摘 要
鉆機(jī)主要是適應(yīng)旋噴工法的逐步推廣而研制而成的。采用履帶底盤行走裝置，通過不同模塊的組合，可以適合定噴、擺噴、旋噴等施工工藝；單重、雙重、三重旋噴等各種施工要求?？捎糜诟黝愜浀鼗庸獭⒏邔咏ㄖ叵率业姆罎B處理、大江大河堤壩的整治、鐵路公路橋墩的加固等。鉆機(jī)的底架組件的主要作用是：支撐組件、存放物品和負(fù)責(zé)整機(jī)的行走。鉆機(jī)的行走包括直行和轉(zhuǎn)向。
本文主要是在一組已知參數(shù)的基礎(chǔ)上，參考大量成熟產(chǎn)品的設(shè)計(jì)方案，進(jìn)行履帶底盤及底架的結(jié)構(gòu)和參數(shù)設(shè)計(jì)，設(shè)計(jì)各個(gè)零件，并對整個(gè)組件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行合理的布置。最后，在理解設(shè)計(jì)要求的基礎(chǔ)上，編制了主要零部件的工藝。
關(guān)鍵詞：鉆機(jī)；底架組件；工藝；履帶底盤
Abstract
Drilling Rig is produced for the sake of the work method-revolve with spray. they are joined by the track fleeting. Pass the combination of the different mold piece, it can suit the craft of construction to settle to spray, put to spray, the revolve to spray the etc.; it can suit the every kind of construction request of, such as single, double, three times etc. It can be used to reinforce the various soft foundations, to handle the leakage of ground floor of high layer building, to renovate the embankment of the big river, to reinforce the railroad, highway, abutment etc. The frame is made of top frame, inside frame, descend frame and flank frame. The function of the frame is to prop up whole machine, deposit the goods and move whole machine. It can go straight and turn around.
On base of a set of given parameters and reference of mature products , this paper mainly design the structure and parameters of pretrial and Frame module, design necessary parts and arrange the whole discreteness propel . In the end , workout the craftwork of producing technical of typical parts after totally understanding of its design desire .
Keywords: Drilling Rig; Frame module; craftwork; pretrial
目 錄
摘 要 IV
Abstract V
目錄 V
1 概述 1
1.1 鉆機(jī)主要用途： 1
1.2 主要特點(diǎn)： 1
1.3 鉆機(jī)主要性能： 2
1.4 鉆機(jī)的工作原理 2
2 履帶底盤設(shè)計(jì) 4
2.1 方案論證 4
2.2 履帶底盤的介紹 4
2.3 設(shè)計(jì)要求 4
2.4 履帶行走裝置的設(shè)計(jì)因素 5
2.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
2.5.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 6
2.5.2 零部件的設(shè)計(jì) 7
2.6 設(shè)計(jì)計(jì)算 11
2.6.1 主機(jī)行走裝置計(jì)算 11
2.6.2 履帶張緊機(jī)構(gòu)有關(guān)計(jì)算 16
2.6.3 驅(qū)動(dòng)輪組件的設(shè)計(jì) 17
3 底架設(shè)計(jì) 26
3.1 底架的介紹 26
3.2 設(shè)計(jì)要求及步驟 26
3.3 底架架的設(shè)計(jì) 26
3.3.1 底架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則 26
3.3.2 焊接工藝的說明 27
3.4 支腿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 28
3.4.1 支腿機(jī)構(gòu)的介紹 28
3.4.2 設(shè)計(jì)要求 28
3.4.3 支腿油缸的相關(guān)計(jì)算 29
4 典型零件工藝編制 32
5 設(shè)計(jì)心得 35
致謝 36
參考文獻(xiàn) 37
37
鉆機(jī)履帶底盤底架設(shè)計(jì)
1 概述
鉆機(jī)總圖如下：
圖1.1 鉆機(jī)總圖
鉆機(jī)的每部分的名稱如下：
1－回轉(zhuǎn)器 2－卷揚(yáng)機(jī)組件 3－主塔 4－副塔 5－扶正器 6－天車滑輪
7－底架 8－電氣柜 9－液壓系統(tǒng) 10－履帶底盤 11－孔口裝置
1.1 鉆機(jī)主要用途：
鉆機(jī)主要是為了適應(yīng)旋噴工法的推廣而研制而成的。通過不同模塊的組合，可以適合定噴、擺噴、旋噴等施工工藝；單重、雙重、三重旋噴等各種施工要求。
可用于各類軟地基加固、高層建筑地下室的防滲處理、大江大河堤壩的整治、鐵路公路橋墩的加固等。
1.2 主要特點(diǎn)：
鉆機(jī)適應(yīng)性能好，可以對鉆機(jī)配套不同模塊，不同鉆具?？梢愿鶕?jù)不同的需要配置成性能價(jià)格比最優(yōu)的鉆機(jī)來投入施工，并且可以不斷更新模塊，來解決不同的旋噴工藝。
鉆機(jī)在某些軟土層施工時(shí)，鉆孔和旋噴可一次完成；旋噴提升時(shí)，在旋噴深度不高于副塔高度時(shí)（14 m），不用拆卸鉆桿，可一次旋噴成樁。在復(fù)雜地層應(yīng)配引孔機(jī)。
鉆機(jī)采用全液壓技術(shù)：鉆機(jī)移位和轉(zhuǎn)向、動(dòng)力頭變速、鉆具提升和鉆機(jī)起塔，均采用液壓控制，操作方便靈活，維護(hù)省時(shí)、省力。
鉆機(jī)采用雙卷揚(yáng)機(jī)，應(yīng)用電動(dòng)控制，大大降低了勞動(dòng)力，提高了生產(chǎn)效率。
履帶行走裝置的驅(qū)動(dòng)力大（通常每條履帶的驅(qū)動(dòng)力可達(dá)機(jī)重的35%-45%），接比壓?。?0-150kPa），因而越野性能及穩(wěn)定性好，爬坡能力大（一般為50%-80%，最大的可達(dá)100%），且轉(zhuǎn)彎半徑小，靈活性好。
