探。多功能鉆機能夠?qū)崿F(xiàn)地質(zhì)超前鉆探探測，排放隧道施工中的涌水和瓦斯和隧道施工的止水及巖盤加固注漿鉆孔工程等。本課題是借鑒意大利的卡薩閣蘭地公司的C6鉆機，研究設(shè)計了多功能鉆機的工作機構(gòu)。首先，對多功能鉆機的運動范圍及需求進行分析，從而判別其為六自由度運動機構(gòu)，然后進行結(jié)構(gòu)設(shè)計，之后對于推進梁、動臂、轉(zhuǎn)盤、支撐架等主要零部件進行設(shè)計及校核分析。最后應用SOLIDWORKS軟件繪制三維模型圖及二維圖紙后，再進行運動仿真及有限元分析。設(shè)計中運用連桿機構(gòu)的傳動方式及特點，根據(jù)運動范圍來設(shè)計出了各零部件的連接方式，使機構(gòu)能夠?qū)崿F(xiàn)相應的功能。運用理論力學和材料力學相應知識對各部件尺寸進行設(shè)計，之后進行強度校核。關(guān)鍵詞：多功能鉆機；工作機構(gòu)；結(jié)構(gòu)設(shè)計AbstractNowadays,thedevelopmentoftransportationindustryinChinacan'tbeseparatedfromthedevelopmentofmountaintunneldrillingtechnology.Multi-functionaldrillingmachineisusuallyusedforgeologicalprospectingbeforethemountaintunnelblasting.Multi-functionaldrillingmachinecanrealizegeologicaldrillingexploration,emissionswatergushingandgasinthetunnelconstructionandrockgroutingdrillingengineeringetc..ThissubjectisbasedontheC6drillingrigofCASAGRANDEcompanyinItaly.Theworkingmechanismofmulti-functiondrillingmachineisresearchedanddesigned.Firstofall,analysisthemotionrangeandneedsofmulti-functiondrill,anddeterminethisisthesixdegreeoffreedommotionmechanism,nextstructuredesign,thenthemainparts,suchofbeam,arm,turntableandbracket,isdesignedandverification.Finally,SOLIDWORKSsoftwareisusedtodraw3Dmodeldrawingsand2Ddrawings,andthenmotionsimulationandfiniteelementanalysisaredone.Inthedesign,thetransmissionmodeandcharacteristicsoftheconnectingrodmechanismaredesigned.Accordingtotherangeofmotion,theconnectionmodeofeachpartisdesigned,sothatthemechanismcanrealizethecorrespondingfunction.Usingthecorrespondingknowledgeoftheoreticalmechanicsandmaterialmechanics,thesizeofeachcomponentisdesigned,andthenthestrengthischecked.Keywords:multi-functiondrillingmachine;workingmechanism;structuredesign目錄TOC\o"1-4"\h\z\u第1章

緒論 11.1課題研究的內(nèi)容及意義 11.2國內(nèi)外現(xiàn)狀 11.3本課題研究的主要內(nèi)容 21.4本課題設(shè)計要求 3第2章工作機構(gòu)的設(shè)計方案 42.1多功能鉆機的主要組成及原理 42.1.1多功能鉆機的主要組成 42.1.2多功能鉆機的原理 52.2多功能鉆機設(shè)計方案 52.2.1多功鉆機設(shè)計要求 52.2.2多功能鉆機的主要設(shè)計參數(shù) 6第3章機械部件設(shè)計計算 83.1推進梁的設(shè)計計算 83.1.1推進梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計 83.1.2推進梁受載荷情況 83.1.3推進梁的截面尺寸計算 93.1.4推進梁的校核 103.2動臂的設(shè)計計算 103.2.1動臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計 103.2.2動臂的受載荷情況 103.2.3動臂的截面尺寸 113.2.4動臂的校核 133.3轉(zhuǎn)向架的設(shè)計計算 133.3.1轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 