【正文】 CTThe graduate design presents the collectivity design of I type drill hole machine,which can make a big diameter stake of substructure .The design contents include the main parts of the following,which are the spread of the planet wheel gear,drill facility,the principal spindle and the slurry circle , it has finished the assembly drawing of the drill machine and also most of its part drawings based on the a result,the drill machine with a small power which not only could circumgrate movement, but also could impact movement,and could aliminate the dregs with air anti circulate. So it can quick drill the hole.Keywords: hole drill machine；planet movement；circumgyrateimpact；aliminate the dregs with air anti circulate第1章 前言長期以來，橋梁、港口、碼頭、水工和工民建筑物的基礎(chǔ)工程，廣泛使用沖擊鉆和回旋鉆兩種基本鉆型，以及泥漿護(hù)壁正循環(huán)排渣方法施工。同時，本設(shè)計(jì)在AutoCAD的基礎(chǔ)上，完成了該型鉆具的總裝圖和絕大部分零件圖的繪制。目 錄第1章 前言 ………………………………………………………………… 1第2章 概述 ………………………………………………………………… 3第3章 設(shè)計(jì)中要考慮的問題和方案 ……………………………………… 4第4章 行星齒輪設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 8 ………………………………………………………… 8 …………………………………………………… 9 ……………………………………………………… 18第5章 鉆桿齒輪設(shè)計(jì) ………………………………………………………20第6章 鉆桿回轉(zhuǎn)驅(qū)動齒輪設(shè)計(jì)…………………………………………… 22第7章 鉆具的設(shè)計(jì) ……………………………………………………… 24第8章 主鉆頭的設(shè)計(jì) …………………………………………………… 27第9章 主軸的設(shè)計(jì) …………………………………………………………29 ………………………………………………………… 29 ………………………………………………………… 30第10章 泥漿循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì) ……………………………………………32設(shè)計(jì)總結(jié) ………………………………………………………………… 35 參考文獻(xiàn) ……………………………………………………………………36致謝 …………………………………………………………………………37附錄1…………………………………………………………………………38附錄2…………………………………………………………………………45摘要本次畢業(yè)設(shè)計(jì)完成了大直徑樁基礎(chǔ)工程成孔鉆具I型鉆具總體設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)內(nèi)容包括行星齒輪傳動部分的設(shè)計(jì)、鉆具的設(shè)計(jì)、主軸的設(shè)計(jì)以及泥漿循環(huán)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)等幾個主要部分。設(shè)計(jì)后的鉆具配套功率小，既能夠產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動又能產(chǎn)生沖擊運(yùn)動，且利用氣舉反循環(huán)排渣快速成孔。