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Abstract
Piling machine, machine, equipment and system, collectively referred to as "piling equipment", the main task of driving power device is the fuel chemical energy into heat energy, mechanical energy to piling machine to produce thrust ensure piling machine work and providing total body energy consumption of all machinery and equipment, and to achieve energy transformation and distribution, in order to ensure the normal work of the piling machine. In short, piling equipment is required for energy generation, transmission and consumption of all power machine, organic complex machinery equipment and systems, are piling machine heart and arteries. Mainly used to control the lifting mechanism, support mechanism, slewing mechanism etc.. Determine the composition and main parameters of the design of driving power device, operation mode, the overall selection of the shape and stability have been introduced and summarized. According to the technical index of piling equipment and some related parameters of the design of the system, the function and working principle are analyzed preliminarily determines the basic structure and main components of the power device. Component selection is carried out in accordance with the power device performance parameters, structure frame of power device are designed and calculated and checked for the relevant part, finally through the system performance checking and verification of the fever, meet the requirements of the piling machine.
Keywords: piling machine power device bracket
目 錄
摘要 1
Abstract 2
第一章 緒 論 3
1.1 概述 3
1.2 打樁機(jī)的發(fā)展背景 3
1.3 打樁機(jī)的定義及工作原理 3
1.4 打樁機(jī)的種類 5
1.5 打樁機(jī)設(shè)計(jì)的目的及意義 6
1.6 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 6
第二章 總體方案設(shè)計(jì) 8
2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 8
2.2 打樁機(jī)的主要性能和參數(shù) 9
2.3 打樁機(jī)的特點(diǎn) 9
2.4 打樁機(jī)三維建模 9
第三章 打樁機(jī)支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
3.1 打樁機(jī)電機(jī)支架的設(shè)計(jì) 11
第四章 打樁機(jī)動(dòng)力裝置動(dòng)力輸出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
4.1 電機(jī)的選型 12
4.1 減速器的設(shè)計(jì) 13
第五章 打樁機(jī)動(dòng)力裝置油箱裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
5.1 液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
5.2 頂蓋 27
5.3 液面指示 27
5.4 液壓油箱的加熱與冷卻 27
第六章 輔助元件 29
6.1 管道 29
6.2 管接頭 29
6.3 密封件 29
6.4 濾油器 29
6.5 空氣濾清器 29
結(jié) 論 31
致 謝 32
參考文獻(xiàn) 33
打樁機(jī)動(dòng)力裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘 要
打樁機(jī)的機(jī)械，機(jī)器，設(shè)備和系統(tǒng)等統(tǒng)稱為“打樁機(jī)動(dòng)力裝置”，打樁機(jī)動(dòng)力裝置的主要任務(wù)是將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，機(jī)械能使打樁機(jī)產(chǎn)生推進(jìn)力保證打樁機(jī)工作和提供能量消費(fèi)的全部機(jī)械設(shè)備的總合體，并實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化和分配，以保證打樁機(jī)正常工作?？傊驑稒C(jī)動(dòng)力裝置是所需能量產(chǎn)生，傳遞及消耗的全部動(dòng)力機(jī)器，機(jī)械設(shè)備和系統(tǒng)的有機(jī)綜合體，是打樁機(jī)的心臟和動(dòng)脈。主要用來控制起升機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等。本設(shè)計(jì)打樁機(jī)動(dòng)力裝置的組成及主要參數(shù)的確定，運(yùn)行方式、總體選形及穩(wěn)定性做了一定的介紹與總結(jié)。根據(jù)打樁機(jī)動(dòng)力裝置的技術(shù)指標(biāo)及一些相關(guān)參數(shù)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，對(duì)其功能和工作原理進(jìn)行分析初步確定了動(dòng)力裝置的基本結(jié)構(gòu)及主要元件。按照動(dòng)力裝置性能參數(shù)進(jìn)行元件的選擇計(jì)算，對(duì)動(dòng)力裝置的支架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)并對(duì)相關(guān)部分進(jìn)行驗(yàn)算和校核，最后通過對(duì)系統(tǒng)性能的驗(yàn)算和發(fā)熱校核，滿足了該打樁機(jī)所要達(dá)到的要求。
關(guān)鍵字: 打樁機(jī) 動(dòng)力裝置 支架
Abstract
Piling machine, machine, equipment and system, collectively referred to as "piling equipment", the main task of driving power device is the fuel chemical energy into heat energy, mechanical energy to piling machine to produce thrust ensure piling machine work and providing total body energy consumption of all machinery and equipment, and to achieve energy transformation and distribution, in order to ensure the normal work of the piling machine. In short, piling equipment is required for energy generation, transmission and consumption of all power machine, organic complex machinery equipment and systems, are piling machine heart and arteries. Mainly used to control the lifting mechanism, support mechanism, slewing mechanism etc.. Determine the composition and main parameters of the design of driving power device, operation mode, the overall selection of the shape and stability have been introduced and summarized. According to the technical index of piling equipment and some related parameters of the design of the system, the function and working principle are analyzed preliminarily determines the basic structure and main components of the power device. Component selection is carried out in accordance with the power device performance parameters, structure frame of power device are designed and calculated and checked for the relevant part, finally through the system performance checking and verification of the fever meet the requirements of the piling machine.
Keywords: piling machine power device bracket
第一章 緒論
1.1 概述
本設(shè)計(jì)介紹了一種柴油打樁機(jī)動(dòng)力裝置的工作原理及組成結(jié)構(gòu)，闡述了該種打樁機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，給出了動(dòng)力裝置的工作原理圖及主要零件的結(jié)構(gòu)圖，并且介紹柴油打樁機(jī)動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)過程及主要部分的計(jì)算。打樁機(jī)的動(dòng)力裝置的主要功能就是完成打樁施工。滑軌式柴油打樁機(jī)正是能夠完成各種要求的打樁機(jī)。打樁機(jī)動(dòng)力裝置共有四大部分組成：滑軌、樁架、柴油樁錘、控制系統(tǒng)[1]。本設(shè)計(jì)說明書主要介紹了柴油打樁機(jī)動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)過程、計(jì)算、各部件的強(qiáng)度校核。