133.3.2轉(zhuǎn)向架的受載荷情況 143.3.3轉(zhuǎn)向架的各局部尺寸 153.4各連接件的設(shè)計與校核 163.4.1連接設(shè)計方案 163.4.2主要連接件的校核 183.4.2.1動臂與導向架連接的校核 183.4.2.2動臂與機架連接的校核 20第4章液壓部件設(shè)計計算 224.1動力頭推進液壓缸的設(shè)計 224.1.1推進裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 224.1.2推進液壓缸的選用 224.2推進梁頂緊液壓缸的設(shè)計 234.2.1液壓缸的最大載荷計算 234.2.2液壓缸的選用 234.3支撐液壓缸的設(shè)計 244.2.1下支撐液壓缸的行程計算 244.2.2下支撐液壓缸的選用 264.2.3上支撐液壓缸的行程計算 264.2.4上支撐液壓缸的選用 274.4調(diào)整液壓缸的設(shè)計 274.2.1調(diào)整液壓缸的行程計算 274.2.2調(diào)整液壓缸的選用 29第5章總結(jié)與展望 305.1結(jié)論 305.2研究展望 30參考文獻 31致謝 32附錄 33第1章

緒論1.1課題研究的內(nèi)容及意義近幾年來，由于全球經(jīng)濟一體化現(xiàn)象逐步的深化，以及我國經(jīng)濟的飛速開展，高速鐵路技術(shù)以及地下隧道技術(shù)得到巨大的進步。在經(jīng)濟日益飛漲的現(xiàn)代化社會中，交通在當今社會看來已經(jīng)變成了經(jīng)濟開展的主要的根底保障，地面公路的建設(shè)已經(jīng)到達瓶頸，人口劇增致使地面被高大建筑物所占據(jù)，地面交通已經(jīng)凸顯擁堵癱瘓狀態(tài)。人們?yōu)榱四軌蚴菇煌▎栴}得到進一步改善，設(shè)計者們開始將目光投向地下軌道交通的開展。尤其我國在地理環(huán)境上有許多的山和河流，全國總面積的七成都為山峰、丘陵或者是高原等山區(qū)地形面積。鐵路軌道在山區(qū)中進行修建施工時，往往會遇到一些山峰的阻礙。由于火車這種交通工具的局限性，它不能夠爬非常陡的山坡，這樣就會使它的翻越山峰的能力較弱。同時，由于軌道交通向心力限制，軌道要有最小的曲率半徑，因此有局部的山區(qū)地形不能繞過，這樣就要通過打造隧道以便于通過曲面障礙。當人們嘗試沿著河谷修建鐵路的時候，經(jīng)常會遇到河道會在某些地域變得彎曲、兩岸橫坡突然變得很陡峭、地質(zhì)不符合施工要求等現(xiàn)象，常修建隧道使線路從山里通過。大家都知道兩點之間直線最短，隧道的修建就可以表達這一原理，它令路程縮短，減小了坡度，與此同時還使線路繞過了地質(zhì)不符合施工條件的地域。同時，與現(xiàn)代技術(shù)的開展并行的是，公路隧道、航運隧道、水底隧道、人行地道等一系列隧道的修建，都需要先進的現(xiàn)代化技術(shù)設(shè)備。多功能鉆機是勘探取芯、煤礦瓦斯排放、邊坡支護、鐵路土基的拉桿錨固等施工的重要設(shè)備，多功能工程鉆機從動力傳動的方式來分類一般分為電動、氣動和液壓等類型，其中，一般在煤礦鉆孔和隧道施工時使用的是液壓為動力鉆機，因為它擁有比擬好的平安性，還有功率大，傳動效率高等優(yōu)良特性。因此，多功能鉆機的研究與設(shè)計將會是軌道交通領(lǐng)域的重大突破口，如果在施工中可以通過一臺鉆機完成多種施工任務(wù)，這便為施工單位或企業(yè)節(jié)省一大批資金，同時機器的自動化程度也可以減少人力勞動，從而減少人工費用和保證工人平安，減少施工事故發(fā)生率，因此對多功能鉆機的研究具有重大的意義。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀意大利CASAGRANDE(卡薩格蘭地公司)成立于二十世紀六十年代，從布魯諾.卡薩閣蘭地先生創(chuàng)立之后，它在鉆孔機和其他施工專用設(shè)備的研究和制造領(lǐng)域一直處于世界前沿水平，世界上許多公司都在與其合作進行學習，而且一直排名在世界前三名〔其它兩家為：德國寶峨、意大利土力〕。C6鉆機擁有多功能性，是由于它可以安裝多種不一樣型號的動力頭，這樣就可以在不同的地質(zhì)情況下都可以完成錨桿作業(yè)、地質(zhì)檢測、灌漿加固等功能的回轉(zhuǎn)沖擊功能。安裝噴漿設(shè)備的多功能鉆機還能完成旋噴支護施工這種普通的施工技術(shù)，也可以完成隧道內(nèi)的超前管棚支護施工或超前地質(zhì)預告等先進施工技術(shù)來保證施工中的平安性及可靠性，防止人員財產(chǎn)的損失。如今有大約60臺C6多功能鉆機在國內(nèi)服役工作進行根底建設(shè)施工，主要用戶是國內(nèi)一些在地鐵，鐵路或公路建設(shè)領(lǐng)域知名的工程局，現(xiàn)在大局部是完成超前的地質(zhì)檢測和地基錨固、隧道管棚等施工工程。在國際上，與意大利卡薩格蘭地公司存在較大競爭的是RPD日本礦研研發(fā)的多功能鉆機，兩者在工作效率和應用范圍等幾個方面有著些許的差異，但在國內(nèi)的但用幾乎持平，在各種復雜的施工環(huán)境中都能夠見到它們正在工作的身影。

