【正文】 這次畢業(yè)設(shè)計(jì)讓我對(duì)大學(xué)中所學(xué)到的知識(shí)做了系統(tǒng)的總結(jié)并讓我學(xué)到了許多新知識(shí)，同 時(shí)我還學(xué)到了一些設(shè)計(jì)的方法和理念，我想這對(duì)我以后的學(xué)習(xí)和工作定然會(huì)有更大的幫助。根據(jù)變幅機(jī)構(gòu)在多功能鉆機(jī)中所起的作用和對(duì)其功能的要求，通過(guò)對(duì)已有動(dòng)功能鉆機(jī)結(jié)構(gòu)和功能進(jìn)行對(duì)比之后對(duì)其進(jìn)行了大體的選型，然后再根據(jù)其受力要求進(jìn)行了具體的分析，先后對(duì)液壓缸 、回轉(zhuǎn)支承和渦輪蝸桿等進(jìn)行了詳細(xì)的設(shè)計(jì)，對(duì)一些零部件的型號(hào)進(jìn)行了選擇。 由于多功能微樁機(jī)在進(jìn)行回轉(zhuǎn)偏擺運(yùn)動(dòng)時(shí)，不會(huì)產(chǎn)生大的瞬時(shí)過(guò)載及嚴(yán)重的應(yīng)力循環(huán)的不對(duì)稱(chēng)行，故可以省略對(duì)軸的靜強(qiáng)度校核。由于截面 E 只承受扭矩 T，但由于軸的最小軸徑是由扭矩強(qiáng)度來(lái)決定的，所以截面 E 不用進(jìn)行校核。 圖 4— 4 蝸桿軸的受力分析 在 XY 平面上，計(jì)算軸承反力 1RHF 、 2RHF ： rHRHR FFF ?? 12 求得： kNF HR ? kNkNFFF rHRHR ????? 在 XZ 平面內(nèi)： 2125 2114125 111 ? ????? arHR FFF 2121 tVRVR FFF ?? 求得： kNkNFFF tVRVR 121 ???? 圓錐滾子軸承的支承反力為： 22=R RH RVF F F? 求得： kNFR ? kNFR ? 蝸桿軸上的彎矩扭矩圖： 圖 從軸的結(jié)構(gòu)圖和彎矩、扭矩圖可以看出蝸桿軸齒段的中心面是危險(xiǎn)截面。 因?yàn)槲仐U軸需要同時(shí)承受軸向力和徑向力，故選用單列圓錐滾子軸承。 蝸桿軸設(shè)計(jì) 蝸桿是回轉(zhuǎn)支撐運(yùn)動(dòng)中傳遞力矩和動(dòng)力的重要零件，而軸的工作能力很大程度決定于軸的強(qiáng)度、剛度和穩(wěn)定性，所以要合理設(shè)計(jì)蝸桿軸，并進(jìn)行一定的熱處理提高蝸桿軸的抗疲勞強(qiáng)度。 39。39。且結(jié)構(gòu)緊湊、體積和質(zhì)量均較小。它又分為普通圓柱蝸桿傳動(dòng)和圓弧圓柱蝸桿傳動(dòng)。這是若回轉(zhuǎn)部分各部件的重力 iG 作用在離回轉(zhuǎn)中心的距離 il 處，那么 iG 在與回轉(zhuǎn)中心垂直的平面上有一分力 ?siniG 。 通過(guò)選型，可知 n=20，選用的螺栓為 M16的高強(qiáng)度 螺栓， D=298mm 求得水平打孔時(shí)： 1 ????? kNF g 豎直打孔時(shí)： kNkNF g ???? 得 ： kNFg ax ? 螺栓最大拉力的計(jì)算： 為了提高連接螺栓的疲勞強(qiáng)度，防止防塵圈和支承面有間隙通常要加較大的預(yù)緊力，令加預(yù)緊力后得最大拉力為 YF ? ?k 1 xY y gFF? ? ? （ 43） x — — 工 作 載 荷 分 配 系 數(shù) 。但進(jìn)行綜合考慮后可以得知： 60176。 圖 4— 1a 圖 4— 1b 圖 4— 1c 圖 4— 1d 圖 4— 1f 圖 4— 1g （ 2） 垂直打孔時(shí) kNFSGSMkNFGHV4370021 ????????? = 6 0?當(dāng) 接 觸 角 時(shí) 1 .0 , 5 .0 4 6arkk?? 螺栓的計(jì)算載荷 ： mkNMkM kNHkVkF a ra ??? ??? 43 當(dāng)量載荷計(jì)算 mkNfMMkNfFF?????`3`3 根據(jù)圖 4— 1，按承載能力曲線(xiàn)選取合適的回轉(zhuǎn)支承的類(lèi)型，得出這種情況下最小應(yīng)選用型號(hào)為 的回轉(zhuǎn)支承和精度為 8 級(jí)的螺栓。