為實(shí)現(xiàn)打樁機(jī)組裝和拆卸的方便，其樁架本身是由槽鋼和角鋼等型材用螺栓連接而成，為了使它移動(dòng)方便采用了由槽鋼和枕木組成的簡(jiǎn)單滑軌機(jī)構(gòu)，防止整機(jī)在移動(dòng)時(shí)傾覆，設(shè)計(jì)了兩個(gè)夾緊液壓缸可以實(shí)現(xiàn)整機(jī)在導(dǎo)軌上的自動(dòng)夾緊與松開。另外為了實(shí)現(xiàn)不同高度的打樁要求，本打樁機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樁錘和打樁機(jī)滑架的任意調(diào)整。
1.2 打樁機(jī)的發(fā)展背景
近年來,隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的逐步增強(qiáng),國(guó)內(nèi)各大城市的高層建筑、立交橋、海港碼頭、鐵路公路橋梁等基本建設(shè)項(xiàng)目急劇猛增, 建筑業(yè)迅速發(fā)展，大口徑基礎(chǔ)樁工程得到廣泛應(yīng)用。工業(yè)與民用建筑大量采用樁基礎(chǔ)，打樁施工越來越普遍，樁機(jī)的發(fā)展越來越快，廣泛使用與城市建筑的各種樁基礎(chǔ)工程、深基坑支護(hù)工程以及防洪工程中的防滲壩工程等各類工業(yè)與民用建筑施工[2]。由于現(xiàn)代化的高層建筑、大型橋梁和港口碼頭等結(jié)構(gòu)復(fù)雜,負(fù)荷十分巨大,對(duì)基礎(chǔ)的承載能力和防止沉陷方面的要求較高。根據(jù)建設(shè)部門的資料,對(duì)高層建筑基礎(chǔ)的處理,通常是采用箱式、地下連續(xù)墻、樁等形式作為基礎(chǔ)。
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書
題 目：打樁機(jī)動(dòng)力裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
專 業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
學(xué) 號(hào)： 2010963126
姓 名： 王林峰
指導(dǎo)教師： 吳繼春
完成日期： 2014年5月29日
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）任務(wù)書
論文（設(shè)計(jì)）題目：打樁機(jī)動(dòng)力裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
學(xué)號(hào)：2010963126 姓名：王林峰 專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
指導(dǎo)教師： 吳繼春 系主任： 劉柏希
一、主要內(nèi)容及基本要求
介紹一種打樁機(jī)動(dòng)力裝置的工作原理及組成結(jié)構(gòu)，闡述該種打樁機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，給出了動(dòng)力裝置的工作原理圖及主要零件的結(jié)構(gòu)圖，并且介紹柴油打樁機(jī)動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)過程及主要部分的計(jì)算。了解打樁機(jī)在施工中的作用性及其意義,介紹打樁機(jī)動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)過程、計(jì)算、各部件的強(qiáng)度校核。
設(shè)計(jì)要求：
1）打樁機(jī)動(dòng)力裝置要滿足打樁機(jī)所需的功率；
2）打樁機(jī)動(dòng)力裝置的電動(dòng)機(jī)選擇符合工程需要；
3）打樁機(jī)動(dòng)力裝置的電機(jī)支架要求有一定的強(qiáng)度抗壓；
4）打樁機(jī)動(dòng)力裝置的油箱滿足樁錘及手臂的動(dòng)力需要。
具體要求：
1）采用Solidworks進(jìn)行三維實(shí)體建模和裝配；
2）形成若干A0-A4工程圖圖紙；
3）字?jǐn)?shù)8000字左右的設(shè)計(jì)報(bào)告。
二、重點(diǎn)
打樁機(jī)動(dòng)力裝置的油箱尺寸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；支架材料的選擇；電機(jī)的選擇；減速器的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)；各種輔助原件的配合應(yīng)用。
三、進(jìn)度安排
序號(hào)
各階段完成的內(nèi)容
完成時(shí)間
1
查閱資料、調(diào)研
2013年12月
2
開題報(bào)告、制訂設(shè)計(jì)方案
2014年2月
3
結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2014年2月
4
三維建模
2014年3月
5
寫出初稿
2014年4月
6
修改，寫出第二稿
2014年5月
7
寫出正式稿
2014年5月
8
答辯
2014年5月
四、應(yīng)收集的資料及主要參考文獻(xiàn)
[1]楊培元，朱福元.液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)簡(jiǎn)明手冊(cè)[M].北京：機(jī)械工業(yè)出版社，1999.
[2]劉新德.袖珍液壓氣動(dòng)手冊(cè)[M].北京:機(jī)械工業(yè)出版社,2004.
[3]嚴(yán)金申,張培生.液壓傳動(dòng)[M].北京:國(guó)防工業(yè)出版社,1979.
[4]成大先.機(jī)械設(shè)計(jì)圖冊(cè)[M].北京:化學(xué)工業(yè)出版社,2004.
[5]王勝.新型液壓打樁錘機(jī)電一體化設(shè)計(jì)與控制[D].西安建筑科技大學(xué),2005.
[6] 鄧長(zhǎng)峰.多功能打樁機(jī).中國(guó)專利：200610070513.5，2007-05-09.
[7]王更新.日本SEV-40型低空間打樁機(jī)[J].建筑機(jī)械，1997，（03）.
[8]羅忠輝.PLC在低空間落錘式打樁機(jī)上的應(yīng)用[J].機(jī)床電器2002，(02).
[9]吳宗澤.羅圣國(guó).機(jī)械設(shè)計(jì)課程設(shè)計(jì)手冊(cè)[M].北京:高等教育出版社,1999.
[10]王永華.現(xiàn)代電氣控制及PLC應(yīng)用技術(shù).北京:北京航空航天大學(xué)出版社,2007.
[11]楊東洲.柴油打樁機(jī)[J].建筑機(jī)械化，1995，（01）.
[12] 劉古岷.樁工機(jī)械.北京：機(jī)械工業(yè)出版社，2001，（04）.
[13] 程志紅.機(jī)械設(shè)計(jì)課程上機(jī)與設(shè)計(jì).南京：東南大學(xué)出版社，2006.10.
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）評(píng)閱表
學(xué)號(hào) 2010963126 姓名 王林峰 專業(yè) 機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）題目：打樁機(jī)動(dòng)力裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
評(píng)價(jià)項(xiàng)目
評(píng) 價(jià) 內(nèi) 容
選題
1.是否符合培養(yǎng)目標(biāo)，體現(xiàn)學(xué)科、專業(yè)特點(diǎn)和教學(xué)計(jì)劃的基本要求，達(dá)到綜合訓(xùn)練的目的；
2.難度、份量是否適當(dāng)；
3.是否與生產(chǎn)、科研、社會(huì)等實(shí)際相結(jié)合。
能力
1.是否有查閱文獻(xiàn)、綜合歸納資料的能力；
2.是否有綜合運(yùn)用知識(shí)的能力；
3.是否具備研究方案的設(shè)計(jì)能力、研究方法和手段的運(yùn)用能力；
4.是否具備一定的外文與計(jì)算機(jī)應(yīng)用能力；
5.工科是否有經(jīng)濟(jì)分析能力。
論文
（設(shè)計(jì)）質(zhì)量
1.立論是否正確，論述是否充分，結(jié)構(gòu)是否嚴(yán)謹(jǐn)合理；實(shí)驗(yàn)是否正確，設(shè)計(jì)、計(jì)算、分析處理是否科學(xué)；技術(shù)用語(yǔ)是否準(zhǔn)確，符號(hào)是否統(tǒng)一，圖表圖紙是否完備、整潔、正確，引文是否規(guī)范；
2.文字是否通順，有無觀點(diǎn)提煉，綜合概括能力如何；
3.有無理論價(jià)值或?qū)嶋H應(yīng)用價(jià)值，有無創(chuàng)新之處。
綜
合
評(píng)
價(jià)
王林峰同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)為打樁機(jī)動(dòng)力裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，論文選題符合培養(yǎng)目標(biāo)要求，能體現(xiàn)學(xué)科專業(yè)特點(diǎn)，達(dá)到了綜合訓(xùn)練的目的。該生具有較強(qiáng)的文獻(xiàn)查閱、資料綜合歸納整理的能力，能在設(shè)計(jì)工作中較熟練運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，畢業(yè)設(shè)計(jì)技術(shù)方案可行，工作量適當(dāng)，設(shè)計(jì)思路較清晰，研究?jī)?nèi)容具有一定的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，論文質(zhì)量中等，同意參加答辯。
評(píng)閱人：
年 月 日
湘潭大學(xué)興湘學(xué)院
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)）鑒定意見
學(xué)號(hào)：2010963126姓名：王林峰專業(yè)：機(jī)械設(shè)計(jì)制造及其自動(dòng)化
畢業(yè)論文（設(shè)計(jì)說明書） 33 頁(yè) 圖 表 7 張
論文（設(shè)計(jì)）題目：打樁機(jī)動(dòng)力裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
內(nèi)容提要：
本設(shè)計(jì)打樁機(jī)動(dòng)力裝置的組成及主要參數(shù)的確定，運(yùn)行方式、總體選形及穩(wěn)定性
做了一定的介紹與總結(jié)。根據(jù)打樁機(jī)動(dòng)力裝置的技術(shù)指標(biāo)及一些相關(guān)參數(shù)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)
行了方案設(shè)計(jì)，對(duì)其功能和工作原理進(jìn)行分析初步確定了動(dòng)力裝置的基本結(jié)構(gòu)及主要
元件。按照動(dòng)力裝置性能參數(shù)進(jìn)行元件的選擇計(jì)算，對(duì)動(dòng)力裝置的支架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)
計(jì)并對(duì)相關(guān)部分進(jìn)行驗(yàn)算和校核，最后通過對(duì)系統(tǒng)性能的驗(yàn)算和發(fā)熱校核，滿足了該
打樁機(jī)所要達(dá)到的要求。并通過三維建模及二維工程圖,詳細(xì)細(xì)致的介紹本動(dòng)力裝置各
零部件之間的運(yùn)行情況、尺寸配合及其作用。還通過油箱的設(shè)計(jì)確定了油箱的尺寸大
小，為液壓動(dòng)力的傳動(dòng)提供了合適的方案，使得打樁機(jī)能完成指定的動(dòng)作。還進(jìn)行了
電動(dòng)機(jī)的選擇以及對(duì)工程需要的功率做了一定的設(shè)計(jì)計(jì)算。還做了電動(dòng)機(jī)輸出裝置的
設(shè)計(jì)計(jì)算，如行星齒輪減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算說明，規(guī)范了對(duì)打樁機(jī)各個(gè)部分對(duì)動(dòng)力輸出