1.3 鉆機(jī)主要性能：
（1） 表1-1 成孔參數(shù)[10]
旋噴成孔
單 重
雙 重
三重
樁徑(m)
0.4 ~ 0.6
0.6 ~1.5
0.8 ~ 1.6
深度(m)
50
（可根據(jù)用戶需要，提供各種鉆具）
（2） 動(dòng)力頭：
① 最大輸出扭矩：2500 N·m;
② 輸出轉(zhuǎn)速(正反)：0～20 r/min (旋噴工藝，無級調(diào)速)
18 ，45，57，108，126，150 r / min;
③ 升降速度：正常鉆進(jìn)：1.6 ~ 2.6 m / min （有級）
旋噴提升：0 ~ 500 mm / min (旋噴工藝，無級調(diào)速)
提升力 ：25 KN
（3） 動(dòng)力：
表1-2電動(dòng)機(jī)參數(shù)
型 號
Y200L-6
Y132M1-6
Y90L-6
功 率
22 kW
4 kW
1.1 kW
轉(zhuǎn) 速
970 r / min
960 r / min
910 r / min
（4） 卷揚(yáng)機(jī)提升力（采用雙卷揚(yáng)） 20 KN 5 KN
（5） 移動(dòng)能力
越野高度：300 mm 縱向移動(dòng)：600 mm 橫向移動(dòng)：400 mm
（6） 外形尺寸(長×寬×高mm)
施工尺寸：5250×3200×16200
運(yùn)輸尺寸：6410×2300×2950
（7） 整機(jī)重量：≈8000KG
1.4 鉆機(jī)的工作原理
鉆機(jī)的工作以及部件組成的認(rèn)識：整臺設(shè)備的動(dòng)作有：主塔的起塔、回轉(zhuǎn)器的加壓提升、回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)、履帶行走、卷揚(yáng)的起吊、支腿油缸；所有的這些動(dòng)作是由多個(gè)不同型號性能的油缸和馬達(dá)實(shí)現(xiàn)，而油缸和馬達(dá)動(dòng)作的控制則是由所設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)（操控抬）實(shí)現(xiàn)。利用電器原理（電器柜）控制設(shè)備中的泵站給系統(tǒng)提供轉(zhuǎn)速和動(dòng)力支持，卷揚(yáng)機(jī)組幫助實(shí)現(xiàn)更大范圍的作業(yè)！所有這些設(shè)備合理的布局在底架上，然后整體置于履帶底盤上，實(shí)現(xiàn)“行走”。所以整臺設(shè)備的生產(chǎn)核心在于液壓系統(tǒng)和電器原理的設(shè)計(jì)以及相對成熟的裝配工作。
整臺鉆機(jī)的工作理念是利用（40Mpa）高壓水（水泥漿等）沖擊巖石，對巖石進(jìn)行粉碎作業(yè)。高壓直線水柱經(jīng)過回轉(zhuǎn)器的回轉(zhuǎn)形成高壓的螺旋水柱進(jìn)行更大壓力更大空間的作業(yè)，旋噴鉆機(jī)因此而得名！
部件間的連接：電器柜與電動(dòng)機(jī)（泵站）連接，對其進(jìn)行工作控制；泵站油路連接液壓操縱臺實(shí)現(xiàn)整個(gè)液壓系統(tǒng)的控制；利用油管連接各個(gè)組件油缸或者馬達(dá)實(shí)現(xiàn)各個(gè)規(guī)定的動(dòng)作（即每一個(gè)部件的動(dòng)作都是由相應(yīng)的油缸實(shí)現(xiàn)）；整個(gè)液壓油路的供油和回油由油箱實(shí)現(xiàn)；當(dāng)工作的高度很大時(shí)，可連接安裝主副塔架，利用卷揚(yáng)機(jī)組和天車滑輪進(jìn)行鉆桿的調(diào)用安裝。
另外卷揚(yáng)機(jī)組則用于調(diào)用鉆桿和一些輔助性的物品，提高了效率。
2 履帶底盤設(shè)計(jì)
2.1 方案論證
根據(jù)現(xiàn)代成熟技術(shù)，有兩種行走裝置方案：
履帶式和輪胎式行走方式與履帶式液壓挖掘機(jī)行走裝置相比較，輪胎式行走裝置的輪胎式行走裝置的主要特點(diǎn)是：
（1）機(jī)動(dòng)性高，行走迅速，工作效率高；
（2）要求地面平整、堅(jiān)實(shí)，以免輪轍過深，路面的情況很容易影響鉆機(jī)的穩(wěn)定性。而鉆機(jī)的工作環(huán)境一般都非常惡劣；
（3）整機(jī)的重量變輕，穩(wěn)定性不夠高。而鉆機(jī)在工作時(shí)受力很大，需要極高的穩(wěn)定性。
相較于輪胎式行走裝置，履帶式行走裝置的接地比極低，可以在淤泥、沼澤等各種惡劣環(huán)境中工作，而這些地點(diǎn)都是鉆機(jī)的一般工作環(huán)境；同時(shí)作業(yè)時(shí)能使用液壓支腿支撐，使整機(jī)穩(wěn)定性得以很大提高。同樣履帶式行走機(jī)構(gòu)機(jī)動(dòng)性高，靈活性好。
綜上所述，選用履帶式行走裝置。
2.2 履帶底盤的介紹
履帶式行走裝置由“四輪一帶”（即驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托輪、以及履帶），張緊裝置，機(jī)架等組成。
履帶設(shè)備運(yùn)行時(shí)，驅(qū)動(dòng)輪在履帶的緊邊——驅(qū)動(dòng)段及接地段（支撐段）產(chǎn)生一個(gè)拉力，企圖把履帶從支重輪下拉出，由于支重輪下的履帶與地面間有足夠的附著力，阻止履帶的拉出，迫使驅(qū)動(dòng)輪卷動(dòng)履帶，導(dǎo)向輪再把履帶鋪設(shè)到地面上，從而使履帶設(shè)備借支重輪沿著履帶軌道向前運(yùn)行。
?液壓傳動(dòng)的履帶行走裝置，依靠4個(gè)支腿油缸來實(shí)現(xiàn)支撐. 履帶設(shè)備轉(zhuǎn)向時(shí)由安裝在兩條履帶上、分別由兩臺液壓泵供油的行走馬達(dá)（用一臺油泵供油時(shí)需采用專用的控制閥來操縱）通過對油路的控制，很方便地實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)向或就地轉(zhuǎn)彎，以適應(yīng)履帶設(shè)備在各種地面、場地上運(yùn)動(dòng)。
履帶行走裝置的特點(diǎn)是，驅(qū)動(dòng)力大（通常每條履帶的驅(qū)動(dòng)力可達(dá)機(jī)重的35%-45%），接比壓小（40-150kPa），因而越野性能及穩(wěn)定性好，爬坡能力大（一般為50%-80%，最大的可達(dá)100%），且轉(zhuǎn)彎半徑小，靈活性好。固在工程機(jī)械、礦山機(jī)械、建筑機(jī)械等領(lǐng)域得到廣泛的應(yīng)用，特別是在大中型自行式機(jī)械中得到普遍的應(yīng)用，如挖溝機(jī)、挖掘機(jī)、樁工機(jī)械、鉆機(jī)等機(jī)械。
2.3 設(shè)計(jì)要求
因?yàn)榈妆P裝置兼有鉆機(jī)支撐和運(yùn)行兩大功能，因此液壓步履機(jī)構(gòu)應(yīng)滿足以下要求：
（1）應(yīng)有較大的驅(qū)動(dòng)力，使鉆機(jī)在濕軟或高低不平等不良地面上行走時(shí)具有良好的通過性能、爬坡性能和轉(zhuǎn)向性能；
?? （2）在不增大行走裝置高度的前提下使鉆機(jī)具有較大的離地間隙，以提高其不平地面上的越野性能；
?? （3）行走裝置具有較大的支撐面積或較小的接地比壓，以提高鉆機(jī)穩(wěn)定性；
?? （4）在鉆機(jī)斜坡下行時(shí)不發(fā)生下滑和超速溜坡現(xiàn)象，以提高鉆機(jī)安全性；
?? （5）行走裝置的外形尺寸應(yīng)符合道路運(yùn)輸?shù)囊螅?