隨著國內(nèi)外樁基礎(chǔ)工程機(jī)械的研究開發(fā)，為了適應(yīng)各種工程地質(zhì)條件施工，提高成孔施工效率，降低設(shè)備投入量和適應(yīng)大直徑樁基成孔需要，目前在傳統(tǒng)的沖擊鉆和回旋鉆的基礎(chǔ)上，已生產(chǎn)出了如：重型沖擊鉆、連桿沖擊反循環(huán)鉆、套管鉆機(jī)、潛孔沖擊錘、潛水回旋鉆、回轉(zhuǎn)斗鉆、短螺旋鉆和擴(kuò)底鉆頭等施工機(jī)械設(shè)備，大部分產(chǎn)品實(shí)現(xiàn)了反循環(huán)排渣，明顯地提高了成孔施工效率，進(jìn)口設(shè)備成孔直徑已可達(dá)6米。一般沖擊鉆雖然地質(zhì)適應(yīng)性好，但施工效率顯低，同時大直徑的重型沖擊錘自旋性差，成孔失圓度大。一種規(guī)格的鉆具，只能適用于相應(yīng)直徑的成孔。如：湖南省道1804線周家店至常德公路改建工程，由于施工成本的原因，第一個枯水施工季節(jié)，沒有進(jìn)場大直徑成孔設(shè)備，施工單位采取沉井明挖法施工失敗。韶關(guān)產(chǎn)沖擊錘重達(dá)13噸，配套設(shè)備均是個別設(shè)計(jì)生產(chǎn)。適應(yīng)樁基礎(chǔ)沉井護(hù)壁不排水施工的設(shè)備缺乏。各項(xiàng)工程基礎(chǔ)的施工進(jìn)度往往是影響整個項(xiàng)目建設(shè)工期的關(guān)鍵，其造價(jià)也是影響項(xiàng)目投資的主要不定因素。第2章 概述在樁基工程施工中大量使用的沖擊鉆和回旋鉆，它們工作狀態(tài)的一個共同特點(diǎn)，是切削刀刃與孔壁和孔底保持整體的或線或面的接觸，摩擦阻力大，切削相對速度低，能量分散，分布不合理，無效功耗大，效率低。則數(shù)個小直徑的刃具也將會產(chǎn)生高效率的復(fù)合運(yùn)動和作用，由若干連續(xù)點(diǎn)的運(yùn)動，形成連續(xù)的曲線運(yùn)動，若干曲線的運(yùn)動，使施工面呈周邊包絡(luò)線為圓形的細(xì)密網(wǎng)狀曲面，實(shí)現(xiàn)鉆具逐層從上至下的整體成孔運(yùn)動。星形運(yùn)動的鉆具主要由鉆架、動力軸、齒輪組、鉆桿、鉆頭組成。第3章 設(shè)計(jì)中要考慮的問題和方案采用彈簧蓄能，增強(qiáng)間歇錘的沖擊破石能效。如采取加大錘重和行程的辦法，則鉆具空間有限，沖擊頻率會更降低，也與輕型化設(shè)計(jì)要求不相適應(yīng)，僅自由落體能量是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的。解決沖擊碎石功能的第二種方法。為了提高刃具在大粒徑礫石層和巖石層等特殊地質(zhì)條件的成渣能力，加強(qiáng)刃具沖擊碎石能量的輸入、傳遞和轉(zhuǎn)換，是解決問題的關(guān)鍵。即利用星動齒輪組以上鉆架圈以內(nèi)的空間，在上鉆架圈設(shè)置“氣動力缸”，在三個星形輪鉆桿群上，再設(shè)置聯(lián)體的“沖擊動盤”,汽缸與動盤體間彈性且滑動約束。氣動沖擊的排氣可作為氣舉排渣動力的利用和補(bǔ)充。另外，主軸（排渣管）的端頭要求能安裝絞削式刃具或小徑牙輪中心鉆頭，以適應(yīng)在不同地質(zhì)條件下，有利于穩(wěn)定成孔中心位置和控制鉆進(jìn)面均衡程度。如：Ⅱ型結(jié)構(gòu)中的“萬向傳動結(jié)”，可采購汽車標(biāo)準(zhǔn)配件設(shè)計(jì)配套。能否及時的排空出渣，直接影響著鉆具的安全穩(wěn)定運(yùn)行和成孔效率。對于反循環(huán)排渣，要求壓縮機(jī)或泥漿泵功率相匹配，且及時和充分的分離泥渣，返回泥漿確保施工泥漿面高度。保證Ⅰ型結(jié)構(gòu)的鉆桿，具有一定的軸向彈性自由度。合理布置Ⅰ型結(jié)構(gòu)中刃具的數(shù)量和位置。但實(shí)際上是只要鉆具固定圈與孔底摩擦產(chǎn)生的反向平衡扭矩能得到保證（后有祥述），則無論在星形輪面范圍內(nèi)，還是托板上空出的周邊，都可以分布安裝鉆桿軸和刃具，從而加大星形運(yùn)動產(chǎn)生的網(wǎng)狀跡線密度。合理確定Ⅰ型結(jié)構(gòu)中刃具的工作層面高度。但在大礫石和巖體層面破碎施工時，則宜使鉆桿及刃具工作在兩個層面高，以增加巖體破碎臨空面，提高沖擊破石效率。合理確定Ⅰ型結(jié)構(gòu)中刃具的形狀和直徑。另外必須保證每個星形輪，至少有一組刃具的最大絞削范圍超出鉆具固定圈5厘米左右，以使鉆具順利的整體鉆進(jìn)進(jìn)尺。要求鉆具適配性好。