通過(guò)運(yùn)動(dòng)分析可取 l= n：末端條件系數(shù)，此時(shí)取 n=1 根據(jù)以上數(shù)據(jù)， 代入公式（ 34） 可求得 KF=144358N 由于變幅油缸的工作條件穩(wěn)定，且工作次數(shù)很少，可取安全系數(shù)kn=2，則有144358 721792KKFFNn? ? ?； 所以活塞桿穩(wěn)定。 據(jù)經(jīng)驗(yàn)公式活塞桿直徑 d== 據(jù) 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 表 液壓缸的活塞外徑尺寸系列 ， 可將 d 圓整為 d=45mm 選活塞桿直徑材料為： 45鋼 工藝：活塞桿粗加工后調(diào)質(zhì)到硬度為 229~285HB,必要 時(shí)，再經(jīng)高頻淬火，硬度可達(dá)45~55HRC. （ 2）強(qiáng)度理論校核活塞桿直徑： 此時(shí)液壓缸穩(wěn)定時(shí)，只承受軸向載荷 ? ???Fd 4min? （ 33） 當(dāng)材料為碳鋼時(shí)，[]=100~120MPa，取[]100MPa? 求得：所需 最小直徑 mind =45mm，滿(mǎn)足要求 （ 3）活塞桿平穩(wěn)性校核： 由材料力學(xué)可知，當(dāng)載荷力接近臨界值KF時(shí)，桿將失去原有的平衡狀態(tài)而產(chǎn)生彎曲。 （ 4） 缸筒有良好的可焊性。 代入數(shù)據(jù) 得 F= 油缸的內(nèi)徑計(jì)算： （ 1）據(jù) 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 表 液壓缸主要幾何尺寸的計(jì)算，根據(jù)載荷力的大小和選定的系統(tǒng)壓力來(lái)計(jì)算液壓缸內(nèi)徑 D 為 10 mmP?? ? ? 據(jù) 《機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)》 表 《液壓內(nèi)徑尺寸系列》，可將 D 圓整得 D=63mm 缸筒設(shè)計(jì)與計(jì)算 對(duì)缸筒要求 缸筒是液壓缸的主要零件，它與端蓋、活塞構(gòu)成密封容腔，用以容納壓力油液、驅(qū)動(dòng)負(fù)載而做功，因而對(duì)其有強(qiáng)度、剛度、密封等方面的要求。且桅桿處于豎直位置時(shí) ,因 ABD 固定不變且?ABD=45176。 + ABD=176。 整體尺寸初步設(shè)計(jì) （ 1）經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單幾何分析可知，當(dāng)機(jī)械不工作且桅桿水平放置時(shí)變幅機(jī)構(gòu)液壓缸兩端距離BC 最短，其簡(jiǎn)圖如圖 2— 6. 初步設(shè)定參數(shù)： AC=1300mm， AB=500mm,?CAB=176。 變幅結(jié)構(gòu)的計(jì)算與設(shè)計(jì) 如圖 2— 6 所示，圖中 A、 B、 C、皆為鉸點(diǎn)，而要對(duì)變幅機(jī)構(gòu)進(jìn)行設(shè)計(jì)，主要就是要解決者三點(diǎn)之間位置的相互關(guān)系，這三點(diǎn)分別為： A：動(dòng)臂與三角架相連的鉸點(diǎn)； B：變幅油缸與三角架相連的鉸點(diǎn)； C：動(dòng)臂與變幅油缸相鉸接的鉸點(diǎn)； 在上述三個(gè)鉸點(diǎn)中，始終保持不變的兩點(diǎn)之間的距離就是變幅機(jī)構(gòu)所需要設(shè)計(jì)的參數(shù)，由圖可知 AB 和 AC 兩點(diǎn)間距離始終不變，而 BC 為液壓缸首 尾兩點(diǎn)之間的長(zhǎng)度，在按照設(shè)計(jì)要求的條件下 BC 兩點(diǎn)的最短和最長(zhǎng)長(zhǎng)度受到 AC 和 AB 長(zhǎng)度的限制，桅桿 BD 需要滿(mǎn)足既能水平鉆進(jìn)又能豎直鉆進(jìn)的要求，動(dòng)臂 AC 與水平線(xiàn)的最大夾角為 o30 ，其余具體設(shè)計(jì)步驟將在液壓缸的設(shè)計(jì)中詳細(xì)講述。