打樁機頂部滑輪組立柱鉆頭和鉆桿的設(shè)計說明書_第1頁
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文檔簡介

1、<p><b>  畢業(yè)設(shè)計說明書</b></p><p>  打樁機頂部滑輪組、立柱、鉆頭和鉆桿的設(shè)計</p><p>  學(xué)生姓名: 學(xué)號: </p><p>  學(xué) 院: 機械工程與自動化學(xué)院 </p><p>  專 業(yè): 機械設(shè)計制造及

2、其自動化 </p><p>  指導(dǎo)教師: </p><p>  2011 年 6 月</p><p>  打樁機頂部滑輪組、立柱、鉆頭和鉆桿的設(shè)計</p><p><b>  摘要</b></p><p>  本設(shè)計涉及了長螺旋打樁機鉆桿,

3、其主要特征為:包括帶有通孔的桿體,在所述桿體的外壁面帶有螺旋線。當(dāng)鉆入地下時,工作人員根據(jù)桿體外壁面的螺旋線直接測量到鉆頭的轉(zhuǎn)動情況和豎直行進情況,隨時調(diào)整豎直行進速度和轉(zhuǎn)動速度,以達到轉(zhuǎn)動和豎直行進速度的同步,確保所打樁體呈螺旋狀;打樁機鉆頭當(dāng)需要更換或維修鉆尖和鉆鎬時,不需要使用電氣焊將鉆尖或鉆鎬從鉆頭基體上切割下,只需要松開固定鉆尖和鉆鎬的連接螺栓,可以方便的將鉆尖和鉆鎬從鉆頭基體上拆卸下來,進行更換或維修,更換和維修鉆尖、鉆鎬的

4、時間很短,大大提高了作業(yè)率;打樁機立柱,其特征是:立柱為上段立柱和下段立柱分體結(jié)構(gòu),上段立柱和下段立柱通過連接裝置連接為一體。在轉(zhuǎn)場運輸時,只需將上段立柱以銷軸為支點彎拆下來,即達到公路運輸不超高的要求,不需要將立柱整體拆卸省時省力,提高了工作效率;改進的滑輪組,通過增加導(dǎo)向輪,采用擺動式滑輪,降低了鋼絲繩和滑輪的磨損,延長了使用壽命,提高了經(jīng)濟效益。</p><p>  關(guān)鍵詞:打樁機、鉆頭、滑輪組</p

5、><p><b>  Abstract</b></p><p>  The design involves a long spiral drill hammers,and its main features are: including the rod with a hole in the wall above the outer rod with a spiral li

6、ne. When the burrow into the ground, the staff in vitro under the bar direct measurement of the wall of the spiral rotation of the drill bit and vertical road conditions at any time to adjust the vertical speed and rotat

7、ional speed of the road, the road to reach the speed of rotation and vertical synchronization, to ensure The lanes are helical </p><p>  Keywords:Pile、drill、pulley</p><p><b>  目錄</b>

8、</p><p><b>  1 緒 論1</b></p><p><b>  1.1 概述1</b></p><p>  1.2 課題的研究背景1</p><p>  1.3 打樁機工作原理1</p><p>  1.4 打樁機的種類和發(fā)展情況2<

9、/p><p><b>  2 鉆頭的設(shè)計4</b></p><p>  2.1 鉆頭的工作原理4</p><p>  2.2 鉆頭長出現(xiàn)的問題4</p><p>  2.3 鉆頭的設(shè)計方案4</p><p><b>  3 鉆桿的設(shè)計8</b></p>

10、<p>  3.1 鉆桿的作用及其結(jié)構(gòu)8</p><p>  3.2 打樁過程中鉆桿常見問題8</p><p>  3.3 解決方法9</p><p>  3.4 鉆桿設(shè)計的具體實施方法9</p><p>  4 鉆桿的優(yōu)化設(shè)計11</p><p>  4.1 優(yōu)化設(shè)計的原因11<

11、;/p><p>  4.2 優(yōu)化分析及數(shù)學(xué)模型的建立11</p><p>  4.2.1 優(yōu)化設(shè)計概念11</p><p>  4.2.2 設(shè)計的基本要素11</p><p>  4.3 螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化12</p><p>  4.3.1 目標函數(shù)12</p><p>  

12、4.3.2約束條件14</p><p>  4.4 鉆桿結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型17</p><p>  4.5 優(yōu)化前后鉆桿參數(shù)比較21</p><p>  4.6 總結(jié)21</p><p>  5 立柱的設(shè)計22</p><p>  5.1 立柱的工作原理22</p><p>