即既可設(shè)計(jì)為地面驅(qū)動，也可采用潛水變速電機(jī)一體化設(shè)計(jì)或液壓馬達(dá)驅(qū)動。鉆具切削運(yùn)動必須的反向平衡力矩，對于有沉井護(hù)壁施工，即由與井壁聯(lián)系的定位約束產(chǎn)生。井口地面驅(qū)動Ⅰ型鉆具則由固定圈底部，與孔底地面產(chǎn)生相對運(yùn)動的摩擦阻力產(chǎn)生。當(dāng)然也可以另輔助增設(shè)接觸孔壁的單向連動自鎖機(jī)構(gòu)，以有效增加和確保鉆具運(yùn)行的超強(qiáng)反向平衡力矩。任何事物都具有兩面性，由于機(jī)構(gòu)特性決定和為了簡化結(jié)構(gòu)，建立刃具星形運(yùn)動的齒輪組等大部件，不可避免的只能在泥漿中潤滑，這就需要齒輪組采用高錳類耐磨鋼特性材料（履帶、鍔板和道岔類材料），有適應(yīng)在泥漿砂石中工作的材質(zhì)要求。另外還需加設(shè)防護(hù)罩和隔離板，以防異物影響和損壞機(jī)件運(yùn)行。以上關(guān)于鉆具固定圈下的土體，是考慮由星形輪上一組專用刃具隨運(yùn)動周期進(jìn)行切削，其隨星形運(yùn)動周期切削的厚度、速度、超切尺度和間斷長度，應(yīng)控制與星形輪上刃具的切削平均進(jìn)度及排渣效率相適應(yīng)，亦即應(yīng)與鉆具的整體進(jìn)尺速度控制相協(xié)調(diào)，而且還要保證有足夠大的切削扭矩力。這樣就可以充分發(fā)揮星形輪上刃具群在大面積切削中的功能性作用。據(jù)有關(guān)業(yè)內(nèi)人士的感覺判斷，此機(jī)械運(yùn)動的機(jī)構(gòu)及原理具有獨(dú)立、獨(dú)創(chuàng)和實(shí)用性。其Ⅰ型機(jī)構(gòu)原理還可應(yīng)用于引進(jìn)技術(shù)開發(fā)生產(chǎn)的異形大斷面“地鐵隧道盾構(gòu)機(jī)”和“頂管掘進(jìn)機(jī)”刀盤的新型化設(shè)計(jì)、改造和完善。主要是由對巖土體的磨削或壓碎掘進(jìn)，改為絞削和沖擊破碎掘進(jìn)。（也需要在托板上以主動軸為圓心，分別圍繞星形齒輪一側(cè)，安裝三條帶狀螺旋機(jī)構(gòu)，以將渣土攏耙集中在中空軸孔中排出，實(shí)現(xiàn)各單元獨(dú)立排渣）綜上所述，樁基礎(chǔ)工程施工的效率，首先決定于成孔設(shè)備的效率，成孔設(shè)備的效率又主要決定于鉆具的綜合性能，而鉆具的性能主要是體現(xiàn)對巖土的成渣和排渣能力兩方面。其主要是采用了“星形運(yùn)動”的機(jī)械原理，構(gòu)思了全新的運(yùn)動機(jī)構(gòu)，使鉆具具有了當(dāng)前多種常規(guī)鉆頭的優(yōu)勢功能。二是特別適合氣舉反循環(huán)排渣施工，由于鉆具對成渣具有實(shí)時攏耙功能，所以對于小于排渣管直徑的成渣顆粒，可直接及時快凈地氣舉排渣。四是鉆具設(shè)計(jì)既可適用于3米以上至6米直徑，甚至更大的直徑，當(dāng)然更可應(yīng)用于中小直徑鉆具。刃具工作面小，因而摩阻力小，無效功耗小，功率因數(shù)高。六是可模塊化設(shè)計(jì)和裝配使用，在鉆具直徑不變時，通過現(xiàn)場調(diào)整刃具裝配數(shù)量，可與不同設(shè)計(jì)扭矩的鉆機(jī)匹配。八是施工震動小，運(yùn)動可靠，穩(wěn)定高效。第4章 行星齒輪設(shè)計(jì) ：行星齒輪傳動與普通齒輪傳動相比較，它具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)。所以，行星齒輪傳動現(xiàn)已被人們用來代替普通齒輪傳動，而作為各種機(jī)械傳動系統(tǒng)中的減速器，增速器和變速裝置。行星齒輪傳動的主要特點(diǎn)如下:（1）體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)緊湊，承載能力大 由于行星齒輪傳動具有功率分流和各中心輪構(gòu)成共軸線式的傳動以及合理地應(yīng)用內(nèi)嚙合齒輪副，因此可使其結(jié)構(gòu)緊湊。此外，在結(jié)構(gòu)上充分利用了內(nèi)嚙合承載能力大和內(nèi)齒圈本身的可容積體積，從而有利于縮小其外廓尺寸，使其體積小，質(zhì)量小，結(jié)構(gòu)非常緊湊，且承載能力大。（2）傳動效率高 由于行星齒輪傳動結(jié)構(gòu)的對稱性，即它具有數(shù)個勻稱分布的行星輪，使得作用于中心輪和轉(zhuǎn)臂軸承中的反作用力能互相平衡，從而有利于達(dá)到提高傳動效率的作用。