【正文】 底盤組件由加強型上車體和可擴展行走部組成。上車體的中心裝有液壓系統(tǒng)的“中心回轉(zhuǎn)接頭”，將裝于上車的液壓系統(tǒng)工作油液傳遞到履帶行走機構(gòu)和履帶伸縮機構(gòu)。由液壓系統(tǒng)供給行走馬達(dá)壓力油，行走馬達(dá)通過行走減速器帶動驅(qū)動輪旋轉(zhuǎn)，從而使整個履帶行走機構(gòu)實現(xiàn)前進(jìn)、后退、左轉(zhuǎn)彎、右轉(zhuǎn)彎或原地旋轉(zhuǎn)等動作。 (2)動力頭 動力頭工作原理如圖 13 所示，動力頭是鉆機主要的工作機構(gòu)，也是本次畢業(yè)設(shè)計的主要內(nèi)容。動力頭液壓馬達(dá)高速旋轉(zhuǎn)通過減速器減速以后，減速器輸出端的小齒輪和主減速器的大外齒輪嚙合，形成終級減速。動力頭變量馬達(dá)通過與卡特底盤配置的變量泵相匹配，使鉆桿轉(zhuǎn)速可在設(shè)計范圍內(nèi)根據(jù)工作載荷情況自動調(diào)整。動力頭的液壓回路上 裝有大口徑補油閥，可有效地向馬達(dá)補油，防止液壓馬達(dá)中形成真空造成氣蝕。動力頭性能的優(yōu)劣直接影響到鉆機的鉆進(jìn)能力。卷揚機構(gòu)主要由液壓馬達(dá)、內(nèi)藏式卷揚減速器、卷揚筒、鋼絲繩、壓繩器等組成。主卷揚的最大拉力由鉆桿、鉆斗、砂土的重量及起拔鉆斗時阻力決定。動臂下端、支承桿下端、變幅缸下端分別鉸接于回轉(zhuǎn)平臺前端，上端分別鉸接于三角形聯(lián)接體的兩個角端。通過桅桿缸的伸縮，可以改變桅桿在垂直平面里的角度。在變幅缸伸縮改變桅桿的工作幅度時，可保證和桅桿相聯(lián)的三角形聯(lián)接體只產(chǎn)生平行移動，不會產(chǎn)生自 身的任何轉(zhuǎn)動。桅桿左 右兩側(cè)焊有導(dǎo)軌，對鉆桿和動力頭的工作進(jìn)尺起導(dǎo)向作用。桅桿上頂端裝有滑輪架，滑輪架上的滑輪用以改變卷揚鋼絲繩運動方向。整個桅桿分為上、中、下 3 段，為可折疊式。 (5)液壓系統(tǒng) 如圖 14 所示，液壓系統(tǒng)是鉆機的能量轉(zhuǎn)換系統(tǒng)和鉆機各執(zhí)行元件的動力源。液壓系統(tǒng)利用了卡特原有的液壓系統(tǒng)主控制回路、先導(dǎo)控制回路，使用先進(jìn)的負(fù)載反饋技術(shù)以及交叉控制、變流量控制技術(shù)，使流量按需分配到系統(tǒng)各工作裝置，實現(xiàn)不同工況下的最佳動力匹配。該系統(tǒng)主要完成以下功能：發(fā)動機啟動、熄火監(jiān)測、液壓系統(tǒng)電磁轉(zhuǎn)向、桅桿角度監(jiān)測、報警、鉆孔深度監(jiān)測和調(diào)整，故障監(jiān)測，鉆進(jìn)參數(shù)提供，觸摸屏顯示系統(tǒng)報警和系統(tǒng)狀態(tài)參數(shù)。 旋挖工程車的工作原理 旋挖工程車主要動作有動力頭、主副卷揚、上車回轉(zhuǎn)、下車、鉆桅調(diào)平、變幅、加壓、支腿、履帶伸縮。旋挖工程車施工動作順序如下：旋挖工程車到 達(dá)指定地點，為了增加支承面積，左右履帶伸縮油缸伸出，達(dá)到旋挖工程車最大履帶間距。