（6）在鉆機(jī)作業(yè)時(shí)需要用專門支腿支撐，以確保鉆機(jī)穩(wěn)定性和安全性；
（7）相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)要求為：
外形尺寸≤3800mm×200mm×650mm
離地間隙≥280mm
載重量≥7.5t（包括工作載荷），現(xiàn)綜合考慮設(shè)計(jì)時(shí)采用8t
行使速度20m/min
爬坡能力≥25°
2.4 履帶行走裝置的設(shè)計(jì)因素
影響履帶式鉆機(jī)行走性能的因素很多，若考慮不周到，設(shè)計(jì)不合理，將會出現(xiàn)行走及轉(zhuǎn)向困難、加速性能差等問題，大大影響鉆機(jī)的使用性能。影響履帶式工程鉆機(jī)性能的一般有以下幾種因素。
（1） 地面對履帶的運(yùn)行阻力
地面對履帶的運(yùn)行阻力是指地面變形造成的運(yùn)行阻力，其大小和履帶接地比壓、車輛質(zhì)心位置及地面情況等因素有關(guān)。因鉆機(jī)一般都要在比較惡劣的地面上施工作業(yè)，所以在選運(yùn)行比阻力系數(shù)的時(shí)候，應(yīng)充分考慮全各種工作環(huán)境，選取合適的阻力系數(shù)。
（2） 內(nèi)阻力
內(nèi)阻力主要指由行走機(jī)構(gòu)內(nèi)部的摩擦力造成的行走阻力。一般的履帶式行走機(jī)構(gòu)都是由驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)、履帶、支重輪、導(dǎo)向輪、托鏈輪或托鏈板等組成。在行走時(shí)，這些機(jī)構(gòu)之間的摩擦必定會產(chǎn)生一定的內(nèi)部阻力，這種阻力一般主要有五部分組成：① 履帶板繞過導(dǎo)向輪和驅(qū)動(dòng)輪時(shí)，履帶銷子與履帶銷套間相對轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)的摩擦阻力。這種阻力與履帶銷子直徑、履帶銷與銷套間的摩擦系數(shù)有關(guān)。② 支重輪處的摩擦阻力。這種阻力與支重輪外徑、支重輪直徑、支重輪傳到履帶板的重力及支重輪和輪軸間的摩擦系數(shù)有關(guān)。③ 導(dǎo)向輪處的摩擦阻力。這種阻力與導(dǎo)向輪軸和軸承間的摩擦系數(shù)、導(dǎo)向輪軸徑及導(dǎo)向輪滾道直徑有關(guān)。④ 驅(qū)動(dòng)輪處的摩擦阻力。這種阻力與驅(qū)動(dòng)輪軸承的摩擦系數(shù)、驅(qū)動(dòng)輪軸直徑、驅(qū)動(dòng)輪節(jié)圓直徑及履帶緊邊拉力有關(guān)。⑤ 托鏈輪或托鏈板處的摩擦阻力。這種阻力主要與托鏈輪或托鏈板所支撐的履帶板的重量及接觸面積和摩擦系數(shù)有關(guān)。內(nèi)阻力一般要占行走阻力的16%左右，所以設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)給予充分的考慮。
（3） 坡阻力
坡阻力是指車輛爬坡時(shí)由于自重的分力造成的行走阻力。一般的施工工地都凸凹不平，這就要求履帶式鉆機(jī)必須要具備一定的爬坡能力。坡阻力公式為F=mgsina，可以看出坡阻力的大小主要由該車的爬坡度及自重決定，并且與二者成正比。該阻力一般要占到整個(gè)行駛阻力的60%左右，是影響履帶式鉆機(jī)行駛性能的最主要因素。
（4） 轉(zhuǎn)彎阻力
轉(zhuǎn)彎阻力主要有以下兩種情況：① 原地轉(zhuǎn)彎阻力。原地轉(zhuǎn)彎阻力是指兩側(cè)履帶同時(shí)反向轉(zhuǎn)向時(shí)所產(chǎn)生的阻力，這種阻力主要與垂直載荷和摩擦阻力的比例系數(shù)、履帶接地長度及軌距有關(guān)。② 單側(cè)履帶轉(zhuǎn)向阻力。單側(cè)履帶轉(zhuǎn)向阻力是指履帶一側(cè)制動(dòng)，另一側(cè)單邊轉(zhuǎn)向時(shí)所產(chǎn)生的阻力。這種阻力主要與流動(dòng)阻力系數(shù)、轉(zhuǎn)向阻力系數(shù)、履帶接地長度及軌距有關(guān)。另外，這兩種阻力的大小也與整車的質(zhì)心有關(guān)，若機(jī)械質(zhì)心落在履帶架的中心（既履帶接地比壓均勻分布），這時(shí)的轉(zhuǎn)彎阻力要比履帶接地比壓非均勻分布時(shí)小一些，所以在轉(zhuǎn)彎時(shí)應(yīng)盡量使整車質(zhì)心落在履帶架的中心。
（5） 風(fēng)阻力
風(fēng)阻力的大小主要與車輛的迎風(fēng)面積、結(jié)構(gòu)的充實(shí)率及風(fēng)速有關(guān)。對于中大型的履帶式工程車輛，因其牽引力比較大，而風(fēng)阻力一般都很小，只占到牽引力的0.1%左右，所以風(fēng)阻力可以只作為參考因素。
（6） 慣性阻力。
慣性阻力是由車輛起動(dòng)時(shí)的加速度造成的行走阻力，其大小主要與自重和起動(dòng)加速度有關(guān)，并且與其成正比。對于一些行駛速度慢和不要求快速起動(dòng)的工程車輛，此因素也可以只作為參考因素。
因此，在設(shè)計(jì)履帶式工程車輛的行走機(jī)構(gòu)時(shí)，應(yīng)根據(jù)具體的工作條件，全面充分考慮各種阻力，并進(jìn)行詳細(xì)認(rèn)真的計(jì)算，以便設(shè)計(jì)出合理的傳動(dòng)機(jī)構(gòu)和選出合適的行走減速機(jī)。
2.5 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
2.5.1 整體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
履帶式行走裝置由“四輪一帶”（即驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托輪、以及履帶），張緊機(jī)構(gòu)、機(jī)架等組成。
總體設(shè)計(jì)應(yīng)考慮到的因素有：① 結(jié)構(gòu)緊湊；② 足夠的支撐強(qiáng)度；③ 工作平穩(wěn)，使用壽命長；④ 底盤上放置的各組件的尺寸和重量等等。
根據(jù)現(xiàn)有的成熟技術(shù)，最后定出履帶底盤的總體結(jié)構(gòu)布局如圖2.1：
圖2.1 履帶底盤
2.5.2 零部件的設(shè)計(jì)
（1） 張緊機(jī)構(gòu)：
張緊機(jī)構(gòu)是履帶底盤里的重要部件。張緊機(jī)構(gòu)使履帶保持一定的張緊度，但必須要有個(gè)度，不能過松或太緊。履帶過松將增加行走裝置的沖擊載荷和附加功率消耗，或發(fā)生脫軌掉鏈等故障，過緊會增加功率消耗并加速磨損。張緊裝置有兩種類型：一種是螺桿式張緊裝置，二是液壓式張緊裝置。
張緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)要求應(yīng)包括以下幾方面：
1）緩沖彈簧應(yīng)有必要的預(yù)緊力，防止車輛正常行使時(shí)因履帶跳動(dòng)而使張緊輪后移；
2）緩沖彈簧應(yīng)有必要的彈性行程，防止行走機(jī)構(gòu)遇障礙而使零件過載；
3）張緊機(jī)構(gòu)有一定的調(diào)節(jié)行程，方便因履帶過松時(shí)取下一塊履帶板后，張緊裝置仍
然可以調(diào)節(jié)履帶的松緊度。
本設(shè)計(jì)采用螺桿式張緊機(jī)構(gòu)，它的優(yōu)點(diǎn)是結(jié)構(gòu)簡單，缺點(diǎn)是調(diào)整費(fèi)力，尤其是當(dāng)螺紋生銹時(shí)更為困難。結(jié)構(gòu)圖2.2如下：
圖2.2 張緊機(jī)構(gòu)
① 當(dāng)履帶本身在松弛狀態(tài)下時(shí)，扳住調(diào)整桿的方扁絲，轉(zhuǎn)動(dòng)壓環(huán)右動(dòng)，把調(diào)整桿往左頂，然后轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整螺母使其往右動(dòng)，保持彈簧的張緊力；
② 當(dāng)履帶已在張緊狀態(tài)，前進(jìn)不打滑，后退打滑時(shí)，就是彈簧的張緊力不夠大，此時(shí)只要壓緊彈簧即可，即轉(zhuǎn)動(dòng)調(diào)整螺母使其往右動(dòng)，增大彈簧的張緊力。
（2） 引導(dǎo)輪：
引導(dǎo)輪（如圖2.3）與驅(qū)動(dòng)輪的軸心應(yīng)安裝在同一個(gè)水平面上，鏈輪應(yīng)保證共面性。導(dǎo)向槽安裝在導(dǎo)向架子的兩拖板上，與張緊機(jī)構(gòu)配合使用，一方面起到履帶傳動(dòng)之用，一方面可以調(diào)整履帶的松緊程度。應(yīng)保證鏈條的松邊不在上面，否則由于鏈條垂度逐漸增大，引起松邊和緊邊相碰。
圖2.3 引導(dǎo)輪
（3） 支重輪：
支重輪（圖2.4）主要由軸，法蘭，鏈輪和軸座組成。XPL30型鉆機(jī)中共用18個(gè)支重輪。其軸心應(yīng)與張緊輪和驅(qū)動(dòng)輪的軸在同一個(gè)平面上。對支重輪的設(shè)計(jì)要求是強(qiáng)度足夠、輪緣耐磨、密封可靠。選擇支重輪軸的材料為45鋼，調(diào)質(zhì)處理HB240～290。外圓表面淬火HRC50～55。表面鍍鉻0.03～0.04。
圖2.4 支重輪
（4） 驅(qū)動(dòng)輪：
驅(qū)動(dòng)輪（圖2.5）主要由軸、法蘭端蓋、連接套、油馬達(dá)等組成。XPL30型鉆機(jī)中共用2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪。液壓馬達(dá)通過連接套與驅(qū)動(dòng)輪連接，帶動(dòng)整機(jī)的行駛。
圖2.5 驅(qū)動(dòng)輪
（5） 托輪：
型鉆機(jī)中共使用兩個(gè)托輪（圖2.6），左右各一。起了支撐履帶的作用，減少履帶的跳動(dòng)并能防止履帶從側(cè)向滑脫。其軸心同樣應(yīng)與張緊輪和驅(qū)動(dòng)輪的軸在同一個(gè)平面。
圖2.6 托輪
（6） 履帶：
履帶的選用，應(yīng)根據(jù)履帶底盤的外形尺寸要求，以及客戶需求進(jìn)行整體考慮。受機(jī)器結(jié)構(gòu)的限制，鉆機(jī)的履帶接地長度一般在1000~1800mm之間，履帶板寬度一般在350~480mm之間。本機(jī)選用DHS135-41-350的履帶（上海中和傳動(dòng)軸有限公司），取履帶板寬度為350mm。
（7） 外擋板：
外擋板是步履機(jī)構(gòu)的一個(gè)重要組件。它不僅能起到固定支重輪位置的作用，而且能阻擋外部泥沙沾染支重輪，延長支重輪的使用時(shí)間。
（8） 履帶底盤：
履帶機(jī)架（圖2.7）由主梁、左右單片、撐筋、撐板等組焊而成。履帶機(jī)架構(gòu)成了整個(gè)步履機(jī)構(gòu)的框架,是重要的一個(gè)組件。
圖2.7 履帶機(jī)架
2.6 設(shè)計(jì)計(jì)算
2.6.1 主機(jī)行走裝置計(jì)算
（1） 履帶尺寸設(shè)計(jì)
履帶尺寸的設(shè)計(jì)，不僅要考慮接地比的較低的要求，而且接地長度L與履帶板寬度b的合理配合，對提高鉆機(jī)的牽引附著性能有較大的影響。窄長的履帶，滾動(dòng)阻力較小，有較好的牽引附著性能，但轉(zhuǎn)向阻力較大，會導(dǎo)致鉆機(jī)轉(zhuǎn)彎功率的 增加，轉(zhuǎn)彎困難。
根據(jù)一般普通工程機(jī)械中履帶設(shè)備的接地比壓為：0.05～0.08MPa[19]之間
初步擬訂定接地比壓為0.05MPa，則由下式：
（2.1）
式中：Pa—履帶平均接地比壓，KPa；
G —機(jī)器工作重力與垂直外載荷所構(gòu)成的合力，KN；
b —履帶接地區(qū)段寬度，m；
L —履帶接地區(qū)段長度，m
G=8t ×1000×9.8N/KG= 8000KG×9.8N/KG=78.4KN
根據(jù)履帶底盤的外形尺寸要求[7]，初定b=350mm
則 L=G/（2bPa）=2.22m 圓整后取2.2m=2200mm
選用DHS135-41-59L/350的履帶（上海中和傳動(dòng)軸有限公司）如圖2.8
圖2.8 DHS135-41-59L/350履帶
（2） 油馬達(dá)的選用
主要根據(jù)系統(tǒng)的工況來選擇液壓馬達(dá)，液壓馬達(dá)的主要性能參數(shù)有轉(zhuǎn)矩、轉(zhuǎn)速、壓力、排量、容積率等。對于低速運(yùn)轉(zhuǎn)工況，除可用低速馬達(dá)之外，也可用高速馬達(dá)加減速裝置。
液壓馬達(dá)種類有：
1）齒輪馬達(dá)。特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)簡單，制造容易，但輸出的轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn)速脈動(dòng)性較大，但當(dāng)轉(zhuǎn)速高于1000r/min時(shí)，其轉(zhuǎn)矩脈動(dòng)受到抑制，因此，齒輪馬達(dá)適用于高速低轉(zhuǎn)矩的情況下；
2）葉片馬達(dá)。特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)緊湊，外形尺寸小，運(yùn)動(dòng)平穩(wěn)，噪聲小，負(fù)載轉(zhuǎn)矩較?。?