在我國，新能正源環(huán)境科技是13年在北京成立的一家主要是制造研發(fā)地下工程的施工專用設(shè)備，并且這個公司還引進了一些土壤污染治理相關(guān)的設(shè)備與技術(shù)。該公司為了提高研發(fā)與制造技術(shù)水平，因此與國內(nèi)外同樣研究施工設(shè)備的學者進行深入的交流與協(xié)作，公司陸續(xù)成功研發(fā)了煤礦用的深孔鉆車，這種鉆車由于鉆孔能力較強可以穿越煤層進行探孔，同樣還可以進行抽放瓦斯、迎頭探水、取芯操作等先進勘探及處理功能。之后此公司還研發(fā)了RPD全液壓旋轉(zhuǎn)沖擊鉆機，這種鉆機可以進行長距離的地質(zhì)勘探，不光可以使用套管取芯功能，同樣也可以實現(xiàn)鉆注一體式帷幕注漿以及管棚支護作業(yè)來進行對施工隧道的加固支撐，這樣可以提高施工作業(yè)的平安性。1.3本課題研究的主要內(nèi)容此次設(shè)計研究的是多功能鉆機鉆桿，多功能履帶鉆機一般由動力頭、鉆桿系、夾持器、推進梁〔鉆架〕、動臂、底盤、履帶走行部、輔助支腿、動力系〔發(fā)動機〕、液壓系統(tǒng)和控制系統(tǒng)等組成。多功能鉆機主要用于工程施工中鉆孔和注漿兩個方面，具體應用有：1、探測和排放隧道施工中對施工作業(yè)有害的的涌水及瓦斯；2、坡面的錨固作業(yè)；3、隧道施工保證平安的止水及巖盤加固等注漿操作；4、板樁錨固作業(yè)；5、地質(zhì)超前鉆探；6、管棚作業(yè)；7、城市地基的注漿鉆孔加固技術(shù)；8、鐵路中的填土地基進行拉桿錨固；9、打水井等。此論文主要研究多功能鉆機的夾持及更換裝置，以及鉆桿系的設(shè)計。研究的內(nèi)容具體如下：工作機構(gòu)的參數(shù)設(shè)定以及外形的設(shè)計計算，經(jīng)過校核確定適合強度的零件，通過Solid

works軟件進行三維建模，進一步通過計算機仿真，有限元強度校核進行強度和剛度確實定。1.4本課題設(shè)計要求在對多功能鉆機的施工工藝研究的根底上，分析多功能鉆機在設(shè)計時應具有的功能，還要以團隊形式形成多功能鉆機的設(shè)計方案，重點完成：多功能鉆機的工作過程、工作范圍和對工作機構(gòu)的要求；根據(jù)工作機構(gòu)的運動要求，確定機構(gòu)的工作原理，設(shè)計工作機構(gòu)的方案；進行運動分析和結(jié)構(gòu)設(shè)計，并通過已學知識對主要構(gòu)件的強度和剛度進行計算；對各構(gòu)件之間的連接進行技術(shù)設(shè)計和計算；繪制工作機構(gòu)的裝配圖及主要部件圖。通過本設(shè)計可以使學生系統(tǒng)應用所學與機械產(chǎn)品設(shè)計相關(guān)的數(shù)學、力學等根底知識、機械制圖、機械原理、機械設(shè)計、工程材料、工程與技術(shù)測量等專業(yè)知識，廣泛運用專業(yè)實驗和實踐中的訓練的能力和獲得的工具應用技巧，綜合性地完成產(chǎn)品的設(shè)計和研發(fā)，從而較系統(tǒng)的提高學生設(shè)計復雜機械產(chǎn)品的綜合素質(zhì)，進一步訓練學生解決產(chǎn)品研發(fā)問題的思維方式和產(chǎn)品設(shè)計的技能，更深入地培養(yǎng)學生團隊協(xié)作精神以及令學生們養(yǎng)成良好的職業(yè)素養(yǎng)。第2章工作機構(gòu)的設(shè)計方案2.1多功能鉆機的主要組成及原理2.1.1多功能鉆機的主要組成多功能鉆機在工程上是指能夠?qū)崿F(xiàn)地質(zhì)勘探和施工鉆探的工程鉆機。行走機構(gòu)在下面，工作機構(gòu)和裝夾裝置在上面三局部使它成為一個整體。再將工作機構(gòu)細分的話，可以分成動臂、推進梁、轉(zhuǎn)盤、支架、各個液壓缸。具體如下圖：圖2-1支架圖2-2轉(zhuǎn)盤圖2-3動臂圖2-4推進梁2.1.2多功能鉆機的原理1.行走裝置：承載鉆機的完全重量，到達指定施工地點并且在鉆頭沖擊時提供反作用力。2.工作機構(gòu)：支撐動力頭，調(diào)整導向架，使其水平或豎直位移，這樣能夠使多功能鉆機大范圍、多角度的鉆孔。通過動臂擺動液壓缸進行角度擺動，推進梁調(diào)整液壓缸進行角度調(diào)整使推進梁與掌子面垂直，推進梁頂緊液壓缸使動力頭平移，兩個平移液壓缸上下調(diào)整推進梁。3.動力頭裝置：鉆孔原理主要是通過回轉(zhuǎn)沖擊式來實現(xiàn)破巖造孔，動力是由液壓馬達提供的。2.2多功能鉆機設(shè)計方案2.2.1多功鉆機設(shè)計要求由于多功能鉆機大多數(shù)都會在野外進行工程施工，施工時的環(huán)境都不是很良好，所以在設(shè)計時就應該提高它的整體要求。為了實現(xiàn)比擬理想的設(shè)計方案，應盡力實現(xiàn)以下要求：〔1〕鉆機的推進梁可以實現(xiàn)升降、自行移動和水平角度變化。〔2〕整體的能力和各部件的性能相匹配，能夠?qū)崿F(xiàn)各個鉆進工藝?！?〕整機和各個局部剛度要滿足要求，而且強度也應該在平安范圍之內(nèi)，以及還要能夠抗震，工作時不能夠移動，在機構(gòu)工作時才能提供對沖擊力的反力?！?〕結(jié)構(gòu)要緊湊，傳動也要平穩(wěn)，可以提供給有的進給、拔起力和回轉(zhuǎn)力矩?！?〕要考慮材料的節(jié)省，便于做加工，這樣就可以減輕鉆機重量，也便于運輸。