（3）傳動比較大，可以實(shí)現(xiàn)運(yùn)動的合成與分解 只要適當(dāng)選擇行星齒輪傳動的類型及配齒方案，便可以用少數(shù)幾個齒輪而獲得很大的傳動比。應(yīng)該指出，行星齒輪傳動在其傳動比很大時，仍然可保持結(jié)構(gòu)緊湊﹑質(zhì)量小、體積小等許多優(yōu)點(diǎn)。（4）運(yùn)動平穩(wěn)、抗沖擊和振動的能力較強(qiáng) 由于采用了數(shù)個結(jié)構(gòu)相同的行星輪，均勻的分布于中心輪的周圍，從而可使行星輪與轉(zhuǎn)臂的慣性力相互平衡?？傊?，行星齒輪傳動具有質(zhì)量小、體積小、傳動比大及效率高（類型選用得當(dāng)）等優(yōu)點(diǎn)。行星傳動不僅適用于高轉(zhuǎn)速、大功率，而且在低速大轉(zhuǎn)矩的傳動裝置上也已獲得了應(yīng)用。行星齒輪傳動的缺點(diǎn)是：材料優(yōu)質(zhì)、結(jié)構(gòu)復(fù)雜、制造和安裝較困難。因此，對于行星齒輪傳動的設(shè)計(jì)者，不僅應(yīng)該了解其優(yōu)點(diǎn)，而且應(yīng)該在自己的設(shè)計(jì)工作中，充分發(fā)揮其優(yōu)點(diǎn)，且把其缺點(diǎn)降低到最低限度，從而設(shè)計(jì)出性能優(yōu)良的行星齒輪傳動裝置。其傳動簡圖為：配齒計(jì)算就是根據(jù)給定的傳動比ip來確定行星齒輪傳動中各輪的齒數(shù)。一般應(yīng)選取p=3～8。一般情況下，齒輪a的最少齒數(shù)的范圍為14～18。根據(jù)給定的行星齒輪傳動的傳動比的大小和中心輪a的齒數(shù)及行星輪個數(shù)，由表（32）（2ZX(A)型行星齒輪傳動的配齒）可查的2ZX(A)型行星齒輪的傳動比及其各輪齒齒數(shù)。按彎曲強(qiáng)度的初步計(jì)算公式計(jì)算齒輪的模數(shù)m為 現(xiàn)已知=23，=340。在兩個嚙合副ac，bc中，其標(biāo)準(zhǔn)中心距a為：==12(23+34)/2=342mm==12(9134)/2=342mm由此可知，兩個齒輪副的標(biāo)準(zhǔn)中心距相等，因此，該行星齒輪傳動滿足非變位的同心條件。（2） 壓力角=20176。(2) 同心條件:滿足同心條件。由表(51)查得效率計(jì)算公式： 可見，該行星齒輪傳動的效率很高，可滿足要求。在本設(shè)計(jì)中，采用齒輪聯(lián)軸器作為其均載機(jī)構(gòu)。首先應(yīng)確定中心輪a的結(jié)構(gòu)，因?yàn)樗闹睆絛較大，所以中心輪a應(yīng)該采用中心輪與輸入軸分開的結(jié)構(gòu)形式。行星輪c采用整體結(jié)構(gòu)式的結(jié)構(gòu)，它的齒寬應(yīng)當(dāng)加大，以便保證該行星輪c與中心輪a的嚙合良好，同時還保證其與內(nèi)齒輪b相嚙合。轉(zhuǎn)臂上各行星輪軸孔與轉(zhuǎn)臂軸線的中心距極限公差由公式（91）計(jì)算。各行星輪軸孔的孔距相對偏差可按公式（92）計(jì)算，即： (3～5)=(3～)=～ (mm)取=。則得： ②有關(guān)參數(shù)a. 使用系數(shù)使用系數(shù)按中等沖擊查表（67）得=。NNNNNNNNNNNN字由于本設(shè)計(jì)主要為鉆具設(shè)計(jì)，選擇采用標(biāo)準(zhǔn)汽缸來進(jìn)行組合，減少另外設(shè)計(jì)的生產(chǎn)的成本。由空氣壓縮機(jī)處提供的氣壓一般大于10Mpa，選用的標(biāo)準(zhǔn)汽缸的缸內(nèi)徑為80mm，汽缸的活塞桿外徑為40mm，活塞的行程為500mm，現(xiàn)采用氣壓為10Mpa來進(jìn)行計(jì)算：進(jìn)行力的換算，相當(dāng)于37680，大于巖石的抗壓強(qiáng)度所要求的沖擊力。汽缸往復(fù)沖擊次數(shù)：。因此，應(yīng)在中心處裝一鉆頭來保持中心的穩(wěn)定。牙輪鉆頭的結(jié)構(gòu)和工作原理為下圖：牙輪鉆頭由三個牙爪及三個安裝在牙輪軸頸上的牙輪組成。見下氣，對軸承進(jìn)行吹洗和冷卻。吹洗風(fēng)道用于通入壓縮空排渣。適應(yīng)于表土，軟巖；牙輪體表面齒為楔形；三牙輪中心不交于一點(diǎn)；有滑動破巖。鉆頭的回轉(zhuǎn)帶動牙輪滾動，在軸壓力靜載荷及牙輪轉(zhuǎn)動時的動載荷作用下，牙輪上的齒以壓碎、沖擊、減切等形式破碎巖石，巖渣由壓風(fēng)吹出孔口。大部分堅(jiān)硬的巖石均具有脆性，應(yīng)采用鑲硬質(zhì)合金