3）軸向柱塞馬達(dá)。特點(diǎn)為結(jié)構(gòu)緊湊，徑向尺寸小，轉(zhuǎn)動(dòng)慣量小，轉(zhuǎn)速高，易于變量，能用多種方式自動(dòng)調(diào)節(jié)流量，適用范圍廣；
4）球塞式馬達(dá)。特點(diǎn)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩大，徑向尺寸大，適合于速度中等工況；
5）內(nèi)曲線馬達(dá)。特點(diǎn)為負(fù)載轉(zhuǎn)矩大，轉(zhuǎn)速底，平穩(wěn)性好。
因此在本設(shè)計(jì)中傾向于選擇內(nèi)曲線馬達(dá)，從各項(xiàng)參數(shù)上綜合考慮選擇QJM型液壓馬達(dá)，主要有以下特點(diǎn)：
1）該型馬達(dá)的滾動(dòng)體用一個(gè)鋼球代替了一般內(nèi)曲線馬達(dá)所用的兩只以上滾輪和橫梁，因而結(jié)構(gòu)簡單、工作可靠，體積、重量顯著減少；
2）運(yùn)動(dòng)副慣量小，鋼球結(jié)實(shí)可靠，故該型馬達(dá)可以在較高轉(zhuǎn)速和沖擊載荷下連續(xù)工作；
3）摩擦副少，配油軸與轉(zhuǎn)子內(nèi)力平衡，具有較高的機(jī)械和容積效率，能在很低的轉(zhuǎn)速下穩(wěn)定運(yùn)轉(zhuǎn)，啟動(dòng)力矩大。
4）所需回油背壓較低一般只需0.3～0.8Mpa；
5）因配油軸與定子剛性連接，故進(jìn)出油管可用鋼管連接；
6）簡單，拆修方便，對清潔度無特殊要求，油的過濾精度可按配套油泵的要求選定。
具體型號選擇為：
1QJM42-2.5球塞式液壓馬達(dá) [11]（寧波液壓馬達(dá)廠）,
參數(shù)如下：
M電機(jī) =7903N·M
N =320r/min
輸出功率 P電機(jī) = 26000W
(T=9550×0.001×P/n)
排量 = 2.56 L/r
額定壓力 = 20 Mpa
最大壓力 = 31.5 Mpa
（3） 履帶底盤牽引力及扭矩的計(jì)算[5]：
液壓馬達(dá)：1QJM42-2.5 排量：2.56L/r 流量：26.7L/r
額定壓力及輸出扭矩： 20Mpa/7578N.m
實(shí)際壓力及輸出扭矩： 16Mpa/6062N.m
履帶驅(qū)動(dòng)輪直徑：D=436.869mm
單條履帶牽引力：f=P/0.5D=6062L/(0.5×0.436869)=27752N
履帶總牽引力：F=2×f=55504N
則驅(qū)動(dòng)輪扭矩M =55504×0.215(驅(qū)動(dòng)輪半徑)/2(2個(gè)驅(qū)動(dòng)輪)
= 5966N·M
（4） 驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速：
n驅(qū)動(dòng)設(shè)定 = V工進(jìn)/（D×π）
=(16~41)/(0.437×π)
=11.8~30.2 r/min
（D =φ436.869mm）
n電機(jī)調(diào)速范圍 = （128~320）r/min
降速比定為：I設(shè)定 =160/11.8 =13.559
n驅(qū)動(dòng)實(shí)際 = n電機(jī)調(diào)速范圍/ I設(shè)定
=（128~320）/13.559
=9.44~23.6r/min
（5） 車輛行駛速度：
履帶行走機(jī)構(gòu)在水平地面的直線運(yùn)動(dòng)，可以看成是機(jī)架相對于接地鏈軌的相對運(yùn)動(dòng)和履帶對地面的滑轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)(牽連運(yùn)動(dòng))合成的結(jié)果。
當(dāng)履帶相對地面沒有滑轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)時(shí)，根據(jù)相對運(yùn)動(dòng)的原理，機(jī)架相對接地鏈軌的運(yùn)動(dòng)速度與鏈軌相對于機(jī)架的運(yùn)動(dòng)速度數(shù)值相等，方向相反。因此，可以通過考察鏈軌對靜止的機(jī)架的運(yùn)動(dòng)來求取兩者之間的相對運(yùn)動(dòng)速度。此時(shí)履帶在驅(qū)動(dòng)輪的帶動(dòng)下以一定的速度圍繞著這些輪子作“卷繞”運(yùn)動(dòng)。
由于履帶鏈軌是由一定長度的鏈軌節(jié)所組成的，如通常的鏈傳動(dòng)一樣，履帶的卷繞運(yùn)動(dòng)速度即使在驅(qū)動(dòng)輪等速旋轉(zhuǎn)下，亦不是一個(gè)常數(shù)。
履帶卷繞運(yùn)動(dòng)的平均速度可通過驅(qū)動(dòng)輪每轉(zhuǎn)一圈所卷繞(轉(zhuǎn)過)的鏈軌節(jié)的總長來計(jì)算。
設(shè)：—鏈軌節(jié)矩，m；
—驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)速，r/min。
—驅(qū)動(dòng)鏈輪的有效嚙合齒數(shù)。
則履帶卷繞運(yùn)動(dòng)的平均速度[4]可由下式計(jì)算：
（2.2）
當(dāng)履帶在地面上作無滑動(dòng)行駛時(shí)，車輛的行駛速度顯然就等于機(jī)架相對于接地鏈軌的運(yùn)動(dòng)速度，后者在數(shù)值上等于履帶卷繞運(yùn)動(dòng)的速度。通常，將車輛履帶在面上沒有任何滑移時(shí)，車輛的平均行駛速度稱為理論行駛速度，它在數(shù)值上應(yīng)等于履帶卷繞運(yùn)動(dòng)的平均速度，亦即：
（2.3）
由此可得增加時(shí)，履帶卷繞運(yùn)動(dòng)速度的波動(dòng)就減小。
當(dāng)車輛在實(shí)際工作時(shí)，即使?fàn)恳]有超過履帶與地面的附著能力，履帶與地面之間還是存在著少量滑轉(zhuǎn)的。這是因?yàn)槁膸D壓土壤并使它在水平方向有滑轉(zhuǎn)的趨向。在履帶存在滑轉(zhuǎn)的情況下，車輛的行駛速度稱為實(shí)際行駛速度，它顯然應(yīng)該是履帶的滑轉(zhuǎn)速度和機(jī)架對接地鏈軌的相對速度的合成速度，亦即：
（2.4）
式中：—履帶在地面上的滑轉(zhuǎn)速度。
通常用滑轉(zhuǎn)率δ來表示履帶對地面的滑轉(zhuǎn)程度，它表明了由于滑轉(zhuǎn)而引起的車輛行程或速度的損失，并可由下式計(jì)算：
（2.5）
履帶滑轉(zhuǎn)程度與路面地質(zhì)有關(guān)，故此處不做計(jì)算。
由（2.3）式得，鉆機(jī)理論行駛速度： （2.6）
=15.6m/min
有效嚙合齒數(shù) 驅(qū)動(dòng)輪轉(zhuǎn)數(shù)取n=20r/min
（6） 鉆機(jī)行駛坡阻力及最大爬坡角度：
通過樣機(jī)實(shí)驗(yàn)：8T鉆機(jī)履帶摩擦力為 f=17346.2N
最大爬坡角度為：[9]
= arcsin0.48671=29.1°
本鉆機(jī)標(biāo)定爬坡角度為：25°
（7） 履帶接地比壓計(jì)算：
