【正文】 ...................................................................... 9 液壓動(dòng)力頭總體控制方案的設(shè)計(jì) ...................................................... 10 液壓系統(tǒng)元件的計(jì)算及選型 ........................................................................ 12 液壓執(zhí)行元件的計(jì)算選型 .................................................................. 12 液壓動(dòng)力源的計(jì)算選型 ...................................................................... 13 液壓動(dòng)力頭控制元件選型 .................................................................. 16 第 3 章 液壓動(dòng)力頭的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 ........................................................................ 20 液壓動(dòng)力頭總體結(jié)構(gòu)方案的設(shè)計(jì) ................................................................ 20 減速器齒輪傳動(dòng)設(shè)計(jì)計(jì)算 ............................................................................ 21 齒輪傳動(dòng)原理 ...................................................................................... 21 齒輪傳動(dòng)的參數(shù)計(jì)算 .......................................................................... 21 箱體尺寸的確定 ............................................................................................ 26 輸出軸的設(shè)計(jì)計(jì)算及校核 ............................................................................ 26 軸的基本參數(shù)計(jì)算 .............................................................................. 26 軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) ...................................................................................... 27 軸的校核 .............................................................................................. 29 第 4 章 總結(jié) ................................................................................................................ 34 參考文獻(xiàn) ...................................................................................................................... 35 致謝 .............................................................................................................................. 36 附錄Ⅰ實(shí)習(xí)報(bào)告 .......................................................................................................... 37 附錄Ⅱ圖紙列表 .......................................................................................................... 40 附錄Ⅲ外文翻譯 .......................................................................................................... 41 中南大學(xué)本科生論文 I 摘要 近年來(lái)，隨著能源危機(jī)和環(huán)境污染的日益嚴(yán)重，環(huán)保和節(jié)能已經(jīng)是工程建設(shè)中必須要慎重考慮的。