13、;  5.2 立柱存在的問題22</p><p>  5.3 解決的方案22</p><p>  5.4 具體設(shè)計方法23</p><p>  6 頂部滑輪組的設(shè)計27</p><p>  6.1 滑輪的作用和類型27</p><p>  6.2 滑輪組30</p><p>

14、;  6.3 國內(nèi)外滑輪組的背景資料33</p><p>  6.4 滑輪組的改進方案34</p><p>  7 鉆頭的打撈36</p><p>  7.1 前 言36</p><p>  7.2 鉆頭掉進鉆井內(nèi)原因分析與處理措施36</p><p>  7.3 工程實例37</p>

15、;<p>  7.3.1工程概述37</p><p>  7.3.2打撈方案的確定和實施37</p><p>  7.3.3打撈方案的確定37</p><p>  7.3.4打勞方案的實施37</p><p>  7.3.5鉆孔灌樁與樁體質(zhì)量38</p><p>  7.4 結(jié)語38<

16、/p><p><b>  結(jié)論39</b></p><p><b>  參考文獻40</b></p><p>  致謝錯誤!未定義書簽。</p><p><b>  1 緒 論 </b></p><p><b>  概述</b>

17、;</p><p>  本設(shè)計主要的設(shè)計重點是打樁機頂部滑輪組、鉆頭、鉆桿和立柱的設(shè)計。闡述了打樁機頂部滑輪組、立柱、鉆頭和鉆桿的工作原理,給出了打樁機頂部滑輪組、立柱、鉆頭和鉆桿的裝配圖及主要部分零件圖,并且對其進行了些許改進,使其更加的完善。本說明書也將圍繞對打樁機部滑輪組、鉆頭、鉆桿和立柱的設(shè)計改進進行主要的講解。</p><p>  1.2 課題的研究背景</p>

18、<p>  近年來,隨著我國國民經(jīng)濟的逐步增強,國內(nèi)各大城市的高層建筑、立交橋、海港碼頭、鐵路公路橋梁等基本建設(shè)項目急劇猛增,大口徑基礎(chǔ)樁工程得到廣泛應(yīng)用。由于現(xiàn)代化的高層建筑、大型橋梁和港口碼頭等結(jié)構(gòu)復(fù)雜,負荷十分巨大,對基礎(chǔ)的承載能力和防止沉陷方面的要求較高。根據(jù)建設(shè)部門的資料,對高層建筑基礎(chǔ)的處理,通常是采用箱式、地下連續(xù)墻、樁等形式作為基礎(chǔ)。由于打樁機結(jié)構(gòu)簡單,堅固可靠,外型美觀,使用靈活,操作簡便等優(yōu)點,尤其是打樁經(jīng)

19、濟效益好(不需降水,換土等)。振動錘減震效果優(yōu)良,噪音低,樁架振動小,勞動條件較好,使用,維修,保養(yǎng)方便,收效快,在建筑業(yè)中將發(fā)揮其獨特作用。 </p><p>  1.3 打樁機工作原理</p><p>  利用沖擊力將樁貫入地層的樁工機械。由樁錘、樁架及附屬設(shè)備組成。樁錘依附在樁架前部兩根平行的豎直導(dǎo)桿之間,用提升吊鉤吊升。樁架為一鋼結(jié)構(gòu)塔架,在其后部設(shè)有卷揚機,用以起吊樁和樁錘。樁

20、架前面有兩根導(dǎo)桿組成的導(dǎo)向架,用以控制打樁方向,使樁按照設(shè)計方位準確地貫入地層。塔架和導(dǎo)向架可以一起偏斜,用以打斜樁。導(dǎo)向架還能沿塔架向下引伸,用以沿堤岸或碼頭打水下樁。樁架能轉(zhuǎn)動,也能移行。打樁機的基本技術(shù)參數(shù)是沖擊部分重量、沖擊動能和沖擊頻率。樁錘按運動的動力來源可分為落錘、汽錘、柴油錘、液壓錘等。</p><p>  頂部滑輪組是用法蘭,螺栓安裝在立柱頂部(亦稱鵝頭),滑輪組中有7個滑輪,分別為沉樁,拔樁,

21、吊鋼筋籠和吊加料多斗用。頂部滑輪采用繩索滑輪,一般用來導(dǎo)向和支撐,以改變繩索及其傳遞拉力的方向或平衡繩索分支的拉力?;喗M是由若干個定滑輪和動滑輪匹配而成,可以達到既省力又改變力作用方向的目的。動滑輪被兩根繩子承擔(dān),即每根繩承擔(dān)物體和動滑輪。使用中,省力多少和繩子的繞法,決定于滑輪組的使用效果。</p><p>  立柱是樁架主體,由五節(jié)卷管和導(dǎo)軌,爬梯,撐桿上鉸鏈,立體支撐等組成。下端用軸固定在底盤立柱支承座上