所需的值，極大的提升了本裝置的效能，使打樁機(jī)整體的工作性能得到了很好的提升
查閱了大量的國(guó)內(nèi)外資料對(duì)打樁機(jī)的發(fā)展情況有了全面的認(rèn)識(shí)，特別是對(duì)打樁機(jī)動(dòng)力
裝置這一部分的認(rèn)識(shí)。
指導(dǎo)教師評(píng)語(yǔ)
王林峰同學(xué)的畢業(yè)設(shè)計(jì)題目是打樁機(jī)動(dòng)力裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)原理基本正確，結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)合理，圖紙完成質(zhì)量中等。畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書條理較清楚、計(jì)算基本正確，文字基本流暢。整個(gè)畢業(yè)設(shè)計(jì)工作量和難度適中，圖表完整，經(jīng)常與指導(dǎo)老師討論，對(duì)待論文的態(tài)度認(rèn)真負(fù)責(zé)。
同意其參加答辯，建議成績(jī)?cè)u(píng)定為:
指導(dǎo)教師：
年 月 日
答辯簡(jiǎn)要情況及評(píng)語(yǔ)
答辯小組組長(zhǎng)：
年 月 日
答辯委員會(huì)意見
答辯委員會(huì)主任：
年 月 日
Abstract
Piling machine, machine, equipment and system, collectively referred to as "piling equipment", the main task of driving power device is the fuel chemical energy into heat energy, mechanical energy to piling machine to produce thrust ensure piling machine work and providing total body energy consumption of all machinery and equipment, and to achieve energy transformation and distribution, in order to ensure the normal work of the piling machine. In short, piling equipment is required for energy generation, transmission and consumption of all power machine, organic complex machinery equipment and systems, are piling machine heart and arteries. Mainly used to control the lifting mechanism, support mechanism, slewing mechanism etc.. Determine the composition and main parameters of the design of driving power device, operation mode, the overall selection of the shape and stability have been introduced and summarized. According to the technical index of piling equipment and some related parameters of the design of the system, the function and working principle are analyzed preliminarily determines the basic structure and main components of the power device. Component selection is carried out in accordance with the power device performance parameters, structure frame of power device are designed and calculated and checked for the relevant part, finally through the system performance checking and verification of the fever, meet the requirements of the piling machine.
Keywords: piling machine power device bracket
目 錄
摘要 1
Abstract 2
第一章 緒 論 3
1.1 概述 3
1.2 打樁機(jī)的發(fā)展背景 3
1.3 打樁機(jī)的定義及工作原理 3
1.4 打樁機(jī)的種類 5
1.5 打樁機(jī)設(shè)計(jì)的目的及意義 6
1.6 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì) 6
第二章 總體方案設(shè)計(jì) 8
2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容 8
2.2 打樁機(jī)的主要性能和參數(shù) 9
2.3 打樁機(jī)的特點(diǎn) 9
2.4 打樁機(jī)三維建模 9
第三章 打樁機(jī)支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 11
3.1 打樁機(jī)電機(jī)支架的設(shè)計(jì) 11
第四章 打樁機(jī)動(dòng)力裝置動(dòng)力輸出結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 12
4.1 電機(jī)的選型 12
4.1 減速器的設(shè)計(jì) 13
第五章 打樁機(jī)動(dòng)力裝置油箱裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
5.1 液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 27
5.2 頂蓋 27
5.3 液面指示 27
5.4 液壓油箱的加熱與冷卻 27
第六章 輔助元件 29
6.1 管道 29
6.2 管接頭 29
6.3 密封件 29
6.4 濾油器 29
6.5 空氣濾清器 29
結(jié) 論 31
致 謝 32
參考文獻(xiàn) 33
打樁機(jī)動(dòng)力裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
摘 要
打樁機(jī)的機(jī)械，機(jī)器，設(shè)備和系統(tǒng)等統(tǒng)稱為“打樁機(jī)動(dòng)力裝置”，打樁機(jī)動(dòng)力裝置的主要任務(wù)是將燃料化學(xué)能轉(zhuǎn)化為熱能，機(jī)械能使打樁機(jī)產(chǎn)生推進(jìn)力保證打樁機(jī)工作和提供能量消費(fèi)的全部機(jī)械設(shè)備的總合體，并實(shí)現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化和分配，以保證打樁機(jī)正常工作。總之，打樁機(jī)動(dòng)力裝置是所需能量產(chǎn)生，傳遞及消耗的全部動(dòng)力機(jī)器，機(jī)械設(shè)備和系統(tǒng)的有機(jī)綜合體，是打樁機(jī)的心臟和動(dòng)脈。主要用來控制起升機(jī)構(gòu)、支撐機(jī)構(gòu)、回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)等。本設(shè)計(jì)打樁機(jī)動(dòng)力裝置的組成及主要參數(shù)的確定，運(yùn)行方式、總體選形及穩(wěn)定性做了一定的介紹與總結(jié)。根據(jù)打樁機(jī)動(dòng)力裝置的技術(shù)指標(biāo)及一些相關(guān)參數(shù)對(duì)該系統(tǒng)進(jìn)行了方案設(shè)計(jì)，對(duì)其功能和工作原理進(jìn)行分析初步確定了動(dòng)力裝置的基本結(jié)構(gòu)及主要元件。按照動(dòng)力裝置性能參數(shù)進(jìn)行元件的選擇計(jì)算，對(duì)動(dòng)力裝置的支架的結(jié)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)并對(duì)相關(guān)部分進(jìn)行驗(yàn)算和校核，最后通過對(duì)系統(tǒng)性能的驗(yàn)算和發(fā)熱校核，滿足了該打樁機(jī)所要達(dá)到的要求。
關(guān)鍵字: 打樁機(jī) 動(dòng)力裝置 支架
Abstract
Piling machine, machine, equipment and system, collectively referred to as "piling equipment", the main task of driving power device is the fuel chemical energy into heat energy, mechanical energy to piling machine to produce thrust ensure piling machine work and providing total body energy consumption of all machinery and equipment, and to achieve energy transformation and distribution, in order to ensure the normal work of the piling machine. In short, piling equipment is required for energy generation, transmission and consumption of all power machine, organic complex machinery equipment and systems, are piling machine heart and arteries. Mainly used to control the lifting mechanism, support mechanism, slewing mechanism etc.. Determine the composition and main parameters of the design of driving power device, operation mode, the overall selection of the shape and stability have been introduced and summarized. According to the technical index of piling equipment and some related parameters of the design of the system, the function and working principle are analyzed preliminarily determines the basic structure and main components of the power device. Component selection is carried out in accordance with the power device performance parameters, structure frame of power device are designed and calculated and checked for the relevant part, finally through the system performance checking and verification of the fever meet the requirements of the piling machine.