〔6〕涉及不光要考慮到上述的根本設(shè)計要求，一般的性能要求也應該滿足。如在選用可以大批量生產(chǎn)的部件時要盡量使用標準的、能夠組件化的以及及通用的零部件，這樣可以降低制造本錢；提高機構(gòu)的可靠性和提升耐用性，來滿足惡劣的工作環(huán)境，降低噪聲與震動，重視環(huán)保問題等。2.2.2多功能鉆機的主要設(shè)計參數(shù)圖2-5參考表2圖2-6參考表2圖2-7參考表3圖2-8參考表4圖2-9參考表5第3章機械部件設(shè)計計算3.1推進梁的設(shè)計計算3.1.1推進梁的結(jié)構(gòu)設(shè)計推進梁是對動力頭起支撐和導向的重要構(gòu)件，因此推進梁的上板應有軌道使動力頭在其上移動，推進梁的下板應與轉(zhuǎn)向架相連接，因為在鉆孔作業(yè)時要與掌子面頂緊，因此下板應有軌道能在轉(zhuǎn)向架上平移。為了保證節(jié)省材料和便于運輸，推進梁截面應該做成箱型截面。推進梁內(nèi)部應該設(shè)置推進機構(gòu)，是由液壓缸與鏈傳動裝置組成。3.1.2推進梁受載荷情況圖3-1推進梁受力圖F1:動力頭鉆孔沖擊力最大為60KNM1:動力頭鉆孔產(chǎn)生的扭矩最大為8KN.mM2:轉(zhuǎn)向架對推進梁產(chǎn)生的扭矩F2:對推進梁的水平作用力G:推進梁及動力頭的重力大小約為40KNF3:轉(zhuǎn)向架對推進梁的支撐力由平衡方程：〔3-1〕〔3-2〕〔3-3〕可求的M2=8KN.mF2=60KNF3=40KN3.1.3推進梁的截面尺寸計算圖3-2推進梁截面受力圖截面受載荷情況如上圖所示，此梁受扭和受壓。F=60KNM=8KN.m拉應力:(3-4)A為截面面積(3-5)a為上板寬a=384mmc為下板寬c=360mmb為側(cè)板寬b=252mmδ為板厚切應力：(3-6)(3-7)根據(jù)第三強度理論可得強度條件為(3-8)因為梁的選材為Q235，取平安系數(shù)S=2,因此[σ]=117.5MP求出δ=0.00821據(jù)《機械設(shè)計手冊》從強度及其便于加工方面考慮，可知將δ取12mm。3.1.4推進梁的校核壓應力(3-9)切應力(3-10)根據(jù)第三強度理論(3-11)經(jīng)過校核梁是平安的。3.2動臂的設(shè)計計算3.2.1動臂的結(jié)構(gòu)設(shè)計動臂是支撐推進梁以及使推進梁水平豎直移動的主要部件，由于它需要上下擺動因此在兩端需要有銷軸孔，同時動臂也能夠左右擺動，因此要在側(cè)面焊接耳板連接液壓缸使其能夠?qū)崿F(xiàn)相應運動。3.2.2動臂的受載荷情況圖3-3動臂受力圖DO為動臂，O點是動臂與機架的鉸接點，CA與EB為支撐油缸，C點與B點分別是兩個油缸與動臂的鉸接點，D點是動臂與轉(zhuǎn)向架的鉸接點，E點是油缸與轉(zhuǎn)向架的鉸接點。F1：轉(zhuǎn)向架對動臂的力。F2：油缸AC對動臂的力，方向沿AC方向。F3：油缸BE對動臂的力，方向沿BE方向。F4：固定鉸支座對動臂的豎直方向的力。F5：固定鉸支座對動臂的水平方向的力。α:油缸AC與動臂的夾角β:油缸BE與動臂的夾角由平衡方程(3-12)(3-13)(3-14)可計算出F2,F3,F4,F53.2.3動臂的截面尺寸圖3-4動臂截面受力圖截面受力圖如上F=60KN,初定箱型截面的動臂為260*280壓應力(3-15)截面面積(3-16)解得彎曲應力(3-17)處彎曲應力最大總最大壓應力動臂的材料是Q235，最大屈服強度為235MP，平安系數(shù)由《機械設(shè)計手冊》可知取S=2。得由上式計算得出mm，考慮到各種平安因素，例如焊接處強度較弱，載荷為動載荷。因此取δ=10mm。3.2.4動臂的校核現(xiàn)δ=10mm，a=260mm。壓應力彎曲應力最大應力因此動臂符合要求。3.3轉(zhuǎn)向架的設(shè)計計算3.3.1轉(zhuǎn)向架的結(jié)構(gòu)設(shè)計轉(zhuǎn)向架是支撐推進梁以及對推進梁進行角度調(diào)節(jié)的部件。由于它既可以支撐推進梁上下平移，也可以對其進行角度調(diào)整，因此轉(zhuǎn)向架應由兩局部組成，一個是可以支撐推進梁的支架，因為推進梁能在支架上移動，因此上面應該有滑槽來可令推進梁在其上滑動，動力由頂緊油缸提供，支架下面要設(shè)置耳板，由于需要轉(zhuǎn)動，下面應該有凹臺。另一局部是轉(zhuǎn)盤，轉(zhuǎn)盤要支撐支架并且還使支架在其上轉(zhuǎn)動，所以要在上邊設(shè)置一個凸臺，下面要與動臂相連接，要設(shè)置耳板，側(cè)面還與支撐油缸相連也應該設(shè)置耳板。具體結(jié)構(gòu)上面已經(jīng)展示。3.3.2轉(zhuǎn)向架的受載荷情況支架受載荷情況如圖圖3-5支架受力分析圖F1：頂緊油缸對支架的力F2：轉(zhuǎn)盤凸臺對支架凹臺的力F3：調(diào)整油缸對支架的力α:F3與水平線的夾角β:F2與水平線的夾角AB：F2到A點的距離AC：F3到A點的距離由平衡方程可解出F2與F3的大小。最大為31KN，此時為93KN。轉(zhuǎn)盤受力圖如下所示圖3-6轉(zhuǎn)盤受力分析圖F1：調(diào)整油缸對轉(zhuǎn)盤的力F2：支架對轉(zhuǎn)盤的力F3：動臂對支架的力F4：支撐油缸對轉(zhuǎn)盤的力M：動臂對轉(zhuǎn)盤的力F1與水平夾角大小為α，F(xiàn)2與水平夾角為β由平衡方程F1,F2可由上面查出，這樣可以求出F3與F4。