【正文】 ...................................................................... 9 液壓動力頭總體控制方案的設計 ...................................................... 10 液壓系統(tǒng)元件的計算及選型 ........................................................................ 12 液壓執(zhí)行元件的計算選型 .................................................................. 12 液壓動力源的計算選型 ...................................................................... 13 液壓動力頭控制元件選型 .................................................................. 16 第 3 章 液壓動力頭的結構設計計算 ........................................................................ 20 液壓動力頭總體結構方案的設計 ................................................................ 20 減速器齒輪傳動設計計算 ............................................................................ 21 齒輪傳動原理 ...................................................................................... 21 齒輪傳動的參數計算 .......................................................................... 21 箱體尺寸的確定 ............................................................................................ 26 輸出軸的設計計算及校核 ............................................................................ 26 軸的基本參數計算 .............................................................................. 26 軸的結構設計 ...................................................................................... 27 軸的校核 .............................................................................................. 29 第 4 章 總結 ................................................................................................................ 34 參考文獻 ...................................................................................................................... 35 致謝 .............................................................................................................................. 36 附錄Ⅰ實習報告 .......................................................................................................... 37 附錄Ⅱ圖紙列表 .......................................................................................................... 40 附錄Ⅲ外文翻譯 .......................................................................................................... 41 中南大學本科生論文 I 摘要 近年來，隨著能源危機和環(huán)境污染的日益嚴重，環(huán)保和節(jié)能已經是工程建設中必須要慎重考慮的。本文全新的液壓驅動動力頭方案，對長螺旋鉆機鉆進系統(tǒng)的進一步研究與開發(fā)具有一定的參考價值。鉆進系統(tǒng)包括動力頭與鉆具，動力頭的輸出軸與螺旋鉆具為中空式，樁機采用長螺旋成孔，可通過鉆桿中心管將混凝土或泥漿進行泵送混凝土 CFG樁施工，即能鉆孔成孔 一 機一次完成，也可用于干法成孔、注漿置換改變鉆具后還可采取深層攪拌等多種工法進行施工。動力頭可沿滑道上下滑動托運時可拆卸。 樁架主要起固定鉆孔執(zhí)行裝置、鉆進導向及行走移動、機身調平的功能。 長螺旋 鉆 孔 成樁 是 一 種 無泥 漿 循環(huán) 干 作業(yè) 環(huán) 保型施 工 技 術 ,主要適應于地下水位以上的粘性土層 、 砂土層和 小 粒徑卵 礫 石 地層 。憑借這些優(yōu)點，長螺旋鉆進施工方法在城市建筑中獲得了廣泛的運用。樁體與樁間土體共同作用，組成水泥粉煤灰樁復合地基。 2）進度穩(wěn)定，控制措施完善，工期保證性強。 動力頭的 技術 現狀 與展望 動力頭是 能實現主運動和進給運動，并且有自動工件循環(huán)的動力部件。雖然其具有優(yōu)越的性能，但由于中南大學本科生論文 5 其價格昂貴，至今國內還未見引進國外該類動力頭進行長螺旋鉆進施工 。 在施工中，長螺旋鉆進經常會因某些原因在深層土壤中停鉆或卡鉆，再重新啟動時需要的扭矩較大 。 