Keywords: piling machine power device bracket
第一章 緒論
1.1 概述
本設(shè)計(jì)介紹了一種柴油打樁機(jī)動(dòng)力裝置的工作原理及組成結(jié)構(gòu)，闡述了該種打樁機(jī)的設(shè)計(jì)要點(diǎn)，給出了動(dòng)力裝置的工作原理圖及主要零件的結(jié)構(gòu)圖，并且介紹柴油打樁機(jī)動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)過程及主要部分的計(jì)算。打樁機(jī)的動(dòng)力裝置的主要功能就是完成打樁施工?；壥讲裼痛驑稒C(jī)正是能夠完成各種要求的打樁機(jī)。打樁機(jī)動(dòng)力裝置共有四大部分組成：滑軌、樁架、柴油樁錘、控制系統(tǒng)[1]。本設(shè)計(jì)說明書主要介紹了柴油打樁機(jī)動(dòng)力裝置的設(shè)計(jì)過程、計(jì)算、各部件的強(qiáng)度校核。
為實(shí)現(xiàn)打樁機(jī)組裝和拆卸的方便，其樁架本身是由槽鋼和角鋼等型材用螺栓連接而成，為了使它移動(dòng)方便采用了由槽鋼和枕木組成的簡(jiǎn)單滑軌機(jī)構(gòu)，防止整機(jī)在移動(dòng)時(shí)傾覆，設(shè)計(jì)了兩個(gè)夾緊液壓缸可以實(shí)現(xiàn)整機(jī)在導(dǎo)軌上的自動(dòng)夾緊與松開。另外為了實(shí)現(xiàn)不同高度的打樁要求，本打樁機(jī)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)樁錘和打樁機(jī)滑架的任意調(diào)整。
1.2 打樁機(jī)的發(fā)展背景
近年來,隨著我國(guó)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的逐步增強(qiáng),國(guó)內(nèi)各大城市的高層建筑、立交橋、海港碼頭、鐵路公路橋梁等基本建設(shè)項(xiàng)目急劇猛增, 建筑業(yè)迅速發(fā)展，大口徑基礎(chǔ)樁工程得到廣泛應(yīng)用。工業(yè)與民用建筑大量采用樁基礎(chǔ)，打樁施工越來越普遍，樁機(jī)的發(fā)展越來越快，廣泛使用與城市建筑的各種樁基礎(chǔ)工程、深基坑支護(hù)工程以及防洪工程中的防滲壩工程等各類工業(yè)與民用建筑施工[2]。由于現(xiàn)代化的高層建筑、大型橋梁和港口碼頭等結(jié)構(gòu)復(fù)雜,負(fù)荷十分巨大,對(duì)基礎(chǔ)的承載能力和防止沉陷方面的要求較高。根據(jù)建設(shè)部門的資料,對(duì)高層建筑基礎(chǔ)的處理,通常是采用箱式、地下連續(xù)墻、樁等形式作為基礎(chǔ)。
1.3 打樁機(jī)的定義及工作原理
打樁機(jī)是利用沖擊力將樁貫入地層的樁工機(jī)械。由樁錘、樁架及附屬設(shè)備等組成。具有貫入力強(qiáng)，噪聲小，沉樁質(zhì)量好，使用方便，適用于各種不同的工作環(huán)境，操作容易，機(jī)動(dòng)性高，可水下作業(yè)，同時(shí)設(shè)備還具有廣闊的推廣應(yīng)用前景、節(jié)約投資、施工速度快、防護(hù)效果好等優(yōu)點(diǎn)，具有較好的社會(huì)效益和經(jīng)濟(jì)效益[3]。
樁錘依附在樁架前部?jī)筛叫械呢Q直導(dǎo)桿（俗稱龍門）之間，用提升吊鉤吊升。樁架為一鋼結(jié)構(gòu)塔架,在其后部設(shè)有卷?yè)P(yáng)機(jī),用以起吊樁和樁錘[4]。樁架前面有兩根導(dǎo)桿組成的導(dǎo)向架，用以控制打樁方向，使樁按照設(shè)計(jì)方位準(zhǔn)確地貫入地層。塔架和導(dǎo)向架可以一起偏斜，用以打斜樁。導(dǎo)向架還能沿塔架向下引伸，用以沿堤岸或碼頭打水下樁。樁架能轉(zhuǎn)動(dòng)，也能移行。打樁機(jī)的基本技術(shù)參數(shù)是沖擊部分重量、沖擊動(dòng)能和沖擊頻率。樁錘按運(yùn)動(dòng)的動(dòng)力來源可分為落錘、汽錘、柴油錘、液壓錘等。
樁是豎向(或微斜)埋入地層中而向底層巖土深處傳遞載荷的一種受力桿件,鉆孔灌注樁則是按成樁方法分類而定義的一種樁型。它是一種現(xiàn)場(chǎng)澆注型的鋼筋混凝土樁,系指在工程現(xiàn)場(chǎng)通過機(jī)械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔,并在其內(nèi)放置鋼筋籠,灌注混凝土而制成的樁。
目前，中小型建筑施工進(jìn)行基礎(chǔ)打樁時(shí)，常用的方法有:1、開挖基礎(chǔ)槽灌注樁法;2卷?yè)P(yáng)機(jī)打樁機(jī)打孔灌注樁法;3、靜壓法打樁機(jī)打孔灌注樁法;4、振動(dòng)錘擊法打預(yù)制樁法;5、螺旋鉆打樁機(jī)鉆孔灌注樁法[5]。
下面對(duì)每一種打樁方法分別作簡(jiǎn)要介紹:
1、開挖基礎(chǔ)槽灌注樁法
此種方法需先放基礎(chǔ)線，然后按線挖至所需深度，其后用三花土(白灰與土的體積比為的混合物)填充且用電夯夯實(shí)，最后進(jìn)行灌注。
2、卷?yè)P(yáng)機(jī)打樁機(jī)打孔灌注樁法
卷?yè)P(yáng)機(jī)打樁機(jī)由卷?yè)P(yáng)機(jī)、鋼繩、滑輪組、三角架、鋼樁體等組成，打樁時(shí)需先把前端為尖錐形狀的鋼樁體定位在設(shè)計(jì)坐標(biāo)上，再由卷?yè)P(yáng)機(jī)通過鋼繩、滑輪組將其拉至一定高度，然后迅速放下，利用鋼樁體自身產(chǎn)生的重力勢(shì)能，使鋼樁體沉入土中打出一定深度的樁孔，控制卷?yè)P(yáng)機(jī)將其拉出地面并挖出鋼樁體內(nèi)的土重復(fù)進(jìn)行前一次的操作，經(jīng)過反復(fù)多次操作將樁孔錘擊至設(shè)計(jì)深度，最后用混凝土灌注樁孔。
3、靜壓法打樁機(jī)打孔灌注樁法
此種方法采用專用的夾樁機(jī)構(gòu)和控制系統(tǒng)將樁體夾住，由夾樁箱直接將壓力傳給鉗口，通過油缸驅(qū)動(dòng)將樁體緩緩沉入土中，直至設(shè)計(jì)深度，然后用混凝土灌注樁孔。
4、振動(dòng)錘擊法打預(yù)制樁法
此種方法操作時(shí)先將預(yù)制樁吊起就位，再檢查其垂直度，然后放下振動(dòng)錘，使預(yù)制樁在振動(dòng)錘的錘擊下慢慢沉人土中，直至設(shè)計(jì)深度，最后用混凝土灌注樁孔。
5、螺旋鉆打樁機(jī)鉆孔灌注樁法
此種方法在施工時(shí)先將螺旋鉆桿及鉆機(jī)頭由卷?yè)P(yáng)機(jī)通過鋼繩、滑輪組吊起就位，檢查其垂直度后緩緩將其放下，通過鉆桿與鉆機(jī)頭的自重和螺旋鉆的軸向壓力，使螺旋鉆桿慢慢鉆入土中，直至鉆到設(shè)計(jì)深度，然后由卷?yè)P(yáng)機(jī)將其拉出地面，再用混凝土進(jìn)行灌注。