鉆頭進(jìn)尺到位后，提升鉆桿時，主卷揚回轉(zhuǎn)，加壓油缸同時提升，當(dāng)鉆頭提升至地面后，上車回轉(zhuǎn)帶動鉆頭至指定的卸土位置進(jìn)行卸土，卸土?xí)r提升鉆頭使回轉(zhuǎn)斗上端的立柱碰到動力頭下端承撞體擋板，立柱受力打開回轉(zhuǎn)斗底板開啟機構(gòu)實現(xiàn)卸土作業(yè)。鉆孔深度由電器數(shù)碼顯示，當(dāng)鉆至要求深度后即可停止作業(yè)。由于國產(chǎn)旋挖工程車較國外旋挖工程車價格適中、售后服務(wù)及時，目前國產(chǎn)旋挖工程車已基本占領(lǐng)了國內(nèi)的市場。 因此旋挖工程車的生產(chǎn)廠商如雨后春筍迅猛增長，國內(nèi)的旋挖工程車生產(chǎn)廠商約有 20多家，但隨著市場競爭激烈及旋挖工程車對技術(shù)和生產(chǎn)成本以及銷售價格的嚴(yán)格控制，目前旋挖工程車主要生產(chǎn)廠家為 :徐工集團、 上海金泰、南車時代、三一重工、山河智能、宇通重工、中聯(lián)重科等。這些企業(yè)的旋挖工程車的銷量已基本占領(lǐng)了整個旋挖工程車市場的份額。 (2)相對國外來說國內(nèi)旋挖工程車生產(chǎn)和使用的時間尚短，還缺乏全面的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn)，施工規(guī)范和系統(tǒng)的工法研究還需進(jìn)一步確認(rèn)和完善，關(guān)鍵技術(shù)和基本理 論的研究有待深入。進(jìn)口配套件如液壓元件、電控元件、減速機等供貨周期相對較長，有些關(guān)鍵元件甚至無法訂購。 國外發(fā)展現(xiàn)狀 目前國外旋挖工程車的生產(chǎn)制造商主要有寶峨、意馬、麥特、卡薩格蘭第、土力等，各公司已具有自己獨特的產(chǎn)品特性，產(chǎn)品均已實現(xiàn)系列化，而且具有多項擴展 功能。 如圖 17 所示為德國 BAUER 旋挖工程車。有的動力頭配有套管鉆進(jìn)增扭裝置，在施工作業(yè)時可減省擺管機的應(yīng)用，大幅度降低旋挖工程車的施工作業(yè)成本。 (2) 先進(jìn)可靠的檢測和監(jiān)控裝置，例如鉆桅垂直度檢測、鉆孔深度顯示等，尤其在鉆桿嚙合及施工狀態(tài)監(jiān)控方面有著不可超越的優(yōu)勢。如果想繼續(xù)使用原鉆桿，必須對磨損牙嵌板進(jìn)行修復(fù)，修復(fù)過程費時費力，且很難達(dá)到原有尺寸和形狀。避免鉆桿帶桿、鉆頭脫落等事故的發(fā)生。 (4) 為提高操作的舒適性和施工作業(yè)效率 ,依據(jù)人機工程學(xué)原理設(shè)計旋挖工程車的操縱室 ,并加設(shè)了冷暖空調(diào)。能在旋挖工程車主機上通過簡單操作快速更換各類鉆具，進(jìn)行鉆孔施工、連續(xù)墻成槽、振動樁施工等多種不同工法的施工。 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 9 第 2 章 旋挖工程車動力箱總體設(shè)計 旋挖工程車在樁基礎(chǔ)施工的普遍應(yīng)用和快速發(fā)展，使作為關(guān)鍵動力部件的動力頭系統(tǒng)顯得異常重要。動力頭從最基本的功能為鉆具提供驅(qū)動力和加壓力 ,到擴展功能技術(shù)的實現(xiàn)。目前動力頭已發(fā)展成為雙作用驅(qū)動箱 ,即可進(jìn)行鉆孔 ,又能安放套管 ,并且增加了套管鉆進(jìn)增扭裝置。 