求出F3最大為64KN。F4最大為33KN.3.3.3轉(zhuǎn)向架的各局部尺寸支架總長為2674mm，其下面凹臺直徑為544mm，支架板厚18mm，與頂緊油缸連接的耳板厚26mm，與調(diào)整油缸連接的耳板厚16mm，滑道的夾板厚16mm。轉(zhuǎn)盤凸臺厚28mm，與支撐油缸連接的耳板厚26mm，與調(diào)整油缸連接的耳板厚度為26mm，轉(zhuǎn)筒厚度12mm。3.4各連接件的設(shè)計與校核3.4.1連接設(shè)計方案由于多功能鉆機的工作機構(gòu)部件較多，因此需要連接的連接件也比擬多，工作機構(gòu)的高自由度決定著其連接中有大量的轉(zhuǎn)動副。在工程機械中轉(zhuǎn)動副一般都應該選用銷連接，比擬重要的銷連接是應該選用一邊有墊片端蓋和螺栓緊固的方式。具體如下圖：圖3-7銷連接結(jié)構(gòu)圖1這種銷連接不僅有可靠的平安性，而且便于潤滑，摩擦力不是很大，耐勞性比擬強。在小部件連接時，一般會選用銷軸和套筒，緊固時用開口銷進行連接，具體如以下圖所示：圖3-8銷連接結(jié)構(gòu)圖2這種銷連接安裝比擬方便，適用于經(jīng)常拆卸的地方，不過它的承載能力較差，不適合用在受力較大部件之間的連接。還有一種銷連接同樣適合總是拆裝的連接，其承載能力強，而且它的潤滑也很好，適合于關(guān)鍵部位的連接，具體結(jié)構(gòu)圖如下：圖3-9銷連接結(jié)構(gòu)圖33.4.2主要連接件的校核3.4.2.1動臂與導向架連接的校核銷軸抗彎強度的校核(3-18)M：銷在動臂與導向架連接中所受的最大彎矩W：抗彎模量(3-19)為銷的許用彎應力。由于銷軸所用45號鋼鑄造而成，其大小為360MP。銷軸直徑104mm，連接出最大彎矩到達了14KN.m。經(jīng)過計算可的銷軸符合平安要求。銷抗剪強度校核(3-20)Q：當銷軸看成簡支梁時所得出的最大剪力I：銷軸截面的慣性距因為銷所用的為45號鋼，的大小應為125MP，剪力最大為60KN，由上面公式可以算出大小為90MP,小于125MP所以此連接為平安的。耳板的內(nèi)力強度校核圖3-10耳板受力圖耳板所受的拉力在圖上表示為P，它在耳板的銷孔的圓弧上是呈正弦分布的，可以用公式表示為：根據(jù)耳板的平衡條件可以求得即由圖可知耳板所受的力和形狀是對稱的，所以可以推出它的剪力為零，街面上軸力為，是截面上所受的彎矩。根據(jù)平衡條件可以得出是通過平衡方程求不出來的，這是一次超靜定情況，要根據(jù)其變形情況列出以下式子：將以上所求結(jié)果代入令α為，可以得到a-a面的彎矩：由于以上式子代入得這樣可以解出繼續(xù)可以得出由平衡方程，得運用應力公式推出(3-21)K是與截面形狀系數(shù)，矩形截面的系數(shù)為P=60KN，耳板厚度為26mm，由公示求的應力小于符合平安需要。3.4.2.2動臂與機架連接的校核銷軸抗彎強度的校核M：銷在動臂與導向架連接中所受的最大彎矩W：抗彎模量為銷的許用彎應力。由于銷軸是由45號鋼鑄造而成，其大小為360MP。銷軸直徑115mm，連接出最大彎矩到達了16KN.m。經(jīng)過計算可的銷軸符合平安要求。銷抗剪強度校核Q：當銷軸看成簡支梁時所得出的最大剪力I：銷軸截面的慣性距因為銷所用的為45號鋼，的大小應為125MP，剪力最大為70KN，由上面公式可以算出大小為78MP,小于125MP所以此連接為平安的。耳板的內(nèi)力強度校核由上式解出繼續(xù)得出的由平衡方程，得運用應力公式推出K是與截面形狀系數(shù)，矩形截面的系數(shù)為P=70KN，耳板厚度為26mm，由公示求的應力小于符合平安需要。第4章液壓部件設(shè)計計算4.1動力頭推進液壓缸的設(shè)計4.1.1推進裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計動力頭推進液壓缸是推進裝置的動力源，所謂推進裝置是將動力頭在推進梁上平移的裝置，主要是由一個液壓缸，四個滑輪以及鏈條組成。結(jié)構(gòu)圖如下：1-大滑輪2-動力頭3-鏈條4-小滑輪架5-推進液壓缸圖4-1推進裝置示意圖當液壓缸推進時，動力頭在鏈條的拉動下會向左平移，同樣液壓缸回程時，動力頭可以向右平移。這些過程是在鉆桿推進和裝夾鉆桿是同時進行的。推進裝置在運動時，如果液壓油缸的下腔有液壓油通入，這樣壓力油會推動活塞向上運動，通過活塞桿的運動帶動小滑輪架向上移動，鏈條運動的同時，會拖動動力頭向下運動，這樣可以實現(xiàn)進給鉆具或者加壓鉆進。當壓力油從油缸上腔進入時，活塞同時向下運動，這樣會帶動小滑輪架向下運動，與動力頭連接的鏈條會拖動它向上移動，這樣就可以拔出鉆桿或進行加桿。由圖3-1可以知道，由于這是一個滑輪機構(gòu)，當活塞桿運動了L時，實際上動力頭移動了2L。同理活塞的速度是，這時動力頭的移動速度為。4.1.2推進液壓缸的選用根據(jù)參數(shù)要求推進力最大60KN,牽引力最大60KN,推進速度6m/min，快送速度25m/min，沖程長2760mm，可以初步確定選用DG型液壓缸，其內(nèi)部桿件為雙作用單活塞桿，以耳環(huán)式結(jié)構(gòu)進行安裝，主要用于工程機械等車輛用液壓缸。