以上各種打樁方法中，開挖基礎(chǔ)槽灌注樁法費(fèi)工費(fèi)時(shí);卷?yè)P(yáng)機(jī)打樁機(jī)打孔灌注樁法施工速度慢、效率低;靜壓法打樁機(jī)打孔灌注樁法樁機(jī)由于機(jī)身自重大，對(duì)施工場(chǎng)地要求較高，不適宜在較狹窄或建筑物較多的地區(qū)施工，因此這種打樁機(jī)不適用于中小型建筑打樁，適用范圍窄;振動(dòng)錘擊法打預(yù)制樁法對(duì)土層結(jié)構(gòu)和預(yù)制樁都有一定要求，適宜在較軟土層中施工，而對(duì)于致密的砂層與結(jié)構(gòu)較松散的細(xì)砂層或較硬的土層來說，施工難度大，而且容易損傷預(yù)制樁，因此適用范圍窄;螺旋鉆打樁機(jī)鉆孔灌注樁法和其他幾種打樁方法僅能打某一種類型的樁，功能單一[6]。
1.4 打樁機(jī)的種類
（1）蒸汽錘打樁機(jī)。樁錘由錘頭和錘座組成，以蒸汽或壓縮空氣為動(dòng)力，有單動(dòng)汽錘和雙動(dòng)汽錘兩種。單動(dòng)汽錘以柱塞或汽缸作為錘頭，蒸汽驅(qū)動(dòng)錘頭上升，而后任其沿錘座的導(dǎo)桿下落而打樁。雙動(dòng)汽錘一般是由加重的柱塞作為錘頭，以汽缸作為錘座，蒸汽驅(qū)動(dòng)錘頭上升，再驅(qū)動(dòng)錘頭向下沖擊打樁。上下往復(fù)的速度快,頻率高,使樁貫入地層時(shí)發(fā)生振動(dòng)，可以減少摩擦阻力，打樁效果好。雙向不等作用力的差動(dòng)汽錘，其錘座重量輕，有效沖擊重量可相對(duì)增大，性能更好。汽錘的進(jìn)排汽旋閥的換向可由人工控制，也可由裝在錘頭一側(cè)并隨錘頭升降的凸緣操縱桿自動(dòng)控制，兩種方式都可以調(diào)節(jié)汽錘的沖擊行程。
（2）柴油錘打樁機(jī)。主體也是由汽缸和柱塞組成，其工作原理和單缸二沖程柴油機(jī)相似，利用噴入汽缸燃燒室內(nèi)的霧化柴油受高壓高溫后燃爆所產(chǎn)生的強(qiáng)大壓力驅(qū)動(dòng)錘頭工作。柴油錘按其構(gòu)造形式分導(dǎo)桿式和筒式。導(dǎo)桿式柴油錘以柱塞為錘座壓在樁帽上，以汽缸為錘頭沿兩根導(dǎo)桿升降。打樁時(shí)，先將樁吊到樁架龍門中就位，再將柴油錘擱在樁頂，降下吊鉤將汽缸吊起，又脫開吊鉤讓汽缸下落套入柱塞，將封閉在汽缸內(nèi)的空氣進(jìn)行壓縮，汽缸繼續(xù)下落，直到缸體外的壓銷推壓錘座上燃油泵的搖桿時(shí)，燃油泵就將油霧噴入缸內(nèi)，油霧遇到燃點(diǎn)以上的高溫氣體，當(dāng)即發(fā)生燃爆，爆發(fā)力向下沖擊使樁下沉，向上頂推，使汽缸回升，待汽缸重新沿導(dǎo)桿墜落時(shí)，又開始第二次沖擊循環(huán)。筒式柴油錘以汽缸作為錘座，并直接用加長(zhǎng)了的缸筒內(nèi)壁導(dǎo)向，省去了兩根導(dǎo)桿，柱塞是錘頭，可在汽缸中上下運(yùn)動(dòng)。打樁時(shí)，將錘座下部的樁帽壓在樁頂上，用吊鉤提升柱塞，然后脫鉤往下沖擊，壓縮封閉在汽缸中的空氣。 并進(jìn)行噴油、 爆發(fā)、沖擊、換氣等工作過程。柴油錘的工作是靠壓燃柴油來啟動(dòng)的，因此必須保證汽缸內(nèi)的封閉氣體達(dá)到一定的壓縮比，有時(shí)在軟土地層上打樁時(shí),往往由于反作用力過小,壓縮量不夠而無法引燃起爆，就需要用吊鉤多次吊起錘頭脫鉤沖擊，才能起動(dòng)。柴油錘的錘座上附有燃油噴射泵、油箱、冷卻水箱及樁帽。柱塞和缸筒之間的活動(dòng)間隙用彈性柱塞環(huán)密封。
（3）振動(dòng)錘打樁機(jī)。利用樁錘的機(jī)械振動(dòng)力，使樁沉入地下，適用于承載較小的預(yù)制混凝土樁、鋼板樁等。
（4）靜力壓樁機(jī)。 利用機(jī)械卷?yè)P(yáng)機(jī)或液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力，使樁在持續(xù)靜壓力的作用下壓入土中，使用于一般承載力的各類預(yù)制樁。
（5）低空間落錘式液壓自動(dòng)打樁機(jī)。在打樁的現(xiàn)場(chǎng)根據(jù)樁位的布局預(yù)先用枕木和槽鋼鋪設(shè)一段簡(jiǎn)易導(dǎo)軌，并將打樁機(jī)組裝在導(dǎo)軌上，使自動(dòng)夾緊裝置處松開狀，然后用人力將整機(jī)移至需要打樁的位置由于整機(jī)的重量較輕，采用人力就能較輕松地移動(dòng)，在移動(dòng)過程中松開的夾緊裝置仍能起保護(hù)作用，防止整機(jī)移動(dòng)過程中可能出現(xiàn)的傾翻現(xiàn)象，當(dāng)將打樁機(jī)準(zhǔn)確地移動(dòng)到需要打樁的新樁位時(shí)，通過液壓控制系統(tǒng)，使夾緊裝置將打樁機(jī)緊緊地固定在導(dǎo)軌上以保證打樁機(jī)能正常工作[7]。
1.5 打樁機(jī)設(shè)計(jì)的目的及意義
柴油錘樁架采用滑軌式移動(dòng)，自動(dòng)化程度高，可自行裝卸車，自由行走，可360度全回轉(zhuǎn)，配有最好最大的四條液壓油缸支腿，在惡劣的施工環(huán)境中展現(xiàn)其獨(dú)特的有事，增加施工時(shí)的整機(jī)穩(wěn)定性，可整機(jī)進(jìn)行轉(zhuǎn)運(yùn)。塔架為可折疊式箱型立柱，法蘭連接方式，塔架采用獨(dú)有的兩塊高強(qiáng)度錳板并且用大型折彎?rùn)C(jī)折彎技術(shù)制造而成，同時(shí)立柱內(nèi)部加焊加強(qiáng)筋固定，增加立柱抗扭抗彎性[8]。
1.6 國(guó)內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢(shì)
由于打樁機(jī)的液壓控制系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)方面已經(jīng)比較成熟，國(guó)內(nèi)外打樁機(jī)的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面，微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，為改進(jìn)打樁機(jī)的性能、提高穩(wěn)定性、加工效率方面提供了可能。想比來講，國(guó)內(nèi)機(jī)型雖種類齊全，但技術(shù)含量相對(duì)較低，缺乏高技術(shù)含量的機(jī)型。
在國(guó)內(nèi)外打樁機(jī)中，按控制系統(tǒng)分類可分為三種：第一種是以繼電器為主控元件的傳統(tǒng)型打樁機(jī)，第二種是采用可編程控制器（PLC）控制的打樁機(jī)，第三種是應(yīng)用高級(jí)微處理器的高性能打樁機(jī)。在英國(guó)、美國(guó)、瑞典、荷蘭等發(fā)達(dá)國(guó)家，各類打樁機(jī)設(shè)備發(fā)展迅速，我國(guó)的打樁機(jī)主要采用可編程控制器（PLC）控制的液壓機(jī)，但是與它們還存在較大差距。所以我們要盡快研制出滿足國(guó)家需要的高效、低噪聲、無污染的打樁機(jī)。
國(guó)內(nèi)外打樁機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)明顯，具體體現(xiàn)在：
1、 高速化、智能化、低能耗，提高打樁機(jī)的工作效率，降低生產(chǎn)成本。
2、 機(jī)電液一體化。充分合理利用機(jī)械、液壓、電子方面的先進(jìn)技術(shù)，促進(jìn)這個(gè)系統(tǒng)的完善。