本次畢業(yè)設(shè)計主要是讓我們能夠 熟悉整個設(shè)計流程，無論在結(jié)構(gòu)方案設(shè)計上，畫圖上，還是在論文撰寫寫都對我們以后的學(xué)習(xí)和工作有很大的益處。 （ 2）根據(jù)經(jīng)驗公式進(jìn)行動力箱零部件設(shè)計 。 （ 4）重要零件的強度剛度校核 。 機械傳動方式 本次設(shè)計主要為一級減速，故先從幾種常見的傳動方式中選取傳動方案。帶傳動的基本組成零件為帶輪（主動輪和從動輪）和傳送帶。 ① 優(yōu)點：傳動平穩(wěn)、結(jié)構(gòu)簡單、成本低、使用維護方便、有良好的撓性和彈性、過載打滑。 旋挖工程車鉆桿動力箱部件設(shè)計 10 圖 21 帶傳動示意圖 因 此，帶傳動常適用于大中心距、中小功率、帶速 v =5～ 25m/s， i≤7的情況。 （ 2）鏈傳動： 如圖 22 所示，鏈傳動是通過鏈條將具有特殊齒形的主動鏈輪的運動和動力傳遞到具有特殊齒形的從動鏈輪的一種傳動方式。 ② 缺點： 僅能用于兩平行軸間的傳動；成本高，易磨損，易伸長，傳動平穩(wěn)性差，運轉(zhuǎn)時會產(chǎn)生附加動載荷、振動、沖擊和噪聲，不宜用在急速反向的傳動中。 圖 22 鏈傳動示意圖 （ 3）齒輪傳動： 如圖 23 所示， 齒 輪傳動是利用兩齒輪的輪齒相互 嚙合 傳遞動力和運動的 機械傳動 。 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 11 圖 23 齒輪傳動示意圖 ① 優(yōu)點： 齒輪傳動平穩(wěn)， 傳動比 精確，工作可靠、效率高、壽命長，使用的功率、速度和尺寸范圍大。 ② 缺點： 制造齒輪需要有專門的設(shè)備，導(dǎo)致生產(chǎn)成本很高。 根據(jù)兩軸的相對位置和輪齒的方向，可分為以下類型： a. 直齒圓柱齒輪傳動； b. 斜齒圓柱齒輪傳動 c. 人字齒輪傳動； d. 錐齒輪傳動； e. 交錯軸 斜齒輪 傳動 綜合考慮，根據(jù)設(shè)計要求和齒輪傳動的特點，動力箱的動力傳遞決定用齒輪傳動。但是滿足這個要求可以有不同的傳動方式、不同的機構(gòu)類型、不同的順序和布局。合理的傳動方案還應(yīng)該滿足結(jié)構(gòu)簡單，尺寸緊湊、工作可靠、制造方便、成本低廉、傳動效率高，裝拆方便等。 （ 2）運動平穩(wěn)，能實現(xiàn)正反轉(zhuǎn)，并能承受較大的沖擊。 （ 4）動力箱是移動部件，要求外型小，重量輕。 為了滿足上述條件，動力箱無法按傳統(tǒng)減速器設(shè)計，本次采用雙液壓馬達(dá)分別驅(qū)動兩臺兩級行星減速器 , 經(jīng)兩小齒輪合并動力傳至中部大齒輪，然后通過螺釘連接，把扭矩依次傳遞到套筒、花鍵套，因為鉆桿既要轉(zhuǎn)動又能上下移動，所以要使用花鍵，最后通過花鍵傳遞扭矩給鉆桿，使鉆桿旋轉(zhuǎn)起來，達(dá)到工作的目的，如圖 24 所示。動力輸入為非對稱布置，（由于中心軸通孔限制 , 該軸上軸承尺寸較大）為了不影響軸承壽命 , 并能為泥漿管布置帶來空間。 