規(guī)格如下圖：圖4-2DG型液壓缸技術(shù)規(guī)格由此表格查的，由于工作壓力為16MP所以應選用缸徑80妹妹，活塞桿45mm，行程為2500mm規(guī)格的液壓缸。4.2推進梁頂緊液壓缸的設(shè)計4.2.1液壓缸的最大載荷計算頂緊液壓缸是為了在鉆機工作時令推進梁頂緊在掌子面上，由于動力頭沖擊力為60KN,因此最大承載力應大于60KN，取平安系數(shù)S為1.2。最大載荷F=72KN.4.2.2液壓缸的選用根據(jù)壓強公式：工作壓強P取16MP直徑：此液壓缸由于主要用于頂緊，主要受到推力所以易選那么單活塞桿類型的液壓缸，類型為工程液壓缸，兩端都用鉸接，由于其軸線可根據(jù)工作需要而擺動，因此多用在工程機械中。結(jié)構(gòu)圖如下：圖4-3單活塞式液壓缸結(jié)構(gòu)示意圖查看《機械設(shè)計手冊》如下圖：圖4-4工程液壓缸技術(shù)規(guī)格由所算數(shù)據(jù)選用缸徑為80mm，活塞桿直徑為45mm，行程1500mm的工程液壓缸。表上顯示數(shù)據(jù)符合設(shè)計要求。4.3支撐液壓缸的設(shè)計4.2.1下支撐液壓缸的行程計算下支撐液壓缸支撐動臂，可以使推進梁上下平移，液壓缸最小位置如下圖：圖4-5最短位置圖此時為動臂的極限位置同時也是下支撐油缸長度最短的位置，，ac=1500mm，ab=509mm。根據(jù)余弦定理：(4-1)可列出式子可以解的bc=1136或1752，有圖形可知，bc=1136mm。當動臂到最大支撐高度時，機構(gòu)位置如下圖：圖4-6最長位置圖根據(jù)余弦定理，列出公式解出動臂在最大高度時支撐油缸bc=1918mm。由以上計算可以確定液壓缸的行程L=1918-1136=782mm。4.2.2下支撐液壓缸的選用由上文所求出的液壓缸所受載荷大小為42KN,查表可得應選用行程800mm，符合782mm的工作需求，并且推力的大小為49.26KN符合工作要求，此油缸缸徑63mm，活塞桿直徑為45mm?；钊麠U材料為45鋼，缸筒選用35號，活塞選用HT150。4.2.3上支撐液壓缸的行程計算上支撐液壓缸是能夠調(diào)節(jié)推進梁垂直或水平的液壓缸，假設(shè)想要求其行程要找到極限位置，液壓缸的最短位置是在動臂水平的位置。具體如下圖：圖4-7最短位置圖ab=1626mm，ac=401mm，。由余弦定理可以列出公式：解得bc=1940或1280。由圖可知，因為為鈍角所以bc=1280mm。另一個極限位置是動臂與水平夾角為時推進梁垂直于水平面向下，這是油缸的最長位置，具體位置如下圖：圖4-8最長位置圖ac=401mm，ab=1626mm，,由余弦定理可推出公式：可以求出cb=1800mm，這樣可知液壓缸的直達長度為1800mm。最終行程L=1800-1280=520mm。4.2.4上支撐液壓缸的選用由于上面求得載荷大小為33KN，為了保證液壓缸的平安工作，應該選擇適宜的液壓缸，查表可的應選用工程油缸缸徑63mm，活塞桿直徑為45mm。活塞桿材料為45鋼，缸筒選用35號，活塞選用HT150，此油缸行程800mm，推力可到達49.88KN,因此滿足要求。4.4調(diào)整液壓缸的設(shè)計4.2.1調(diào)整液壓缸的行程計算調(diào)整液壓缸其作用是令動力頭始終與掌子面垂直的調(diào)整機構(gòu),在推進梁水平時調(diào)整油缸的長度最短，機構(gòu)具體位置如圖：圖4-9最短位置圖ab=332mm，bc=1096mm，,根據(jù)余弦定理可以列出公式：這樣可以解出ac=935或-1166，ac不可能為負值因此ac=935mm。這是油缸的最小尺寸。另一個極限位置是推進梁旋轉(zhuǎn)90度后的位置，此時油缸處于最長的距離，機構(gòu)具體位置如下圖：圖4-10最長位置圖數(shù)據(jù)上面已經(jīng)給出，由余弦定理可以推出公式：解得bc=1326mm，可以知道調(diào)整油缸的最大距離為1326mm。由以上計算可以得出行程L=1326-935=391mm4.2.2調(diào)整液壓缸的選用由上面計算得出調(diào)整油缸最大承受的載荷為31KN,行程為391mm，根據(jù)查表可知，我們要選用缸徑50mm，活塞桿直徑為32mm的工程液壓缸?；钊麠U材料為45鋼，缸筒選用35號，活塞選用HT150，此油缸行程600mm，推力可到達31.42KN,因此滿足要求。第5章總結(jié)與展望5.1結(jié)論此次畢業(yè)設(shè)計主要研究的是多功能鉆機的工作機構(gòu)，根據(jù)多功能鉆機的功能及其工作特點，再經(jīng)過觀察現(xiàn)有的鉆機工作機構(gòu)的結(jié)構(gòu)和功能，分析總結(jié)出可以適用于此次研究的方案結(jié)構(gòu)，然后再考慮它受載荷情況進行受力分析，再對具體結(jié)構(gòu)進行詳細的設(shè)計，對一些標準零部件進行選型如液壓缸、銷軸、螺栓等等。根據(jù)所設(shè)計的尺寸結(jié)構(gòu)繪制SOLIDWORKS三維模型圖，然后通過轉(zhuǎn)化為二維圖進行繪制零件圖及其裝配圖。這次的畢業(yè)設(shè)計從一定的角度來看對我是一種鍛煉，因為之前沒有真正的研究過大型施工機械，而且多功能鉆機也是一種較為先進的工程機械，因此需要了解的原理及其知識就比擬前沿。