履帶單位接地面積所承受的垂直荷載，稱為履帶接地比壓。對于具有兩條履帶的工程機(jī)械來說，當(dāng)工作重力與垂直外載荷所構(gòu)成的合力在水平地面上的投影同履帶接地區(qū)段的幾何中心相重合時(shí)，履帶接地比壓便呈均勻分布狀態(tài)，稱為平均比壓，其表達(dá)式為：
（2.7）
式中：Pa—履帶平均接地比壓
G —機(jī)器工作重力與垂直外載荷所構(gòu)成的合力
b —履帶板的寬度
???? L —單條履帶行走機(jī)構(gòu)的接地長度
履帶接地長度與履帶板寬度的選取：
接地長度L與履帶板寬度b的合理配合，對提高鉆機(jī)的牽引附著性能有較大的影響。窄長的履帶，滾動(dòng)阻力較小，有較好的牽引附著性能，但轉(zhuǎn)向阻力較大，會導(dǎo)致鉆機(jī)轉(zhuǎn)彎功率的 增加，轉(zhuǎn)彎困難。在XPL30鉆機(jī)中，b/L推薦一般為：0.15~0.22。G大約取8噸，L取值為2.2m，b取值為0.35m，得：
（2.8）
根據(jù)實(shí)際工程作業(yè)經(jīng)驗(yàn)：
1）普通工程機(jī)械中履帶設(shè)備[17]的接地比壓為：0.05～0.08MPa之間
2）鐵路隧道履帶設(shè)備的接地比壓為：≤0.14Mpa
鉆機(jī)滿足接地比壓要求。
附加說明：實(shí)際情況中，大部分履帶機(jī)械的實(shí)際接地比壓往往不是均勻分布的，這是由于機(jī)器的重心通常不在履帶接地長度L的中央。當(dāng)機(jī)器總重力作用偏離履帶接地長度L中心時(shí)，由于偏離值e不同，其比壓分布也不相同。
具體的履帶接地比分布情況，與鉆機(jī)的工況，前輪的結(jié)構(gòu)布置等等均有關(guān)系，所涉及的計(jì)算說明冗長晦澀，因此在這不做深入分析。
感興趣請參閱： 常璉.懸臂式部分?jǐn)嗝婢蜻M(jìn)機(jī)履帶行走機(jī)構(gòu)功率的確定.煤炭學(xué)報(bào)，1982（4）[12]。
（8） 履帶對地面附著力的校核計(jì)算：
履帶行走機(jī)構(gòu)的牽引力必須大于或等于各阻力之和，但應(yīng)小于或等于履帶對地面的附著力。
T0＝φ×G （2.9）
式中:T0——本鉆機(jī)的附著力
φ——附著系數(shù)
（9） 履帶行走機(jī)構(gòu)牽引力的計(jì)算確定：
履帶行走機(jī)構(gòu)的最小牽引力應(yīng)滿足鉆機(jī)在最大設(shè)計(jì)坡度上作業(yè)、爬坡和轉(zhuǎn)彎等工況的要 求，最大牽引力應(yīng)小于在水平路面履帶的附著力。鉆機(jī)在最大設(shè)計(jì)爬坡能力時(shí)的牽引力為最大，而且移動(dòng)速度低，空氣阻力可 以忽略不計(jì)，所以履帶行走機(jī)構(gòu)的牽引力的計(jì)算以下列公式為依據(jù)。
T2＝Tf+Ti＝f×G+sinα ×G [9]
式中:T2——履帶行走機(jī)構(gòu)的牽引力
Tf——履帶行走機(jī)構(gòu)的滾動(dòng)阻力
Ti——履帶行走機(jī)構(gòu)的坡道阻力
f——履帶行走機(jī)構(gòu)的滾動(dòng)阻力系數(shù)
α——最大設(shè)計(jì)坡度角
同樣，鉆機(jī)牽引力的大小應(yīng)根據(jù)具體的路況確定，但應(yīng)保證T0>T2。即履帶的附著力大于最大牽引力。
2.6.2 履帶張緊機(jī)構(gòu)有關(guān)計(jì)算
（1） 緩沖彈簧組最小行程計(jì)算
履帶張緊機(jī)構(gòu)中大小彈簧所組成緩沖彈簧組的作用，一是保證適當(dāng)?shù)穆膸埦o力；二是當(dāng)導(dǎo)向輪受到前方的沖擊載荷或因泥砂、小石塊等嵌入驅(qū)動(dòng)輪的齒溝、履帶、支重輪和托輪時(shí)，緩沖彈簧組將回縮，藉以吸收振動(dòng)，防止履帶和驅(qū)動(dòng)輪損壞。如果緩沖彈簧組的行程過小，當(dāng)出現(xiàn)上述情況時(shí)，就可能導(dǎo)致剛性碰撞，造成履帶過載和張緊桿變形。因此，緩沖彈簧組必須具有一定的緩沖行程，以保證步履機(jī)構(gòu)在上述情況下依然能正常行駛。
緩沖彈簧組的最小行程計(jì)算公式為：
Ｌ＝π（Ｄｔ－Ｄｐ）/４ （2.10）
式中：Ｌ：緩沖彈簧的最小行程，mm
?。模簦候?qū)動(dòng)輪齒頂圓直徑，mm
Ｄｐ：驅(qū)動(dòng)輪齒根圓直徑，mm
根據(jù)此公式可得，在XPL30型鉆機(jī)中，Dt=467mm Dp=402mm
L= （2.11）
將緩沖彈簧的最小行程設(shè)計(jì)為52ｍｍ左右。
（2） 靜態(tài)預(yù)張緊力計(jì)算
由于履帶是由一塊塊履帶板通過銷軸或鏈軌節(jié)連接，因此在驅(qū)動(dòng)鏈輪與導(dǎo)向輪之間或與托鏈輪之間有一定的懸鏈線下垂，履帶預(yù)張緊力能使履帶下垂度控制在所需要的范圍內(nèi)，也就是預(yù)張緊力能通過履帶的下垂度來反映。因此，由履帶的下垂度就能計(jì)算出履帶所需要的預(yù)張緊力。
下垂度h的一般取值h=(0.015-0.03)L
其中h：履帶的下垂度 L：張緊輪與驅(qū)動(dòng)輪間中心距
靜態(tài)預(yù)張緊力按下式計(jì)算：
（2.12）
式中：：履帶的靜態(tài)預(yù)張緊力
g：一塊履帶板、鏈軌及螺栓組的重量
：鏈軌節(jié)距
在鉆機(jī)中，取L=3.313m Lt=0.13m g= 35N 得：
=12435.2N （2.13）
2.6.3 驅(qū)動(dòng)輪組件的設(shè)計(jì)
（1） 驅(qū)動(dòng)鏈輪尺寸設(shè)計(jì)
履帶鏈軌與鏈輪的嚙合屬非共軛嚙合傳動(dòng)，故其鏈輪齒廓幾何形狀具有一定的靈活性，但又直接影響傳動(dòng)質(zhì)量，使用壽命及加工難易程度，GB1244-85中規(guī)定出鏈輪齒廓幾何尺寸的允許范圍。
本設(shè)計(jì)中采用三圓弧--直線齒形，其標(biāo)記為： 齒形3R GB1244-85
查《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊》[1]表13-2-18，
選取鏈輪的材料：ZG310-570 淬火HRC45～50HBC，該材料適合沒有激烈沖擊振動(dòng)且在易磨損條件下工作的鏈輪。
由表13-2-2， 鏈輪齒數(shù) z=10
表13-2-1， 配用鏈條的節(jié)距 p=131.5mm
配用鏈條的滾子外徑 d1=33mm
鏈輪主要尺寸：（根據(jù)表13-2-13）
分度圓直徑： d =p / sin Error! No bookmark name given.(180°/ z ) （2.14）
=131.5×3.2362 = 435mm
齒頂圓直徑 ：da =p×(0.54+ctg180°/z) （2.15）
=131.5×(0.54+3.0778)
=467 mm,
齒根圓直徑 ：df =d-d1
=402mm
齒側(cè)凸緣（或排間槽）直徑： dg=p×ctg180°/z－1.04×h2－0.76 （2.16）
=131.5×3.0778-1.04×65-0.76
=336mm
h2：內(nèi)鏈板高度h2=65mm
分度圓弦齒高：ha = 0.27×p （2.17）
=0.27×131.5
= 35.505mm
根據(jù)表13-2-12
齒溝圓弧半徑：r1 = 0.5025d1 + 0.05 （2.18）
= 16.6325mm
齒溝半角：α/2 = 55°－60°/z （2.19）
=49°