如圖 2— 4 為 SM5 多功能鉆機(jī)的變幅機(jī)構(gòu)。 90176。這種結(jié)構(gòu)使得鉆桿可以在一些較為狹窄的空間內(nèi)能夠方便的對(duì)孔進(jìn)行定位，使鉆機(jī)對(duì)工況的適應(yīng)能力大大增強(qiáng)。其中搭架可以通過(guò)1 號(hào)油缸在立面內(nèi)實(shí)現(xiàn)擺動(dòng)，同時(shí) 1 號(hào)油缸的伸縮還可以改變六角擺動(dòng)頭和大臂之間 的角度，其角度的調(diào)整范圍在 0 度到 90 度之間。該變幅機(jī)構(gòu)可以通過(guò)大臂舉升油缸來(lái)實(shí)現(xiàn)大臂的舉起和放下，通過(guò)擺動(dòng)座俯仰油缸的伸縮來(lái)改變下托架和大臂之間的角度，通過(guò)這兩個(gè)油缸的相互配合便能夠使下 托架抬起或改變?cè)诹⒚鎯?nèi)的工作角度。該系統(tǒng)由液壓液壓驅(qū)動(dòng)運(yùn)行平穩(wěn)，可以靈活方便的舉升移動(dòng)，大臂可以 進(jìn)行一定范圍的左右擺動(dòng)。 （ 2）在施工過(guò)程中桅桿會(huì)受到來(lái)自鉆桿的反作用力，其作用力會(huì)通過(guò)桅桿傳遞到變幅機(jī)構(gòu)，且動(dòng)力頭上的反作用力會(huì)對(duì)桅桿產(chǎn)生一個(gè)力矩，這個(gè)力矩最 終也會(huì)傳遞到變幅機(jī)構(gòu)上。 本章的主要工作內(nèi)容如下 : 闡述了多功能鉆機(jī)的誕生的歷史背景、發(fā)展現(xiàn)狀。 90176。 ③ 進(jìn)行多功能微樁機(jī)變幅機(jī)構(gòu)的三維 CAD 的設(shè)計(jì)。 三十年來(lái)，我國(guó)工程鉆探設(shè)備和勘察技術(shù)水平均有了長(zhǎng)足的發(fā)展，在施工范圍、安全高效、節(jié)能環(huán)保、鉆進(jìn)工藝等諸多方面的水平都有了顯著提升，但相同功能的產(chǎn)品與國(guó)外同類(lèi)尖端產(chǎn) 品相比較性能上還有一定差距。經(jīng)過(guò)多年的改進(jìn)之后，目前我國(guó)多功能工程鉆機(jī)也開(kāi)始想大扭矩、大孔徑、大功率方向發(fā)展，但一些重要元件多從國(guó)外進(jìn)口。上世紀(jì)紀(jì)七十年代我國(guó)在工程鉆機(jī)的研制方面開(kāi)始起步。 圖 1— 3 國(guó)外代表性多功能鉆機(jī) 國(guó)外多功能微樁機(jī)取得這些成就原因： (1) 歐美國(guó)家在工程機(jī)械方面已經(jīng)有了較為悠久的歷 史，使他們有了相關(guān)方面的技術(shù)儲(chǔ)備。與之匹配的繩索取心鉆具 uhe 變了泥漿泵方面也得到了較大的發(fā)展，使之能夠滿(mǎn)足繩索取心鉆機(jī)和金剛石鉆進(jìn)的要求。 二十世紀(jì)七十年代，隨著各行業(yè)的發(fā)展大量工程項(xiàng)目需要快速施工，為適應(yīng)工程項(xiàng)目的快速施工，瑞典 AtlasCopco 公司、 法國(guó) Sea 公司 , 美國(guó) Ingollrang 公司開(kāi)始陸續(xù)推出自己在鑿巖設(shè)備方面的一些產(chǎn)品，其中就包過(guò)機(jī)械化程度較高的多功能履帶式工程鉆機(jī)。使人們進(jìn)一步認(rèn)識(shí)開(kāi)發(fā)一種能夠在一個(gè)位置上進(jìn)行大區(qū)域多排、多角度鉆孔，適用于多種條件下施工，并且具備行走功能，且能實(shí)現(xiàn)高效、安全工程施工與地質(zhì)探查的多功能鉆機(jī)在工程施工中所能起到的巨大作用。 多工能鉆機(jī)誕生、應(yīng)用和發(fā)展現(xiàn)狀 多功能鉆機(jī)的誕生 由于通常工程機(jī)械價(jià)格都比較昂貴，而結(jié)構(gòu)上又有諸多相似。