3、 自動(dòng)化、智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為打樁機(jī)的自動(dòng)化、智能化提供了條件，能夠?qū)ο到y(tǒng)實(shí)現(xiàn)自動(dòng)診斷和調(diào)整，具有故障預(yù)處理功能。
4、 液壓元件集成化、標(biāo)準(zhǔn)化。集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接，有效的防止泄漏和污染，標(biāo)準(zhǔn)化的元件為維修帶來方便[9]。
第二章 總體方案設(shè)計(jì)
2.1 設(shè)計(jì)內(nèi)容
圖1. 1
本次設(shè)計(jì)主要任務(wù)有機(jī)械結(jié)構(gòu)、主要零部件的設(shè)計(jì)。
打樁機(jī)的動(dòng)力裝置要求能夠承受一定的載荷與沖擊，滿足強(qiáng)度和剛度的同時(shí)還應(yīng)該節(jié)省材料，降低生產(chǎn)成本，提高其經(jīng)濟(jì)效益。
為了使打樁機(jī)操縱簡(jiǎn)單可靠，減輕工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，本打樁機(jī)的電氣控制系統(tǒng)采用PLC控制，滿足打樁機(jī)自動(dòng)打樁的要求，提高工作效率[10]。
目前打樁機(jī)有多種形式，其行走機(jī)構(gòu)分履帶式、輪胎式、軌道式等多種結(jié)構(gòu)，為了滿足高效率、打樁方便、便于拆卸等要求，其行走機(jī)構(gòu)選用軌道式。
2.2 打樁機(jī)的主要性能和參數(shù)
1、樁錘重量 2700kg
2、錘頭重量 1200kg
3、最大提升高度 15000mm
4、最大錘擊能力 900kg
5、每分鐘錘擊次數(shù) 55
6、油箱容量 33L
7、油料消耗量 2kg/h
8、機(jī)動(dòng)力輸出軸所需的功率：Pz=28.0606kW
9、機(jī)體外形尺寸 長(zhǎng) 10551mm
寬 2300mm
高 36100mm
2.3 打樁機(jī)的組成及特點(diǎn)
柴油錘打樁機(jī)特點(diǎn)如下：
1．該柴油打樁機(jī)油耗低,靈敏可靠地層愈硬,樁錘跳的愈高廣泛使用于水泥管樁、木樁、金屬樁、混凝土預(yù)制樁、灌注樁、夯擴(kuò)樁、灰土擠密樁等樁種施工，適用性非常廣泛，性價(jià)比極高，一機(jī)多用[11]。
2．柴油錘樁架為兩條液壓變幅油缸支撐，可自行起落主架，行走、回轉(zhuǎn)、對(duì)位準(zhǔn)確、可靠，施工效率高，勞動(dòng)強(qiáng)度低，另有兩根高強(qiáng)度的斜撐桿，保持塔架的絕對(duì)穩(wěn)定。
3．樁機(jī)采用裝卸與運(yùn)輸安裝相結(jié)合的方式，整體性強(qiáng)，場(chǎng)地轉(zhuǎn)移方便，費(fèi)用低，適合野外施工，可免去租吊機(jī)的費(fèi)用[12]。
4．整機(jī)的電氣、液壓、操縱、監(jiān)視儀表均集中在司機(jī)室內(nèi)，司鉆人員操作簡(jiǎn)單方便，視野開闊。
2.4 打樁機(jī)動(dòng)力裝置三維建模
總體驅(qū)動(dòng)方案
⑴ 可選驅(qū)動(dòng)方案
① 內(nèi)燃機(jī)——機(jī)械驅(qū)動(dòng)
② 內(nèi)燃機(jī)——電力驅(qū)動(dòng)
③ 內(nèi)燃機(jī)——液壓驅(qū)動(dòng)
④ 內(nèi)燃機(jī)——液力——機(jī)械驅(qū)動(dòng)
⑵ 確定驅(qū)動(dòng)方案
① 樁機(jī)作業(yè)驅(qū)動(dòng)方案
(內(nèi)燃機(jī))——電力——機(jī)械驅(qū)動(dòng)
② 起升作業(yè)驅(qū)動(dòng)方案
(內(nèi)燃機(jī))——電力——液力——機(jī)械驅(qū)動(dòng)
③ 底盤驅(qū)動(dòng)方案
(內(nèi)燃機(jī))——電力——液力——機(jī)械驅(qū)動(dòng)
⑶ 總體驅(qū)動(dòng)原理
① 總體驅(qū)動(dòng)框圖
會(huì)轉(zhuǎn)盤
減速器
動(dòng)力頭機(jī)電動(dòng)機(jī)
變幅液壓缸
液壓泵
液壓泵電動(dòng)機(jī)
電網(wǎng)或
發(fā)電機(jī)
液壓泵電動(dòng)機(jī)
驅(qū)動(dòng)輪
減速器
真空泵
真空泵電動(dòng)機(jī)真空泵
1、液位計(jì) 2、空氣濾清器 3、回油過濾器 4、油箱裝置 5、電機(jī)支架
6、電動(dòng)機(jī) 7、減震墊 8、起吊板 9、電機(jī)支座 10、齒輪泵吸油濾油器 11、變量泵濾油器
第三章 打樁機(jī)支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
圖1. 2
3.1 電機(jī)支架的設(shè)計(jì)
電機(jī)支架用于電機(jī)起支撐和固定電機(jī)的作用。本次的支架結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)采用的是立體方形結(jié)構(gòu)，由等邊角鋼、D1型方形鋼管、槽鋼、方形斜墊以及起吊板組成，所選用的鋼的材料是Q235-A抗拉強(qiáng)度（σb/MPa）：375-500[15]。通過焊接的方式組成。
第四章 打樁機(jī)動(dòng)力裝置電動(dòng)機(jī)的選擇
圖1. 3
機(jī)動(dòng)力是打樁機(jī)主要的工作機(jī)構(gòu)。它由電動(dòng)機(jī)和減速器組成。機(jī)動(dòng)力電動(dòng)機(jī)高速旋轉(zhuǎn)通過減速器后，回轉(zhuǎn)盤通過其內(nèi)部的套筒式主軸驅(qū)動(dòng)各個(gè)油泵運(yùn)轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)打樁機(jī)打樁的主運(yùn)動(dòng)。
4.1電動(dòng)機(jī)的選型
電動(dòng)機(jī)輸出功率的計(jì)算
⑴ 機(jī)動(dòng)力輸出軸所需的功率：Pz=28.0606kW
⑵ 傳動(dòng)裝置總效率ηD∑
機(jī)動(dòng)力功率流如下圖所示：
由文獻(xiàn)[3]表9-1以及文獻(xiàn)[14]表3-1查得：
撓性聯(lián)軸器：η1=0.99
單級(jí)行星齒輪減速器：η2=0.98
單級(jí)圓柱齒輪減速器：η3=0.98
ηD∑=0.99×0.98×0.99×0.98=0.9413
動(dòng)力頭輸入軸所需功率 Pi：
Pi=PzηD∑=28.06060.9413=29.8105kW
電動(dòng)機(jī)的額定功率P與電動(dòng)機(jī)輸出功率P'之間有以下關(guān)系：
P≥KP'
式中K為功率儲(chǔ)備系數(shù)，取K=1.2則:
P≥1.2×29.8105=35.7726kW
選擇動(dòng)力頭電動(dòng)機(jī)功率為37kW，查文獻(xiàn)[13]表16-2:
選用Y250M-6型，額定功率37kW，滿載轉(zhuǎn)速980r/min。
4.2減速器的設(shè)計(jì)
4.2.1傳動(dòng)方案的擬定
