長螺旋鉆機麻花鉆頭鉆進過程模擬及結構優(yōu)化.pdf

1、中圖分類號UDC碩士學位論文學校代碼!Q塑密級公開長螺旋鉆機麻花鉆頭鉆進過程模擬及結構優(yōu)化DrillingSimulationOfTwistDrillTipOfLongSpiralDrillAndStructuralOptimization作者姓名：學科專業(yè)：研究方向：學院(系、所)：指導教師：許建軍機械工程機械設計及理論機電工程學院胡仕成(副教授)論文答辯日期—坐步了答辯委員會主席中南大學2013年5月長螺旋鉆機麻花鉆頭鉆進過程模擬及

2、結構優(yōu)化摘要：長螺旋鉆機是樁工機械類產(chǎn)品的一種，由于具有設備成本低、適用范圍廣、樁基質量好、單樁承載力高、噪聲少、無泥漿污染、耗用鋼材少等優(yōu)點而被普遍使用。但長螺旋鉆機仍存在鉆進效率不高的問題，影響了鉆孔、成樁的效率和整機的使用性能。為了提高鉆孔效率，本文對長螺旋鉆機鉆頭的鉆進效率進行了仿真研究，設計出一種鉆進效率高的長螺旋鉆機麻花鉆頭。論文的主要研究工作及創(chuàng)新有：(1)對長螺旋鉆頭進行了深入研究，將目前國內外所使用的鉆頭結構及其使用情

3、況進行了對比分析，為鉆頭設計提供了理論依據(jù)。(2)對影響長螺旋鉆進效率主要因素進行了理論分析，并設計了一種利于切土的長螺旋鉆頭——麻花鉆尖結構鉆頭，利用長螺旋鉆機麻花鉆頭定心準確、不偏斜或竄孔、對土體進行一次切削后兩端刀齒再對土體進行二次切削，提高了切削能力。建立了鉆進過程的力學模型，分析表明長螺旋鉆機麻花鉆頭提高了鉆削能力和定心性能。(3)建立了長螺旋鉆機麻花鉆頭和傳統(tǒng)的定心型長螺旋鉆頭鉆進的有限元分析模型并進行鉆進過程模擬，模擬結果

4、表明長螺旋鉆機麻花鉆頭的鉆進效率比傳統(tǒng)的定心型鉆頭提高了1660％。(4)應用了均勻試驗方法優(yōu)選設計變量組，根據(jù)變量參數(shù)建立仿真模型模擬鉆進，得出不同變量參數(shù)組合下的鉆進深度值。優(yōu)化得出鉆進效率最高的最優(yōu)參數(shù)為：螺旋角35。，頂角90。和后角lO。。(5)自制了實驗臺架對優(yōu)化后的長螺旋鉆機麻花鉆頭和傳統(tǒng)的定心型長螺旋鉆頭進行了現(xiàn)場測試，測試結果表明長螺旋鉆機麻花鉆頭的鉆進效率比定心型長螺旋鉆頭的鉆進效率高1336％，與仿真結果基本吻合。