工作段圓弧中心O2的坐標(biāo)：M = 0.8d1sin(α/2 )= 19.92mm （2.20）
T = 0.8d1cos(α/2) = 17.45mm （2.21）
工作段圓弧半徑：r2 = 1.3025d1 + 0.05 （2.22）
=43mm
工作段圓弧中心角：β= 18°－56°/z （2.23）
=12.4°
齒頂圓弧中心O3的坐標(biāo)：W = 1.3d1cos(180°/z)=38.32mm （2.24）
V=1.3d1sin(180°/z) =12.45mm （2.25）
齒形半角：γ/2 = 17°-64°/z （2.26）
=10.6°
齒頂圓弧半徑：r3 =d1(1.3cosγ/2+0.8cosβ-1.3025)-0.05 （2.27）
=24.92mm
工作段直線部分長度： bc =d1(1.3sinγ/2-0.8sinβ) （2.28）
=2.22mm
e點(diǎn)至齒溝圓弧中心連線的距離 ： H==9.96mm （2.29）
如圖2.9所示：
圖2.9 驅(qū)動(dòng)鏈輪
（2） 驅(qū)動(dòng)輪軸設(shè)計(jì)與校核
軸的設(shè)計(jì)
1）選擇軸的材料
因?yàn)轵?qū)動(dòng)軸是承受載荷較大而無很大沖擊的重要軸，所以軸材料選用40，調(diào)質(zhì)處理HB229－269，查表6-1-1[1]得：
=650Mpa，=450Mpa，=295 Mpa，=170 Mpa
初步確定軸端直徑
取A=103 （按表6-1-19選取，因轉(zhuǎn)速低故取小值。）
軸端直徑:
d= （2.30）
考慮軸為花鍵軸，軸徑應(yīng)增大4%—5%，取d=112mm
2）軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)
通常設(shè)計(jì)軸結(jié)構(gòu)時(shí)應(yīng)考慮如下因素：
① 便于軸上零件（如齒輪、軸承等）的裝拆與調(diào)整；
② 保證軸上零件的定位與固定可靠；
③ 具有良好的加工工藝性；
④ 力求受力合理，應(yīng)力集中小，工作能力強(qiáng)，節(jié)約材料和減輕重量。
從這些要求出發(fā)，軸通常設(shè)計(jì)成中間大兩頭小的階梯形，這樣用料省，便于加工制造?？紤]到軸與液壓馬達(dá)相連接，故一端軸應(yīng)為花鍵軸，且軸的直徑應(yīng)與馬達(dá)尺寸相配合。由于驅(qū)動(dòng)軸上軸承主要承受徑向載荷，又需要承受一定的軸向力，所以選用深溝球軸承。根據(jù)履帶的特點(diǎn)，選用一對深溝球軸承，且兩軸承應(yīng)該位于驅(qū)動(dòng)輪和馬達(dá)之間。并將兩軸承安裝于同一階梯面上，之間用軸套閣開，一端由軸肩定位，一端采用軸用擋圈定位。為了便于裝配，軸端應(yīng)加工出倒角（一般為45°）
綜上，設(shè)計(jì)輸入軸如下圖2.10：
圖2.10 驅(qū)動(dòng)輪軸
軸的強(qiáng)度校核[2]：
（1）畫出空間受力簡圖：
初定尺寸：L1=86mm，L2=47mm，L3=49mm
鏈輪的材料為ZG319-570
根據(jù)鏈輪的大致尺寸可算出：
G輪=313.74N 扭矩M=5966N·M
作用在軸上的力：Ft≈（1.15～1.20）KA F （2.31）
=1.2×1.8×27752
=59942.3N
其中，取KA=1.8 有效圓周力F=f=27752N
（2）水平面受力圖：
支點(diǎn)反力=N （2.32）
==N （2.33）
方向與圖示相反。
B點(diǎn)水平彎矩 N·M （2.34）
A點(diǎn)水平彎矩 N·M （2.35）
（3）畫出垂直面受力圖：
由：G輪= FAv + FBv
G輪×（86+47）=FAv×47
得： FAv=887.8N FBv=－574.4N
B點(diǎn)垂直彎矩 N·M （2.36）
A點(diǎn)垂直彎矩 N·M （2.37）
求合成彎矩：
2337.5N·M （2.38）
6622.8N·M （2.39）
（4）計(jì)算A、B處當(dāng)量轉(zhuǎn)矩：
在受對稱循環(huán)變應(yīng)力時(shí)，取應(yīng)力校正系數(shù)
N·M （240）
N·M （2.41）
（5）校核軸的強(qiáng)度：對危險(xiǎn)截面A、B兩截面進(jìn)行強(qiáng)度校核。
下面以截面A為例進(jìn)行安全系數(shù)校核。
表2-1 截面A安全系數(shù)校核
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算內(nèi)容
計(jì)算結(jié)果
對稱循環(huán)疲勞極限
軸材料選用40Cr鋼調(diào)質(zhì)，
脈動(dòng)循環(huán)疲勞極限
等效系數(shù)
（截面A上的應(yīng)力）
彎矩（截面A）
彎曲應(yīng)力幅
彎曲平均應(yīng)力
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅和平均切應(yīng)力
（應(yīng)力集中系數(shù)）
有效應(yīng)力集中系數(shù)
表6-1-30
表面狀態(tài)系數(shù)
續(xù)表2-1
尺寸系數(shù)
安全系數(shù)
彎曲安全系數(shù)
，
扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)
復(fù)合安全系數(shù)
（截面B上的應(yīng)力）
彎矩（截面2）
彎曲應(yīng)力幅
彎曲平均應(yīng)力
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力
扭轉(zhuǎn)切應(yīng)力幅和平均切應(yīng)力
（應(yīng)力集中系數(shù)）
有效應(yīng)力集中系數(shù)
表面狀態(tài)系數(shù)
尺寸系數(shù)
安全系數(shù)
續(xù)表2-1
彎曲安全系數(shù)
設(shè)為無限壽命，，
扭轉(zhuǎn)安全系數(shù)
復(fù)合安全系數(shù)
經(jīng)校核，A、B兩截面均安全。
軸承的選用與壽命校核：
（1） 類型選擇
滾動(dòng)軸承所受載荷的大小、性質(zhì)及方向，是選擇軸承類型的主要依據(jù)。
在驅(qū)動(dòng)軸上軸承主要承受徑向載荷，又需要承受一定的軸向力，所以選用深溝球軸承。使用端蓋油封進(jìn)行密封，以起到防塵的效果。在軸承上涂上潤滑油，起到防塵及減小摩擦功耗等作用。
（2） 壽命校核
軸承6021，靜載荷安全系數(shù)
徑向力 轉(zhuǎn)速預(yù)期壽命10000小時(shí)
表2-2 壽命校核
計(jì)算項(xiàng)目
計(jì)算內(nèi)容
計(jì)算結(jié)果
沖擊載荷系數(shù)
有一定沖擊
當(dāng)量動(dòng)載荷
計(jì)算額定動(dòng)載荷
基本額定動(dòng)載荷
>
續(xù)表2-2
軸承壽命
H
額定靜載荷
>
經(jīng)校核壽命和靜載荷計(jì)算均可滿足工作要求。
3 底架設(shè)計(jì)
3.1 底架的介紹