先通過參數(shù)計算，然后再進(jìn)行具體的部件結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （ 1）已知參數(shù)： 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 13 輸入軸的輸入轉(zhuǎn)矩 T1= 輸入軸的轉(zhuǎn)速 1n =98 r/min 動力箱傳動比 i= 鉆桿直徑 D=500mm （ 2）各軸轉(zhuǎn)速 輸入軸 1n =98 r/min 輸出軸 2n = 19 r/min （ 3）各軸功率 輸入軸 1 1 1/ 9550P T n?? =180 KW 輸出軸 2212 ? ? ? =356 KW （ 4）各軸輸出轉(zhuǎn)矩 輸入軸 1T =17500 輸出軸 212T T i? ? ? ?178850 將以上算得的運動和動力參數(shù)列表如表 21。 綜上所述，動力箱部件設(shè)計的基本要求為： （ 1）整體結(jié)構(gòu)簡單緊湊，運行過程平穩(wěn)可靠，無異常。 （ 3）動力箱是移動部件，要求外型小，重量輕。 圖 31 動力箱整體結(jié)構(gòu)剖視圖 按照設(shè)計要求，所以動力箱部件的設(shè)計主要包括： （ 1）齒輪軸及其組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計，大齒輪的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （ 3）花鍵套的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 （ 5）軸承蓋的結(jié)構(gòu)設(shè)計。 按照設(shè)計的要求，經(jīng)過傳動方案的確定，以及經(jīng)過動力箱零部件的設(shè)計后，得出動力箱整體結(jié)構(gòu)剖視圖如圖 31 所示 . 上海理工大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計（論文） 15 齒輪軸及其組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計 軸及其組件的結(jié)構(gòu)設(shè)計是機械設(shè)計中的常見問題。滾動軸承是標(biāo)準(zhǔn)件，對它的設(shè)計主要是選型確定尺寸，不涉及結(jié)構(gòu)設(shè)計問題。動力箱部件的齒輪軸及其組件結(jié)構(gòu)如圖 32 所示。 因此使用滾動軸承。 常用的滾動軸承包括深溝球軸承 、角接觸球軸承、圓錐孔雙列圓柱滾子軸承、圓錐滾子軸承、推力軸承、調(diào)心滾子軸承等，其中： 旋挖工程車鉆桿動力箱部件設(shè)計 16 深溝球軸承，也稱為向心球軸承。這種軸承不能調(diào)節(jié)間隙，常用于精度要求不太高，徑向剛度要求也不太高，不需預(yù)緊的地方。 角接觸球軸承可以同時承受徑向和一個方向的軸向載荷，極限轉(zhuǎn)速較高。、 25176。、 60176。其中 60176。 圖 33 調(diào)心滾子軸承 調(diào)心滾子軸承如圖 33 所示，具有兩列滾子，主要承受徑向載荷，同時也能承受任一方向的軸向載荷。該類軸承外圈滾道是球面形，故其調(diào)心性能良好，能補償同軸度誤差，裝配起來比較方便。 調(diào)心滾子軸承的安裝 調(diào)心滾子軸承在有二條滾道的內(nèi)圈和滾道為球面的外圈之間，裝配有鼓形滾子的軸承。在軸、外殼出現(xiàn)撓曲時，可以自動調(diào)荷及二個方向的軸向負(fù)荷。內(nèi)圈內(nèi)徑是錐孔的軸承，可直接安裝。保持架使用鋼板沖壓 保持架 、聚酰胺成形保持架及銅合金 車制保持架。 