面對第一次比擬完整的設(shè)計任務(wù)，由于缺乏經(jīng)驗，因此用了很長時間來了解設(shè)計所需要的過程，并且用了一個多月的時間搜集很多文獻然后認真閱讀，來為這次設(shè)計做一些理論準備。經(jīng)過這次設(shè)計令我體會到了許多設(shè)計方法還有理念，這會對我以后的學習和工作中起到一定的推進作用。雖然本次設(shè)計比擬圓滿的完成了，但是我知道自己的設(shè)計中還是有或多或少的漏洞沒有填補?？偟膩碚f本次畢業(yè)也設(shè)計將本科所學到的知識相互結(jié)合與聯(lián)系，運用已經(jīng)學習到的知識來設(shè)計出未知的事物，我想這是學習生涯中一個重要體驗，還是一次能夠便于了解新知識的體驗。5.2研究展望由于本人的水平以及時間有限，本次對多功能鉆機的工作機構(gòu)的研究與設(shè)計還不夠完整與全面。因此本次研究還有很多漏洞與空缺需要填補，希望以后會有改良與完善：1、本次設(shè)計只是對工作機構(gòu)的機械機構(gòu)進行設(shè)計與研究，但是沒有研究到液壓系統(tǒng)方面，液壓系統(tǒng)也是多功能鉆機的關(guān)鍵組成局部之一，是機構(gòu)之間傳動的關(guān)鍵。因此在以后的課題研究中應該要繼續(xù)進行液壓方面的整體研究，通過液壓系統(tǒng)的建立來進行運動仿真，以實現(xiàn)真正地功能。2、本文對結(jié)構(gòu)的受力分析只是在靜力學方面進行分析和研究，并沒有考慮到變應力對結(jié)構(gòu)的疲勞破壞，其中很多的零部件應該進行有限元分析，了解其在變應力的情況下的具體情況，然后對危險件進行優(yōu)化改良，來延長整機的壽命，這樣會提高多功能鉆機的平安性和耐用性。參考文獻[1]王翔.多功能鉆機工作裝置的虛擬樣機設(shè)計[D].中國地質(zhì)大學碩士學位論文,2023.[2]陳鐵林，張頂立.“礦研〞多功能鉆機的特點和應用[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)期刊，2023.[3]石清榮，高保娟，徐新綠.DGZ-180多功能鉆機的研制[J].地質(zhì)裝備期刊，2023.[4]侯慶國，馮少春，王玉吉.DZ-200型多功能鉆機研制及其在淺層地埋管孔施工中的應用[J].探礦工程〔巖土鉆掘工程〕期刊，2023.[5]王賀劍，田宏亮，凡東，劉慶修.GDY-2000L多功能履帶式工程鉆機的研制[J].煤礦工程期，2023[6]駱文學，劉麗花.RPD-150C多功能鉆機在齊岳山隧道中的應用[J].現(xiàn)代隧道技術(shù)期刊，2006.[7]黃振德，王偉平.多功能液壓樁鉆機[J].探礦工程〔巖土鉆掘工程〕期刊，2001.[8]聞邦椿，張義民，鄂中凱，陳良玉，孫治禮，宋錦春，柳洪義，汪凱.機械設(shè)計手冊第五版[M].北京：機械工業(yè)出版社，2023.[9]張青,張端軍.工程起重機結(jié)構(gòu)與設(shè)計[M].北京：化學工業(yè)出版社，2023.[10]汪新軍.方圓SPR650型多功能鉆機[J].工程機械與維修期刊，2005.[11]張培豐.YZ-400型多功能液壓鉆機的研制[J].探礦工程〔巖土鉆掘工程〕期刊，2002.[12]顧家?guī)?回轉(zhuǎn)支承材料及力學性能研究[D].合肥工業(yè)大學碩士論文，2023.[13]關(guān)元清，劉璐，郝瓊，汪明明，黃魯.回轉(zhuǎn)支承滾道承載能力的影響因素[J].建筑機械期刊，2023.[14]王忠元，藤儒民，王鑫，李靖.隨車起重機回轉(zhuǎn)支承優(yōu)化設(shè)計[J].起重運輸機械期刊，2023.致謝經(jīng)過一個學期的艱苦耕耘，終于得以將此次畢論文大體完成。在此，我首先要特別感謝我的指導老師汪西應老師。由于我們所設(shè)計的多功能鉆機是自己之前所不曾了解過的，因此在畢業(yè)設(shè)計期間遇到了很多問題，但是汪老師都會很耐心的幫我解答，有些問題當時不能解決的，老師會幫助我們查相關(guān)的資料，并且?guī)胰⒂^實物，讓我對多功能鉆機有了更直觀的認識。正是因為兩位老師精心的指導和無私的幫助以及細心耐心的教誨我才能順利完成畢業(yè)設(shè)計。通過這次畢業(yè)設(shè)計，我從陳老師那里不僅學到了豐富的知識，而且學會了獨立思考的能力。我還要特別感謝指導和幫助過我的老師、同學和朋友們，因為他們在我做畢業(yè)設(shè)計過程中給我很大的鼓舞。附錄外文翻譯6.維護6.1前言進行任何維修工作之前，操作者必須：1.停止引擎。2.拆下點火鑰匙。3.在移動控制面板上放置“正在維護，請勿啟動〞的通知。根據(jù)所要進行的工作，維修技師必須：1.斷開電池將切斷開關(guān)D8轉(zhuǎn)到B。2.通過翻開夾緊殼下方的相對閥，將蓄電池電路鉗排出壓力。3.通過設(shè)置夾緊殼下方的相對壓力從卡盤蓄能器排出壓力。4.效勞的機器只有經(jīng)過足夠的時間才能確保機器的所有受到高溫的部件冷卻。?當對存在彈性件的機器部件〔如彈簧〕進行維修時，它可能會積累動能，因有必要對其進行隔離或耗散。重要！在某些情況下，維修人員可能需要評估或進行故障檢修同時發(fā)動機正在運行，而器的局部構(gòu)件正在運動，甚至在進行鉆孔作業(yè)。在這種情況下，必須作出明確的指示，以確保：1.員在機器控制和維修技術(shù)人員能夠看到對方，以促進明確的信號；2.