本文全新的液壓驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭方案，對(duì)長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)鉆進(jìn)系統(tǒng)的進(jìn)一步研究與開(kāi)發(fā)具有一定的參考價(jià)值。鉆進(jìn)系統(tǒng)包括動(dòng)力頭與鉆具，動(dòng)力頭的輸出軸與螺旋鉆具為中空式，樁機(jī)采用長(zhǎng)螺旋成孔，可通過(guò)鉆桿中心管將混凝土或泥漿進(jìn)行泵送混凝土 CFG樁施工，即能鉆孔成孔 一 機(jī)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(jìn)行施工。動(dòng)力頭可沿滑道上下滑動(dòng)托運(yùn)時(shí)可拆卸。 樁架主要起固定鉆孔執(zhí)行裝置、鉆進(jìn)導(dǎo)向及行走移動(dòng)、機(jī)身調(diào)平的功能。 長(zhǎng)螺旋 鉆 孔 成樁 是 一 種 無(wú)泥 漿 循環(huán) 干 作業(yè) 環(huán) 保型施 工 技 術(shù) ,主要適應(yīng)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(diǎn)，長(zhǎng)螺旋鉆進(jìn)施工方法在城市建筑中獲得了廣泛的運(yùn)用。樁體與樁間土體共同作用，組成水泥粉煤灰樁復(fù)合地基。 2）進(jìn)度穩(wěn)定，控制措施完善，工期保證性強(qiáng)。 動(dòng)力頭的 技術(shù) 現(xiàn)狀 與展望 動(dòng)力頭是 能實(shí)現(xiàn)主運(yùn)動(dòng)和進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，并且有自動(dòng)工件循環(huán)的動(dòng)力部件。雖然其具有優(yōu)越的性能，但由于中南大學(xué)本科生論文 5 其價(jià)格昂貴，至今國(guó)內(nèi)還未見(jiàn)引進(jìn)國(guó)外該類動(dòng)力頭進(jìn)行長(zhǎng)螺旋鉆進(jìn)施工 。 在施工中，長(zhǎng)螺旋鉆進(jìn)經(jīng)常會(huì)因某些原因在深層土壤中停鉆或卡鉆，再重新啟動(dòng)時(shí)需要的扭矩較大 。 5） 質(zhì)量大， 成本高 (由于 三環(huán)減速機(jī)為專利技術(shù)產(chǎn)品，價(jià)格很高 )。 長(zhǎng)螺旋鉆機(jī)的動(dòng)力頭 如果 采用液壓驅(qū)動(dòng)， 其 與電機(jī)驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭相比具有非常大的優(yōu)勢(shì)和潛力 ，其主要優(yōu)點(diǎn) [3]有： 1） 、液壓驅(qū)動(dòng)調(diào)速極為方便。 4）液壓驅(qū)動(dòng)對(duì)于地質(zhì)條件適宜性高。液壓驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭可使能源系統(tǒng)移至機(jī)身，向大功率發(fā)展比較方便。 中南大學(xué)本科生論文 8 第 2章 液壓動(dòng)力頭 的 液壓系統(tǒng) 設(shè)計(jì) 液壓動(dòng)力頭 液壓系統(tǒng) 方案的設(shè)計(jì) 液壓動(dòng)力源方案的設(shè)計(jì) 由于工程機(jī)械的裝機(jī)容量非常大，為了節(jié)約能源和提高效率 ，在其主傳動(dòng)液壓控制系統(tǒng)中應(yīng)該盡量避免功率損失嚴(yán)重的節(jié)流調(diào)速，節(jié)流調(diào)速 效率較低，只適合負(fù)載變化不大的回路。 a) 流量特性 b）功率特性 圖 23 壓力補(bǔ)償泵特性曲線 根據(jù)上圖對(duì)比信息可知， 壓力補(bǔ)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(diào)定壓力決定。由于電機(jī)的輸出扭矩小，所以必須要用大減速比的三環(huán)減速機(jī)才能保證工作扭矩。 設(shè)計(jì)參數(shù)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(gè)二通插裝閥與一個(gè)小通徑的三位四通換向閥組成先導(dǎo)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(shí) 閥 X不通電，溢流閥 E的先導(dǎo)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(dòng)裝置的技術(shù)參數(shù) [13]，其參數(shù)如表 22。 液壓 動(dòng)力源 的計(jì)算選型 一、 電機(jī)的計(jì)算選型 根據(jù) 給定設(shè)計(jì)參數(shù)動(dòng)力頭最大工作扭矩不小于 45 KN 液壓泵的輸出壓 力應(yīng)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(shù)值 1500 421 液壓泵出口到 液壓傳動(dòng)裝置 入口之間總的管路 壓力 損失 取 為 =1MPa，在變流量時(shí)認(rèn)為其為恒定值。所以此系統(tǒng)壓力補(bǔ)償泵的選擇是合理的。 