根據(jù)傳動(dòng)裝置各部分的相對(duì)位置，綜合考慮工作機(jī)的性能要求、工作條件和可靠性，以使結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、尺寸緊湊、加工方便、傳動(dòng)效率滿足要求等，選擇兩級(jí)漸開線行星齒輪傳動(dòng)和展開式一級(jí)圓柱齒輪傳動(dòng)串聯(lián)而成，機(jī)構(gòu)傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖如圖3-1所示。
1. 電動(dòng)機(jī) 2.兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng) 3.單級(jí)圓柱直齒齒輪傳動(dòng) 4.樁錘
圖3-1 傳動(dòng)方案簡(jiǎn)圖
4.2.2運(yùn)動(dòng)和動(dòng)力參數(shù)的計(jì)算
傳動(dòng)比的計(jì)算及分配
(1) 電動(dòng)機(jī)滿載轉(zhuǎn)速980r/min
工作機(jī)的轉(zhuǎn)速為15r/min
(2) 總傳動(dòng)比i=nn'=98015=65.3
(3) 傳動(dòng)比分配：行星齒輪減速器傳動(dòng)比為：i1=18.1
圓柱齒輪減速器傳動(dòng)比為：i2=3.6
(4) 傳動(dòng)裝置運(yùn)動(dòng)參數(shù)計(jì)算
① 軸1(行星齒輪傳動(dòng)輸出軸)
P1=P?η1?η2=37×0.99×0.98=35.8974kW
n1=ni1=98018.1=54.14r/min
T1=9550P1n1=9550×35.897454.14=6336.787N?m
② 軸2(圓柱齒輪傳動(dòng)輸入軸)
P2= P1?η1=35.8974×0.99=35.5384kW
n2=n11=54.141=54.14r/min
T2=9550P2n2=9550×35.538454.14=6273.414N?m
③ 軸3(圓柱齒輪減速器輸出軸)
P3= P2?η3=35.5384×0.98=34.8276kW
n3=n2i2=54.143.6=15.03r/min
T3=9550P3n3=9550×34.827615.03
=22129.313N?m
④ 將以上數(shù)據(jù)列表
軸號(hào)
轉(zhuǎn)速n
(r/min)
功率P
(kW)
轉(zhuǎn)矩T
(N?m)
傳動(dòng)比i
效率η
電機(jī)軸
980
37
360.561
18.1
1
3.6
0.9702
0.99
0.98
軸1
54.14
35.8974
6336.787
軸2
54.14
35.5384
6273.414
軸3
15.03
34.8276
22129.313
4.2.3行星齒輪減速器的設(shè)計(jì)計(jì)算
傳動(dòng)比的計(jì)算及分配
⑴ 計(jì)算總傳動(dòng)比
總傳動(dòng)比i=18.1
因?yàn)樾行禽啍?shù)目cs=3時(shí)，傳動(dòng)比范圍只有iAHB=2.1~13.7，故選用NGW型兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)。
⑵ 傳動(dòng)比的分配
分配原則是各級(jí)傳動(dòng)等強(qiáng)度和獲得較小的外型尺寸，在NGW型兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)中，用角標(biāo)1表示高速級(jí)參數(shù)，2表示低速級(jí)參數(shù)。設(shè)高速級(jí)與低速級(jí)外嚙合齒輪材料、齒面硬度相同，則σHlim1=σHlim2；取行星輪數(shù)目cs=3；齒面工作硬化系數(shù)ZW1=ZW2；低速級(jí)內(nèi)齒輪分度圓直徑db2與高速級(jí)內(nèi)齒輪分度圓直徑db1之比值以B表示，并取B=db2db1=1.2；取載荷不均勻系數(shù)KC1=KC2；取齒寬系數(shù)φα2φα1=1.2。
因?yàn)閯?dòng)載系數(shù)KV、接觸強(qiáng)度計(jì)算的齒向載荷分布系數(shù)KHβ及接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)ZN的三星乘積KV1KHβ1ZN2KV2KHβ2ZN1等于1.8~2.0，故取KV1KHβ1ZN2KV2KHβ2ZN1=1.9。
所以A=cs1φα2KC1KV1KHβ1ZN2ZW2σHlim22cs2φα1KC2KV2KHβ2ZN1ZW1σHlim12=1.2×1.9=2.28
E=AB3=2.28×1.23=3.94
在使用文獻(xiàn)[8]圖6-9，查出NGW型兩級(jí)行星齒輪傳動(dòng)的傳動(dòng)比分配i1=4.5，i2=ii1=18.14.5=4.0
4.2.4 高速級(jí)配齒計(jì)算
⑴ 配齒計(jì)算
通常行星齒輪數(shù)目cs=3，過多會(huì)使其載荷均衡困難，過少又發(fā)揮不了行星齒輪傳動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)，由于i1=4.5距可能達(dá)到的傳動(dòng)比極限值較遠(yuǎn)，所以可不檢驗(yàn)鄰接條件。
各齒輪數(shù)按傳動(dòng)比條件公式ia1c1b1za1cs=c進(jìn)行配齒計(jì)算，計(jì)算中根據(jù)ia1c1b1并適當(dāng)調(diào)整，使c等于整數(shù)，再求出za1應(yīng)盡可能取質(zhì)數(shù)，并使za1/cs≠整數(shù)。
則ia1c1b1za1cs=4.5×za13=34所以za1=23
zb1=c?cs-za1=34×3-23=79
zc1=12zb1-za1=1279-23=28
這些符合za1取質(zhì)數(shù)，za1/cs≠整數(shù)，zb1/cs≠整數(shù)，且zb1/zc1及za1/zc1無公約數(shù)，c/cs≠整數(shù)的NGW型配齒要求。
采用高變位，因ia1c1b1=4.54,所以太陽(yáng)輪取正變位，行星輪和內(nèi)齒輪取負(fù)變位，即
即xa1=0.3，xc1=xb1=-0.3。
如果ia1c1b1<4，太陽(yáng)輪為負(fù)變位，行星輪和內(nèi)齒輪正變位，即xc1=xb1=-xa1。
4.2.4.1按接觸強(qiáng)度初算A1-H1傳動(dòng)的中心距a和模數(shù)m
輸入轉(zhuǎn)矩T1=9550Pn1=9550×37980=360.561N?m
因傳動(dòng)中有一個(gè)或兩個(gè)基本構(gòu)件浮動(dòng)作為均載機(jī)構(gòu)，且齒輪精度低于6級(jí)，所以取載荷不均勻系數(shù)KC=KCH=KCF=1.15。
在一對(duì)A1-H1傳動(dòng)中，小齒輪（太陽(yáng)輪）傳遞的扭矩TA1=T1csKC=360.5613×1.15=138.215N?m
全為硬齒面的外嚙合，在對(duì)稱、中等沖擊載荷時(shí)：7級(jí)精度，使用的綜合系數(shù)K=2.0-2.8；8級(jí)精度，K=3.0-4.0。
考慮動(dòng)力頭減速器的加工和使用的實(shí)際條件，取K=2.4。