根據(jù)維修技師的指示行事；3.何機器部件被設(shè)置為運動之前，維修技師應在平安區(qū)域內(nèi)進行保護，只有在確保指令已被操作者接收并完全理解時才接近正在移動的部件。4.護工作中有足夠的照明。?如果需要加滿油，必須使用具有相同特性的油。否那么必須進行完全換油。重要！在機器上進行維修時使用適宜的手套。6.2常規(guī)機器維修柴油機維修本手冊只包括柴油發(fā)動機的主要維護任務(wù)。有關(guān)維護任務(wù)的完整列表，請參見柴油機的附加說明書。維修清單頁數(shù)A不定期維護A1專項檢查鋼絲繩6-5A2加油和清洗油箱6-5A3清洗/洗滌機器6-6A4檢查卡盤操作效率6-7B每10小時6-8B1機器的一般檢查6-8B2鋼絲繩檢查6-8B3干/油浴式空氣濾清器濾芯的檢查〔可選〕6-9B4柴油發(fā)動機機油油位的檢查6-10B5冷卻液液位的檢查6-10B6液壓油液位的檢查6-10B7指示燈和儀表的檢驗6-11B8傳動鏈的檢查6-11C每50小時6-12C1潤滑6-12C2軟管緊調(diào)整6-13C3鋼絲繩維護6-14C4履帶減速器油位的檢查6-14C5絞車減速器油位的檢查6-15C6第一液壓油濾清器的更換6-15C7液壓油散熱器、發(fā)動機液體冷卻器6-16C8鏈張緊和小車發(fā)揮的調(diào)節(jié)6-17C9鏈條的潤滑6-19C10調(diào)換組、制動器和減速器的油位檢查6-20D每100小時6-21D1氣密性檢查螺母和螺栓6-21D2電池檢測6-21E每250小時6-22E1第一履帶減速齒輪油的更換6-22E2第一絞車減速器換油6-23E3履帶張力檢測6-24E4液壓油濾清器更換6-24E5機器的一般檢查6-25E6第一頭翻譯減速機油位檢查6-26F每500小時6-28F1柴油發(fā)動機機油濾清器更換6-28F2柴油機油的更換6-28F3履帶檢查冷卻系統(tǒng)的清洗6-28F4燃油粗濾器的清洗6-29這些操作都要進行一次。這些操作都是一次進行，或任何局部被取代。如果過濾器有一個指示器或視覺指示器有顯示，說明有元件被堵塞。換間隔被要求唯一原那么。首先進行維護操作被要求在工間休息之前。A.不定期維護A1.專項檢查鋼絲繩?在可能造成損害的工作和無論什么時候效勞后拆卸之后，剛繩絲必須經(jīng)過檢查。?當起重設(shè)備未長時間使用時，鋼絲繩使用前必須仔細檢查。A2.加油和清洗油箱?加油前，清潔填料杯，如果現(xiàn)在的沒有濾網(wǎng)，在加油口里裝入一個。重要！我們建議不一直滿箱，以至于燃料膨脹而溢出。如果機器的工作溫度低于0°C，最好使用特殊的燃料，不造成油沉淀。?定期通過移走排水塞清空油箱來沖洗污泥和凝結(jié)物。重要！被污染的柴油燃料受環(huán)境保護法所控制。A3.清洗/洗滌機器?操作員負責確保機器不受污染物質(zhì)如碎屑、石油、水泥等的污染。?機器應在工作結(jié)束時進行清洗。此操作必須在機器處于停頓狀態(tài)，在穩(wěn)定狀態(tài)下進行，并在必要時由助手協(xié)助執(zhí)行。?特別重要的是，防止建筑物的水泥和碎片在運動部件上，例如：頭車擺頭補料旋轉(zhuǎn)應用裝置-液壓鉆機-心軸平頭鏈夾緊振蕩器桿鉸接節(jié)點桿電池–工具鉆A4檢查卡盤操作效率警告！卡盤的故障可能對個人或機器有害。?卡盤操作應至少每20小時檢查一次，在任何情況下，在鉆孔過程中注意桿的滑動〔旋轉(zhuǎn)-推力-拔出〕。?檢查應按以下方式進行：在移動結(jié)束時，將桿組靠近地面，關(guān)閉夾頭和停止機器。下次機器啟動時：-不要啟動水平鎖合的卡盤；-鎖桿卡箍；-當你開始旋轉(zhuǎn)，檢查桿仍然鎖定在卡盤上，確保桿不滑。如果檢查沒有一個良好的結(jié)果，您將需要檢查卡盤液壓系統(tǒng)〔氣缸-閥-液壓管-蓄能器〕的運行和顎磨損程度。?直到故障原因被解決之前，不要重新開始工作。?如果必要，聯(lián)系CasagrandeS.p.A。B-每10個小時B1.機器的一般檢查檢查以下組件的情況和功能：軟管，配件，液壓密封件〔減速器，液壓缸，泵，方向控制閥等〕螺母，螺栓和防護；鉆井設(shè)備〔刀具、鉆桿等〕；鏈關(guān)節(jié)一般磨損，桿的運動和平頭鏈。發(fā)動機密封性〔泄漏的目視檢查〕。B2.鋼絲繩檢查?鋼絲繩的所有可見局部必須每天檢查以覺察一般的劣化和變形。特別注意繩子連接在設(shè)備上的點。?繩索的情況下所有可感知或疑心的變化必須得到正式的記錄，并由合格的人對繩索狀況進行檢查。定期檢查必須由合格人員進行。要確定這些檢查的頻率，請考慮以下內(nèi)容：—與使用有關(guān)的使用國生效的法律條文；－設(shè)備的類型和操作場所的環(huán)境條件；—設(shè)備的分類類別；—以前檢查的結(jié)果；—繩子已經(jīng)服役的時間。?更換鋼絲繩的決定必須基于斷絲的數(shù)量和位置，整體磨損程度和腐蝕的外貌和程度。在以下情況下，繩子也必須換新：-當在任何點的繩子整體直徑小于直徑為新的10%。-當一條鏈完全斷裂，或如果它遭受損壞，如任何點的有效截面減少到了40%；當繩子表現(xiàn)出由機械應力所造成的出沖擊損壞，扭曲或永久變形的跡象，例如，如果繩子已附著在活邊；?如果繩芯是可見的，即使在單點；?當一股或多股股線松弛和凸起時，即使繩子拉緊。?關(guān)于繩索檢查和更換的標準的更多信息，請