此液壓動(dòng)力頭液壓系統(tǒng)中，電磁換向閥 W是用來(lái)控制液壓泵對(duì)于液壓傳動(dòng)裝置的進(jìn)油方向，達(dá)到對(duì)鉆桿的轉(zhuǎn)動(dòng)方向的控制。流量越小，開(kāi)啟壓力越高，油中含氣越多，則越容易振動(dòng)。 啟閉特性是選用溢流閥時(shí)要考慮的重要因素。 先導(dǎo)溢流閥的型號(hào) 參數(shù) [13]如下表 26。 表 27 榆次油研 LD32型插裝閥參數(shù) 參數(shù)項(xiàng)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(shù)值 32 500 2:1 通過(guò)參數(shù)對(duì)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(diào)質(zhì) ),硬度為 280HBS,大齒輪材料為 45鋼 (調(diào)質(zhì) )硬度為 240HBS,二者硬度差為 40HBS。 中南大學(xué)本科生論文 26 箱體尺寸的確定 通過(guò)對(duì)齒輪減速箱內(nèi)部齒輪的設(shè)計(jì)計(jì)算，根據(jù)傳動(dòng)裝置的運(yùn)動(dòng)簡(jiǎn)圖和計(jì)算得來(lái)的齒輪直徑、中心距，參考同類減速器圖紙 [11]，對(duì)減速箱的外形尺寸進(jìn)行估計(jì)，合理對(duì)減速箱進(jìn)行布局。 中南大學(xué)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(jié)構(gòu)與裝配 （ 2）根據(jù)軸向定位的要求確定軸的各段直徑和長(zhǎng)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(yīng)該取標(biāo)準(zhǔn)值，其中 DE 段的直徑為 d=270mm， 其長(zhǎng)度則應(yīng)取安裝尺寸， 長(zhǎng)度定為 l=280mm，而其中的 BC 段是法蘭盤，則其取標(biāo)準(zhǔn)直徑為 d=235mm，必須要經(jīng)前面的套筒定位，在組合法蘭盤的長(zhǎng)度尺寸可取其長(zhǎng)度為 l=340mm。 中南大學(xué)本科生論文 29 e）為了降低應(yīng)力集中，軸肩處的過(guò)渡圓角不宜過(guò)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(yīng)該大于軸肩處的過(guò)渡圓角半徑，以保。否則不能達(dá)到最佳的配合，選用的 標(biāo)準(zhǔn) 密封元件和軸承也起不到相應(yīng)的作用 ，而自制的元件代價(jià)太高，也不合理 。 表 31 液壓動(dòng)力頭減速箱箱體結(jié)構(gòu)尺寸參數(shù)表 名稱 符號(hào) 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(qiáng)肋厚 17 箱蓋加強(qiáng)肋厚 15 輸出 軸的 設(shè)計(jì) 計(jì)算 及校核 軸 的 基本參數(shù) 計(jì)算 1)軸上的基本參數(shù) 功率 p 其中 為鉆桿理論輸出功率 kW； 為軸承效率 。KHN2= （ 7）計(jì)算接觸疲勞強(qiáng)度許用應(yīng)力 取失效概率為 ，安全系數(shù)為 S=1，由式得 2）計(jì)算 中南大學(xué)本科生論文 23 （ 1）試算小齒輪分度圓直徑 d1t，帶入數(shù)值得 （ 2）計(jì)算圓周速度 （ 3）計(jì)算齒寬 b （ 4）模數(shù) m t= / 齒高 h= m t= b/h=（ 5）計(jì)算載荷系數(shù) 根據(jù)圓周速度查的動(dòng)載系數(shù) =； 直齒輪，查表得 ；使用系數(shù) 查得小齒輪非對(duì)稱布置時(shí)， ， 帶入數(shù)據(jù)得 ；故載荷系數(shù)為 （ 6）按實(shí)際的載荷系數(shù)校正所算得的分度圓直徑，由公式得 （ 7）計(jì)算模數(shù) m ，圓整取 m=10 中南大學(xué)本科生論文 24 由課本可知 ,彎曲強(qiáng)度的設(shè)計(jì)公式 [8]為 1) 確定公式內(nèi)各個(gè)計(jì)算數(shù)值 (1) 由課本圖表查得小齒輪的彎曲疲勞極限 。 采用雙驅(qū)式 可以使傳動(dòng)更加具有效率，傳動(dòng)比可以保證 限定 值， 更便于軸的受力平穩(wěn)。通過(guò) 上述選取的溢流閥參數(shù)與系統(tǒng)計(jì)算的參數(shù)對(duì)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(fù)載力大時(shí)變得不穩(wěn)定，回路效率也顯著降低。 根據(jù)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(shù)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(lái)確定。 此時(shí)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(xué)本科生論文 15 式 [4]中， minQ —— 在最大調(diào)定壓力下的泵供理論流量，即低轉(zhuǎn)速下的泵組理論流量 L／ min； zN 為 四臺(tái) 原動(dòng)機(jī)總功率； KW； maxp —— 在液壓傳 動(dòng)裝置輸出額定扭矩時(shí)的系統(tǒng)壓力，即調(diào)定最大壓力； aMP 。強(qiáng)調(diào)安全性、可靠性時(shí)，還應(yīng)留有較大的余