底架主要起支撐部件，存放物品的功能，在底架上鋪有花紋鋼板。主體采用焊接工藝，材料多用槽鋼，即采用槽鋼拼焊。底架配有四個(gè)支腿油缸，兩個(gè)側(cè)機(jī)架。同側(cè)的兩個(gè)支腿油缸通過球座、螺釘?shù)冗B接一側(cè)機(jī)架。在鉆機(jī)作業(yè)時(shí)，通過操縱臺控制，支腿油缸能把整個(gè)鉆機(jī)抬起，再通過側(cè)機(jī)架與地面的充分接觸，保證了鉆機(jī)工作時(shí)的穩(wěn)定性與安全性。
3.2 設(shè)計(jì)要求及步驟
參照以往的鉆機(jī)的底架組件裝置模型，按照本鉆機(jī)底架組件裝置的作用和要求設(shè)計(jì)。此外在設(shè)計(jì)時(shí)，必須考慮底架與履帶底盤是如何配合以及底架與操縱臺、電氣柜等是如何聯(lián)系在一起。在本設(shè)計(jì)中，在底架下端焊接一連接座，再與履帶底盤相焊接，連成一個(gè)整體。
3.3 底架架的設(shè)計(jì)
3.3.1 底架設(shè)計(jì)準(zhǔn)則
（1）工況要求
機(jī)架的設(shè)計(jì)首先必須保證機(jī)器的特定要求。例如本設(shè)計(jì)中機(jī)架的外形必須平整，沒有特別的突出，為了保證起塔油缸與主支撐上端在同一水平線上，應(yīng)使起塔油缸的支撐槽鋼低于機(jī)架的整體平面上。
（2）剛度強(qiáng)度要求
對于一般設(shè)備的機(jī)架，應(yīng)同時(shí)滿足剛度與強(qiáng)度的要求。特別是對于本設(shè)計(jì)中機(jī)架要承受很多重載設(shè)備，強(qiáng)度要求須引起足夠的重視。其準(zhǔn)則為在機(jī)器運(yùn)轉(zhuǎn)中可能發(fā)生的最大載荷情況下，機(jī)架上任何點(diǎn)的應(yīng)力都不得大于允許應(yīng)力。
（3）美觀
現(xiàn)代設(shè)計(jì)對機(jī)器的要求不僅能完成特定的工作，而且要外形美觀。
（4）其他
防腐蝕，變形小等要求。
參考同類產(chǎn)品[16]，考慮目前的可行性，設(shè)計(jì)形狀如圖3.1：
圖3.1 底架
3.3.2 焊接工藝的說明
整個(gè)機(jī)架為焊接件，焊接零件的材料為Q235低碳鋼，是焊接性最好的鋼種。采用通常的焊接方法焊接后，接頭中不會產(chǎn)生淬硬組織或裂紋。只要焊接材料選擇適當(dāng)，便能得到滿意的焊接接頭。
根據(jù)機(jī)架結(jié)構(gòu)的零件為Q235鋼，其抗拉強(qiáng)度平均為約417.5N/mm2。按等強(qiáng)度原則應(yīng)選用E4303型號焊條，它的熔敷金屬抗拉強(qiáng)度不小于420N/mm2（43kgf/mm2），在力學(xué)性能上與母材恰好相匹配。
在電弧焊焊接時(shí)，為了提高焊縫的塑性、韌性和抗裂性能，通常是使焊縫金屬的碳含量低于母材，依靠提高焊縫中的硅、錳含量和電弧焊所具有較高的冷卻速度來達(dá)到與母材等強(qiáng)度。因此，焊縫金屬會隨著冷卻速度的增加，提高其強(qiáng)度，而塑性、韌性會下降。為了防止過快的冷卻速度，當(dāng)厚板單層角焊縫時(shí)，其焊角尺寸不宜過??；多層焊時(shí)，應(yīng)盡量連續(xù)施焊；焊補(bǔ)表面缺陷時(shí)，焊縫應(yīng)具有一定的尺寸，焊縫長度不得過短，必要時(shí)應(yīng)采用100～150°的局部預(yù)熱。
當(dāng)母材成分中碳含量偏高或在低溫下焊接大剛性結(jié)構(gòu)時(shí)，可能產(chǎn)生冷裂紋，這時(shí)應(yīng)采取預(yù)熱或采用低氫型焊條等措施。
低碳鋼弧焊焊縫通常具有較高的抗熱裂紋能力，但當(dāng)母材碳含量以接近上限（0.25%）時(shí)，在接頭設(shè)計(jì)或工藝操作上要避免焊縫具有窄而深的形狀，因這樣形狀的焊縫最容易產(chǎn)生熱裂紋。
某些焊接方法熱源不集中或線能量過大，如氣焊和電渣焊等，引起焊接熱影響區(qū)的粗晶區(qū)晶粒更加粗大，從而降低接頭的沖擊韌性，因此，重要結(jié)構(gòu)焊后往往要進(jìn)行正火處理。
由于結(jié)構(gòu)上的差別，所選用的焊條也不相同。隨著板厚的增加，接頭的冷卻速度加快，促使焊縫金屬硬化，接頭內(nèi)殘余應(yīng)力增大，需選用抗裂性能好的焊條；厚板為了焊透，須開坡口焊接，這樣填充金屬量增加，為了提高生產(chǎn)效率，可選用鐵粉焊條。同樣板厚的對接接頭與T形接頭的散熱條件各不相同，后者的角焊縫冷卻快，須考慮抗裂問題；隨著焊角尺寸的加大，填充金屬量是以平方數(shù)增加，也須相應(yīng)選用較大的焊條直徑。
為確保焊接質(zhì)量，在焊接工藝方面須注意：
① 焊接前清除焊件表面鐵銹、油污、水分等雜質(zhì)，焊接材料用前必須烘干。
② 角焊縫、對接多層焊的第一層焊縫以及單道焊縫要避免采用窄而深的坡口形式，以防止出現(xiàn)裂紋、未焊透或夾渣等焊接缺陷。
③ 焊接剛性大的構(gòu)件時(shí)，為了防止產(chǎn)生裂紋，宜采取焊前預(yù)熱和焊后消除應(yīng)力的措施。
3.4 支腿機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)
3.4.1 支腿機(jī)構(gòu)的介紹
支腿機(jī)構(gòu)是為了保證鉆機(jī)在工作時(shí)能有一個(gè)平穩(wěn)的工作平臺而設(shè)的，由于履帶有張緊機(jī)構(gòu)且與地面接觸面較大，難以保證水平，且在遇震動(dòng)時(shí)也難以保證平穩(wěn)，所以設(shè)計(jì)了支腿機(jī)構(gòu)，以保證作業(yè)時(shí)的穩(wěn)定性及安全性。
3.4.2 設(shè)計(jì)要求
（1）由于要受到側(cè)向力，故活塞與導(dǎo)向套之間必須設(shè)間隔套。
（2）活塞桿要有較強(qiáng)的抗彎強(qiáng)度。重型油缸活塞桿則必須調(diào)質(zhì)，并表面淬火，條件充許的話采用鋼管，以增強(qiáng)其剛性。
（3）由于在施工時(shí)，其支腿油缸處于受力狀態(tài)，必須設(shè)有液壓鎖閥裝置,油缸的內(nèi)泄漏為必檢的一個(gè)重要指標(biāo)。
支腿機(jī)構(gòu)的結(jié)構(gòu)如圖3.2：
圖3.2 支腿機(jī)構(gòu)
1—支腿油缸；2—端蓋；3—球座；4—鎖閥
圖3.3 支腿油缸
1—油缸缸筒；2—活塞桿；3—活塞；4—固定部分；5—導(dǎo)向套
3.4.3 支腿油缸的相關(guān)計(jì)算
計(jì)算工況為假設(shè)全機(jī)的重量集中在一個(gè)支腿油缸上。即油缸能承受的最大負(fù)載為：F=9.8G=9.8×8000=78400N
（1） 液壓缸的公稱壓力Pn=16Mpa
活塞伸出時(shí)的理論推力F1： F1=A×Pn×10=×p10[4]
活塞縮回時(shí)的理論拉力F2：F2=A×Pn ×10=10[4]
根據(jù)已知參數(shù)，初步選油缸內(nèi)徑D=100mm,活塞直徑d=70 mm。
則 F1= A×Pn 10=p10
=>F
同理：F2= A×Pn 10=10
==64056N
（2） 液壓缸的負(fù)載率：根據(jù)一般設(shè)計(jì)經(jīng)驗(yàn)通常采用=0.5～0.7
本設(shè)計(jì)取=0.6。
（3） 安全系數(shù)取n=5，缸筒材料為45鋼，σb=600 Mpa，=335MPa
壁厚計(jì)算：δ0≥=10.4mm (Pmax=1.5Pn=1.5×16=24 Mpa，=σb/n=600×106/5=1