22、,導(dǎo)輪采用國內(nèi)統(tǒng)一標準,適用于柴油錘和其他形式的振動錘的標準滑塊(滾輪)。立柱各節(jié)的法蘭,螺栓孔均能互換,因而立柱高度可以根據(jù)沉樁的實際長度進行安裝。立柱主要用于配掛柴油樁錘,振動樁錘和鉆孔機等進行工業(yè)與民用建筑,道路,橋梁,港口和碼頭的基礎(chǔ)施工。</p><p>  1.4 打樁機的種類和發(fā)展情況</p><p> ?。?)振動錘打樁機。利用樁錘的機械振動力,使樁沉入地下,適用于承&l

23、t;/p><p>  載較小的預(yù)制混凝土樁、鋼板樁等。</p><p> ?。?)柴油錘打樁機。利用燃油爆炸,推動活塞,靠爆炸力沖擊樁頭,使樁沉入地下,適宜打各類預(yù)制樁。</p><p>  (3)蒸汽錘打樁機。利用高壓蒸汽將錘頭上舉,然后靠錘頭自重向下沖擊樁頭,使樁沉入地下</p><p>  (4)靜力壓樁機。 利用機械卷揚機或液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的

24、壓力,使樁在持續(xù)靜壓力的作用下壓入土中,使用于一般承載力的各類預(yù)制樁。</p><p>  打樁機還有旋挖式樁機,是用螺旋向地下挖,然后灌樁。</p><p>  按樁錘運動的動力來源可分為落錘、汽錘、柴油錘、液壓錘打樁機等。</p><p>  落錘打樁機 樁錘是一鋼質(zhì)重塊,由卷揚機用吊鉤提升,脫鉤后沿導(dǎo)向架自由下落而打樁。</p><p&g

25、t;  汽錘打樁機 樁錘由錘頭和錘座組成,以蒸汽或壓縮空氣為動力,有單動汽錘和雙動汽錘兩種。汽錘的進排汽旋閥的換向可由人工控制,也可由裝在錘頭一側(cè)并隨錘頭升降的凸緣操縱桿自動控制,兩種方式都可以調(diào)節(jié)汽錘的沖擊行程。</p><p>  柴油錘打樁機 主體也是由汽缸和柱塞組成,其工作原理和單缸二沖程柴油機相似,利用噴入汽缸燃燒室內(nèi)的霧化柴油受高壓高溫后燃爆所產(chǎn)生的強大壓力驅(qū)動錘頭工作。柱塞和缸筒之間的活動間隙用

26、彈性柱塞環(huán)密封。</p><p>  液壓錘打樁機 以油液壓力為動力,可按地層土質(zhì)不同調(diào)整液壓,以達到適當(dāng)?shù)臎_擊力進行打樁,是一種新型打樁機。</p><p>  日本是從1959年開始發(fā)展振動打樁機的,但是振動打樁機由于打樁性能受土質(zhì)條件的限制,在較軟地層打樁或拔樁速度較快,而在堅硬地層和粘土層時,由于樁端阻力較大,打樁速度較慢或者幾乎不能打入,因此發(fā)展了振動沖擊式打樁機和振動噴水聯(lián)合

27、作用的施工法。由于柴油打樁機在堅硬的地層中打樁具有很大的打擊力,顯示了它的優(yōu)越性,因此在日本的打樁工程中占據(jù)了主導(dǎo)地位。振動打樁機用在打入或拔出鋼板樁,以及小直徑砂樁等??墒堑搅肆甏蟀肫谟捎凇肮Α币鹑藗兊淖⒁?,柴油打樁機被禁止在市區(qū)使用,這樣又促進了振動打樁機的發(fā)展,隨著振動打樁機承擔(dān)的打樁任務(wù)日益廣泛,打樁的地址條件更加復(fù)雜,促使了振動打樁機向大型高效能的機種方向發(fā)展。</p><p>  蘇聯(lián)從19