軸承內(nèi)圈通常與軸一起旋轉(zhuǎn)，為防止內(nèi)圈與軸頸的配合表面在圓周方向上相對滑動，通常要求配合面間有不太大的過盈量。 在本次的設(shè)計中，通過查機械設(shè)計手冊得出，調(diào)心滾子軸承配合、軸公差為 p6，孔公差為 K7. 齒輪軸的結(jié)構(gòu)設(shè)計 齒輪軸結(jié)構(gòu)見圖 34。根據(jù)軸上零件受力情況、安裝、固定及裝配時對軸的表面要求等初步確定軸的徑向（直徑）尺寸，根據(jù)軸上零件的位置、配合長度、支承結(jié)構(gòu)和形式初步確定軸的軸向尺寸。軸結(jié)構(gòu)設(shè)計好后，最后再進(jìn)行軸的剛度校核。 圖 34 齒輪軸 本次設(shè)計中的齒輪軸選用的材料為 45 號碳素鋼，因為該類材料對應(yīng)力集中的敏感性較小，價格較低，是軸類零件最常用的材料。在半精加工完成后進(jìn)行表面淬火，使表面硬度達(dá)到硬度 40~45HRC。 旋挖工程車鉆桿動力箱部件設(shè)計 18 表 31 齒輪 軸的工藝設(shè)計表 工序號 工序名稱 工序內(nèi)容及說明 0 鍛造 1 劃線 檢查毛胚余量，劃一端中興孔加工線 2 打中心孔 車平一段面，并且打中心孔 3 粗車 各外圓及端面留有余量，總余量 =正火后車削余量 +滲碳淬火后車去滲碳層余量 +淬火后的車削余量 +外圓及端面的磨削余量。根據(jù)工藝車出熱處理吊臺。 5 正火 預(yù)備熱處理。 6 車 車端面，修打中心孔。其余外圓留有余量。采用帶觸角的磨前滾刀，在齒形根部切出深割。（包括漸開線外花鍵） 8 鉗工 端面齒形及齒頂沿齒長棱邊倒角，避免熱處理時產(chǎn)生裂紋。車成軸端面，修打中心孔。 10 表面 淬火 11 噴丸 目的是：清除熱處理氧化皮；使根部產(chǎn)生殘余壓應(yīng)力，以提高齒根抗彎疲勞強度。在距離 齒寬的兩個截面上，找正齒圈徑向跳動。修打兩端中心孔，需要磨削外圓及端面要留出一定余量。 16 磨齒 按兩端基準(zhǔn)找正，徑向跳動允差 齒廓根部切出深割，意圖是避免齒槽根部磨削，其好處是：避免降低槽底硬度以及保持殘余壓應(yīng)力；槽底狹小，散熱條件差，以及過渡曲線處余量大小變化大，容易產(chǎn)生裂紋從而影響加工質(zhì)量。 17 檢查 按圖樣要求檢查齒輪精度，在檢查齒形時，同時檢查漸開線長度是否足夠，檢查是否有磨齒燒傷、裂紋。 軸支承結(jié)構(gòu)設(shè)計必須使軸在軸線方向處于靜定狀態(tài)，即軸在軸線方向既不能有剛體位移（靜不定），也不能有阻礙軸自由伸縮的多余約束（超靜定）。固定支承中的軸承在軸線正反兩個方向都不能移動。一端定位支承是理想的靜定狀態(tài)，它既無剛體位移，也可避免因制造誤差，軸和殼體熱變形不一樣等因素引起的附加軸向力。這種軸承既能承受大的徑向力，也能承受大的軸向力，通常用于徑向和軸向均有外載的場合。由于其間隙可調(diào)，這種支承方式特別適合于傳動精度要求高的場合。但是這種附加軸向力可用下面的方法限制于容許的范圍之內(nèi)：借可調(diào)節(jié)的軸承軸向間隙，來平衡軸和殼體的變形差額；用彈簧，從而能保證其處于近似的靜定狀態(tài)。 兩端定位 游隙支承方式近似于兩端定位 調(diào)隙支承方式，即將兩個軸向約束分別安置在軸兩端的支承上，但其中一個支承的軸向止推件和軸承圈之間留有一定的間隙 S。它可用于既有較大的徑向和軸向載荷，又