桅桿支撐結(jié)構(gòu)為平行四邊形結(jié)構(gòu) , 其特點(diǎn)是變幅范圍大，可整機(jī)放倒，折疊，降低運(yùn)輸高度和長(zhǎng)度并且節(jié)省了轉(zhuǎn)場(chǎng)時(shí)的拆裝時(shí)間； （ 3）桅桿上裝有垂直度檢測(cè)儀，可以檢測(cè) 和現(xiàn)實(shí)桅桿的傾斜度 ,并可通過(guò)鉆機(jī)的微動(dòng)系統(tǒng)調(diào)整桅桿的垂直度 。 意大利土力機(jī)械 SM5 多功能微樁機(jī)的性能特點(diǎn)： （ 1）可變履帶間距的旋挖鉆機(jī)專(zhuān)業(yè)底 盤(pán)，底盤(pán)履帶總寬度可擴(kuò)展，利于鉆機(jī)的穩(wěn)定性。 (2)給進(jìn)機(jī)構(gòu)：在鉆機(jī)工作時(shí)鉆機(jī)的給進(jìn)機(jī)構(gòu)會(huì)給鉆具提供一個(gè)推力，使其研 導(dǎo)向架方向鉆進(jìn)，根據(jù)所采用的鉆進(jìn)方法、鉆頭類(lèi)型、鉆孔直徑、巖層性質(zhì)來(lái)決定鉆頭所需鉆壓的大小。下面大體介紹各機(jī)構(gòu)的工作原理： （ 1）動(dòng)力頭裝置：動(dòng)力頭裝置可以在多功能鉆機(jī)鉆進(jìn)過(guò)程中向主軸回轉(zhuǎn)和沖擊動(dòng)力的作用，這兩項(xiàng)功能既能夠配合使用也能夠單獨(dú)使用，這樣就能夠滿(mǎn)足不同的施工環(huán)境下所要求的鉆進(jìn)工藝。當(dāng)需要卸下鉆桿時(shí)，可以通過(guò)工作裝置擰卸鉆桿。 （ 3）機(jī)械系統(tǒng) 多功能微樁機(jī)的機(jī)械系統(tǒng)是鉆機(jī)的主體部分，主要包過(guò)各執(zhí)行元件，如： 履帶式行走裝置：鉆機(jī)的機(jī)身和支撐行走部分，它使鉆機(jī)可以做一定距離的行走，方便了搬遷，減少了鉆機(jī)工作所需要的輔助，提高了鉆機(jī)的工作效率，同時(shí)它也是各種外加載荷和鉆機(jī) 自身重量的承受者。根據(jù)所需完成的動(dòng)作的要求，通過(guò)油管把液壓元件有機(jī)的連接之后便成了能夠?qū)崿F(xiàn)所需功能的液壓系統(tǒng)。 結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代多功能鉆機(jī)主要包過(guò)底盤(pán)結(jié)構(gòu)、變幅機(jī)構(gòu)、桅桿機(jī)構(gòu)、夾 /換樁機(jī)構(gòu)、動(dòng)力頭裝置、操作臺(tái)與機(jī)電一體化系統(tǒng)、回轉(zhuǎn)偏擺機(jī)構(gòu)組成，如圖 11 為意大利土力機(jī)械 SM5 多功能微樁機(jī)的結(jié)構(gòu)圖。 多功能鉆機(jī)也可按照破巖造孔方式進(jìn)行分類(lèi)，可分為回轉(zhuǎn)式、沖擊式以及回轉(zhuǎn)沖擊式，目前使用最為廣泛的是回轉(zhuǎn)沖擊式。目前，由于國(guó)內(nèi)技術(shù)水平的發(fā)展速度與用速度的限制和引進(jìn)國(guó)外先進(jìn)多功能鉆機(jī)成本較高的情 況下，在國(guó)內(nèi)工程施工中許多施工單位都還是采用汽車(chē)鉆機(jī)施工，而在施工過(guò)程中汽車(chē)鉆機(jī)又存在著許多缺點(diǎn)： (1)該鉆機(jī)只能實(shí)現(xiàn)豎直鉆孔施工，難以實(shí)現(xiàn)傾斜鉆孔； (2) 該鉆機(jī)對(duì)場(chǎng)地要求苛刻，在有些場(chǎng)地中施工困難或無(wú)法施工，如當(dāng)坡度較大時(shí)汽車(chē)鉆機(jī)就會(huì)因?yàn)殡y以定位而無(wú)法工作； (3) 適用地層比較少，對(duì)沙礫層，巖石層等底層無(wú)法施工； (4) 該鉆機(jī)所需施工人數(shù)較多，而且施工人員需要不斷使用大錘敲擊鉆頭來(lái)實(shí)現(xiàn)土石的排出，工作強(qiáng)度大，從而也導(dǎo)致了施工成本的增加。 自二十世紀(jì)九十年代后期以來(lái)，地源熱泵空調(diào)技術(shù)在國(guó)內(nèi)的工程應(yīng)用逐漸增多，后來(lái)地?zé)岜每照{(diào)技術(shù)又被中美兩國(guó)納入其可再生能源和能源效率合作項(xiàng)目中，使這一技術(shù)的應(yīng)用得到進(jìn)一步的推廣。