5） 質量大， 成本高 (由于 三環(huán)減速機為專利技術產品，價格很高 )。 長螺旋鉆機的動力頭 如果 采用液壓驅動， 其 與電機驅動動力頭相比具有非常大的優(yōu)勢和潛力 ，其主要優(yōu)點 [3]有： 1） 、液壓驅動調速極為方便。 4）液壓驅動對于地質條件適宜性高。液壓驅動動力頭可使能源系統(tǒng)移至機身，向大功率發(fā)展比較方便。 中南大學本科生論文 8 第 2章 液壓動力頭 的 液壓系統(tǒng) 設計 液壓動力頭 液壓系統(tǒng) 方案的設計 液壓動力源方案的設計 由于工程機械的裝機容量非常大，為了節(jié)約能源和提高效率 ，在其主傳動液壓控制系統(tǒng)中應該盡量避免功率損失嚴重的節(jié)流調速，節(jié)流調速 效率較低，只適合負載變化不大的回路。 a) 流量特性 b）功率特性 圖 23 壓力補償泵特性曲線 根據上圖對比信息可知， 壓力補償變量泵 [6]的 壓力和流量變化如 ABCD 線段所示，其中 CD 直線由系統(tǒng)調定壓力決定。由于電機的輸出扭矩小，所以必須要用大減速比的三環(huán)減速機才能保證工作扭矩。 設計參數要求最大輸出扭矩不低于 45 KN為了減少本系統(tǒng)的功率損失，所以采用 4個二通插裝閥與一個小通徑的三位四通換向閥組成先導式插裝閥控制系統(tǒng)，作為液壓系統(tǒng)主油路換向的控制元件。在主油路不工作時 閥 X不通電，溢流閥 E的先導油口直接接通油箱，系統(tǒng)處于卸荷狀態(tài)。 查詢 IY32250 型液壓傳動裝置的技術參數 [13]，其參數如表 22。 液壓 動力源 的計算選型 一、 電機的計算選型 根據 給定設計參數動力頭最大工作扭矩不小于 45 KN 液壓泵的輸出壓 力應是執(zhí)行元件所需壓力與配管的壓力損失和控制閥的壓力損失之和。 m) 理論功率（ kW） 參數值 1500 421 液壓泵出口到 液壓傳動裝置 入口之間總的管路 壓力 損失 取 為 =1MPa，在變流量時認為其為恒定值。所以此系統(tǒng)壓力補償泵的選擇是合理的。 此液壓動力頭液壓系統(tǒng)中，電磁換向閥 W是用來控制液壓泵對于液壓傳動裝置的進油方向，達到對鉆桿的轉動方向的控制。流量越小，開啟壓力越高，油中含氣越多，則越容易振動。 啟閉特性是選用溢流閥時要考慮的重要因素。 先導溢流閥的型號 參數 [13]如下表 26。 表 27 榆次油研 LD32型插裝閥參數 參數項目 公稱通徑（ mm） 額定流量（ L/min） 最高使用壓力（ MPa） 主閥面積比 參數值 32 500 2:1 通過參數對比可知，選擇 榆次油研 LD32型插裝閥的額定流量和最高使用壓力都符合系統(tǒng)的最大工作壓力和最大流量要求，所以選擇榆次油研 LD32型插裝閥是合理的。 由表可查 ,選取小齒輪材料為 40 Cr (調質 ),硬度為 280HBS,大齒輪材料為 45鋼 (調質 )硬度為 240HBS,二者硬度差為 40HBS。 中南大學本科生論文 26 箱體尺寸的確定 通過對齒輪減速箱內部齒輪的設計計算，根據傳動裝置的運動簡圖和計算得來的齒輪直徑、中心距，參考同類減速器圖紙 [11]，對減速箱的外形尺寸進行估計，合理對減速箱進行布局。 中南大學本科生論文 28 1— 輸出軸， 2— 法蘭盤， 3— 密封圈， 10— 套筒 ， 9— 圓柱滾子軸承， 7— 大齒輪軸 圖 33 軸的結構與裝配 （ 2）根據軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長度 A） 軸 上裝有 大 齒輪 法蘭 盤 2 處的直徑，如圖 41 中的 DE 和 BC 段的直徑應該取標準值，其中 DE 段的直徑為 d=270mm， 其長度則應取安裝尺寸， 長度定為 l=280mm，而其中的 BC 段是法蘭盤，則其取標準直徑為 d=235mm，必須要經前面的套筒定位，在組合法蘭盤的長度尺寸可取其長度為 l=340mm。 中南大學本科生論文 29 e）為了降低應力集中，軸肩處的過渡圓角不宜過小，此處得圓角選取 R5而用作零件定位的軸肩，零件配合處得倒角應該大于軸肩處的過渡圓角半徑，以保。否則不能達到最佳的配合，選用的 標準 密封元件和軸承也起不到相應的作用 ，而自制的元件代價太高，也不合理 。 表 31 液壓動力頭減速箱箱體結構尺寸參數表 名稱 符號 尺寸 （ mm） 箱座壁厚 ， 20 箱蓋壁厚 18 箱座凸緣厚度 30 箱蓋凸緣厚度 27 箱底座凸緣厚度 50 箱座加強肋厚 17 箱蓋加強肋厚 15 輸出 軸的 設計 計算 及校核 軸 的 基本參數 計算 1)軸上的基本參數 功率 p 其中 為鉆桿理論輸出功率 kW； 為軸承效率 。KHN2= （ 7）計算接觸疲勞強度許用應力 取失效概率為 ，安全系數為 S=1，由式得 2）計算 中南大學本科生論文 23 （ 1）試算小齒輪分度圓直徑 d1t，帶入數值得 （ 2）計算圓周速度 （ 3）計算齒寬 b （ 4）模數 m t= / 齒高 h= m t= b/h=（ 5）計算載荷系數 根據圓周速度查的動載系數 =； 直齒輪，查表得 ；使用系數 查得小齒輪非對稱布置時， ， 帶入數據得 ；故載荷系數為 （ 6）按實際的載荷系數校正所算得的分度圓直徑，由公式得 （ 7）計算模數 m ，圓整取 m=10 中南大學本科生論文 24 由課本可知 ,彎曲強度的設計公式 [8]為 1) 確定公式內各個計算數值 (1) 由課本圖表查得小齒輪的彎曲疲勞極限 。 采用雙驅式 可以使傳動更加具有效率，傳動比可以保證 限定 值， 更便于軸的受力平穩(wěn)。通過 上述選取的溢流閥參數與系統(tǒng)計算的參數對比，可知 其 公稱壓力和流量都符合系統(tǒng)所需要求， 溢流閥的 選 型是 合理 的 。因此，執(zhí)行元件速度在負載力大時變得不穩(wěn)定，回路效率也顯著降低。 根據系統(tǒng)最大工作壓力 和最大流量為 DIFS型直通單向閥螺紋式連接裝在管路中。三位四通電磁換向閥的參數如下 表 24。液壓控制元件的容量要參考制造廠樣本上的最大流量值及壓力損失值來確定。 此時泵組輸出的理論流量為： zm i nm a x1 2 0 k W= = = 3 6 9 / m inp 1 9 . 5 aNQLMP 中南大學本科生論文 15 式 [4]中， minQ —— 在最大調定壓力下的泵供理論流量，即低轉速下的泵組理論流量 L／ min； zN 為 四臺 原動機總功率； KW； maxp —— 在液壓傳 動裝置輸出額定扭矩時的系統(tǒng)壓力，即調定最大壓力； aMP 。強調安全性、可靠性時，還應留有較大的余