齒數(shù)比 u=zc1za1=2823=1.22
太陽(yáng)輪和行星輪的材料用40Cr鋼表面淬火，齒面硬度HRC50-55（太陽(yáng)輪）和HRC45-50(行星輪)，由文獻(xiàn)[5]圖6-4得接觸疲勞強(qiáng)度極限σHlim=1600Nmm2。
齒寬系數(shù)φα=ba (GB 10090-88) 規(guī)定為：0.22、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.6。因齒面硬度HB>350,則取φα1=0.5。
按接觸強(qiáng)度初算中心距a公式：
a=484u?13KTAφασHlim2umm
計(jì)算中心距 （內(nèi)嚙合用”-”表示）：
a1=484×1.22+132.4×138.2150.6×16002×1.22=60.330mm
模數(shù)m=2aza1+zc1=2×60.33023+28=2.37，取模數(shù)m1=3
4.2.4.2計(jì)算A-C傳動(dòng)的實(shí)際中心距和嚙合角αAC'
實(shí)際中心距
aAC1=m12za1+zc1=3223+28=76.5mm
因是直齒輪高變位，則
YAC1=a'-aAC1m1=76.5-76.53=0
cosαAC'=aAC1a'cosα=cos20°
所以αAC'=20°
4.2.4.3計(jì)算C-B傳動(dòng)的中心距和嚙合角αCB'
實(shí)際中心距：
aCB1=m12zb1-zc1=3279-28=76.5mm
因?yàn)橹行木嘧儎?dòng)系數(shù)YCB1=a'-aCB1m1=76.5-76.53=0，所以嚙合角αCB'=20°。
4.2.4.4幾何尺寸計(jì)算
按高變位齒輪傳動(dòng)的幾何計(jì)算A、C、B三輪的幾何尺寸。
⑴ 分度圓直徑
da1=m1za=3×23=69mm
dc1=m1zc=3×28=84mm
db1=m1zb=3×79=237mm
⑵ 齒頂高
haa1=ha*+xa1m1=1+0.3×3=3.9mm
hac1=ha*+xc1m1=1-0.3×3=2.1mm
hab1=ha*-?ha*-xb1m1=1-0.16-(-0.3)×3=3.42mm
式中?ha*=7.551-xb2zb=7.55×1+0.3279=0.16
⑶ 齒根高
hfa1=ha*+c*-xa1m1=1+0.25-0.3×3=2.9mm
hfc1=ha*+c*-xc1m1=1+0.25-(-0.3)×3=4.7mm
hfb1=ha*+c*+xb1m1=1+0.25+(-0.3)×3=2.9mm
⑷ 齒高
ha1=haa1+hfa1=3.9+2.9=6.8mm
hc1=hac1+hfc1=2.1+4.7=6.8mm
hb1=hab1+hfb1=3.42+2.9=6.32mm
⑸ 齒頂圓直徑
daa1=da1+2haa1=69+2×3.9=76.8mm
dac1=dc1+2hac1=84+2×2.1=88.2mm
dab1=db1-2hab1=237-2×3.42=230.16mm
⑹ 齒根圓直徑
dfa1=da1-2hfa1=69-2×2.9=63.2mm
dfc1=dc1-2hfc1=84-2×4.7=74.6mm
dfb1=db1+2hfb1=237+2×2.9=242.8mm
4.2.4.5驗(yàn)算A-C傳動(dòng)的接觸疲勞強(qiáng)度和彎曲疲勞強(qiáng)度
強(qiáng)度計(jì)算所用公式同定軸線齒輪傳動(dòng)，但確定KV和ZV所用的圓周速度用相對(duì)于行星架的圓周速度vH=πda1n11-1i11000×60ms
則vH=π×69×980×1-14.51000×60=2.75m/s
KV=1+0.093vHza1100
=1+0.093×2.75×23100=1.06
動(dòng)載系數(shù)速度系數(shù)ZV由文獻(xiàn)[8]表6-11查得ZV=0.964。
⑴ 確定計(jì)算公式中的系數(shù)
使用系數(shù)kA=1
齒間載荷分布系數(shù)kHβkFβ
彎曲強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，kFβ=1+θb-1μF
接觸強(qiáng)度計(jì)算時(shí)，kHβ=1+θb-1μH
式中
μF及μH——齒輪相對(duì)于行星架的圓周速度vH及大齒輪齒面硬度HB2對(duì)kHβkFβ的影響系數(shù)，查文獻(xiàn)[8]表6-29選取μF=0.8、μH=0.8。
θb——星輪數(shù)目對(duì)kHβkFβ影響系數(shù)。
對(duì)于圓柱直齒輪或人字齒輪行星傳動(dòng)，如果行星架剛性好，行星輪對(duì)稱布置或者行星輪采用調(diào)位軸承，則使太陽(yáng)輪和行星輪的軸線偏斜可以忽略不計(jì)，θb值可由文獻(xiàn)[8]圖6-10查取。
φd=φaa1da1=0.5×76.569=0.554
查文獻(xiàn)[8]圖6-10選取θb=1.16
kFβ=1+1.16-1×0.8=1.13
kHβ=1+1.16-1×0.8=1.13
齒間載荷分布系數(shù)kHαkFα：
先求端面的重合度：εa=12πz1tanαa1-tanα+z2tanαa2-tanα
其中：αa1=cos-1da1cosαdaa1=cos-169×0.939776.8=32.4°
αa2=cos-1dc1cosαdac1=cos-184×0.939788.2=26.5°
則：εa=12π23tan32.4°-tan20°+28tan26.5°-tan20°
=12π23×0.6346-0.3640+28×0.4986-0.3640
=1.59
因?yàn)橹饼X的重合度εγ=εa，所以kHα=kFα=0.645εγ=0.645×1.59=1.026
節(jié)點(diǎn)區(qū)域系數(shù)：zH=zH'-0.00833β-8
式中zH'=4.880.71-Y2，Y=xC+xAzA+zC=0
所以zH=4.88×0.71-02-0.00833×0-8=2.53
查文獻(xiàn)[5]表6.4得彈性系數(shù)：ZE=189.8Nmm2
接觸強(qiáng)度計(jì)算的重合度系數(shù)：Zε=4-εa3=4-1.593=0.896
接觸強(qiáng)度計(jì)算的螺旋角系數(shù)：Zβ=cosβ=cos0=1
接觸強(qiáng)度計(jì)算的壽命系數(shù)ZN：因?yàn)楫?dāng)量循環(huán)次數(shù)Ne>5×107，則ZN=1。
最小安全系數(shù)：取SHmin=1。
潤(rùn)滑劑系數(shù)ZL：考慮用N46(30號(hào))機(jī)械油作為潤(rùn)滑冷卻劑，按文獻(xiàn)[8]表6-10，取ZL=0.93。
粗糙度系數(shù)ZR：按文獻(xiàn)[8]表6-12，取ZR=0.94。
齒面工作硬化系數(shù)：ZW=1。
接觸強(qiáng)度計(jì)算的尺寸系數(shù)：ZX=1。
⑵ A-C傳動(dòng)接觸疲勞強(qiáng)度驗(yàn)算
計(jì)算接觸應(yīng)力：σHAC=Ftd1bu+1ukAkVkHαkHβ?ZHZEZεZβ
=2000T1d12×0.6a×1.22+11.22×1×1.06×1.13×1.026×2.53×189.8×0.896×1
=2000×360.56692×0.6×76.5×1.22+11.22×1.228943×430.