28、34年開始研究振動參數(shù)的變化對土壤阻力的影響,并試用了用打板樁和鋼管樁的“巴金堪”型“羅斯金”型振動打樁機,1949年高爾基水電站的格型圍堰中,使用了BT-5型振動打樁機,打樁條件是在飽和水的砂土中將鋼板樁打入9-12米的深度,花費時間2-3分。這種新的施工法在現(xiàn)場中的使用的結(jié)果說明,用振動方法打樁效果好,費用少,與氣動打樁機相比,在8小時的作業(yè)時間內(nèi),氣動打樁機可打入18根樁,而振動打樁機可打入31根樁,施工費節(jié)約46%,同時振動打樁

29、機不需要輔助設(shè)備,如空氣壓縮機或蒸汽鍋爐、管道等,并且振動打樁機不會損壞樁頭,拔樁容易,板樁可以反復(fù)使用,還可不用變換零件就能作為拔樁設(shè)備使用。由于振動打樁機具有上述優(yōu)點,因此在蘇聯(lián)得到了廣泛應(yīng)用。</p><p>  總之,打樁機是基礎(chǔ)施工常用的設(shè)備之一,可將鋼板柱,鋼板樁,預(yù)制混凝土樁打入地基內(nèi),由于這種機械能進行打拔樁作業(yè),具有施工效率高,經(jīng)濟性好等優(yōu)點,已被廣泛應(yīng)用于打地基,圍堰工程和人工島等基礎(chǔ)施工。&

30、lt;/p><p><b>  鉆頭的設(shè)計</b></p><p>  2.1 鉆頭的工作原理</p><p>  從動力頭輸出的轉(zhuǎn)矩,通過鉆桿傳遞到鉆頭,進行切削土層,鉆頭的直徑與設(shè)計的孔徑是一致的,考慮到鉆孔的效率,一般都設(shè)計雙頭螺紋,根據(jù)土體的不同,在切削刃部分采用不同的結(jié)構(gòu)和熱工藝處理。</p><p>  在本設(shè)

31、計中,將對傳統(tǒng)的鉆頭進行改進,這是由于傳統(tǒng)的鉆頭由于其自身的結(jié)構(gòu)特點在維修和更換時會有很多的不便,將會降低工程效率,通過一些結(jié)構(gòu)上的改進之后會解決這些問題,便于維修和更換,提高效率,節(jié)約資金,</p><p>  目前,建筑打樁機的鉆頭組成主要包括鉆頭基本體,鉆尖,鉆鎬,螺旋葉片等,螺旋葉片固定在鉆頭基本體上,鉆尖和鉆鎬焊接在鉆頭基本體的頭部,與鉆尖基本體形成不可分割的一個整體,其中鉆頭基本體為空心結(jié)構(gòu),在鉆頭基

32、本體的頭部設(shè)有出料口,出料口外設(shè)有出料門隱蔽出料口,攪拌好的混凝土由出料口流出。</p><p>  2.2 鉆頭長出現(xiàn)的問題 </p><p>  對于以前這種結(jié)構(gòu)的打樁機鉆頭會存在以下問題:(1)在打樁過程中,鉆尖和鉆鎬磨損嚴重,很容易損壞,需要及時的修復(fù)或者更換,但是由于鉆尖和鉆鎬是焊接在鉆頭基本體的頭部,與鉆頭基本體形成了不可分離的整體,所以需要使用電氣焊,將鉆尖或者鉆鎬從鉆頭基

33、本體上切割下來,然后才能進行修復(fù)或者更換,這樣的話效率低,浪費時間,將會嚴重影響建筑施工的進度;(2)出料門暴露在鉆頭的表面,很容易磨損或者刮掉,容易卡死,影響打樁機的正常工作;(3)使用的壽命短,成本高,不利于維修,作業(yè)率低。</p><p><b>  介于以上情況</b></p><p>  此次設(shè)計的打樁機的鉆頭,其主要的的特點是提供了一種新型的建筑打樁機鉆頭

34、,方便修復(fù)和更換鉆尖和鉆鎬,本證出料門的正常工作,提高使用壽命,便于維護,提高作業(yè)率,解決以上情況。</p><p>  2.3 鉆頭的設(shè)計方案</p><p>  方案(1)是:鉆頭組成中包括鉆頭基本體,鉆尖,鉆鎬,螺旋葉片,出料口,螺旋葉片固定在鉆頭基本體上,鉆尖和鉆頭基本體是可以分離的,鉆尖是通過鉆尖螺栓固定在鉆頭基本體的頭部,鉆鎬與螺旋葉片是可以分離的,鉆鎬通過鉆鎬螺栓固定在螺旋

35、葉片的頭部,鉆頭基本體為空心結(jié)構(gòu),在鉆頭基本體的頭部設(shè)有出料口,出料口外設(shè)有出料門隱蔽出料口,出料口位于鉆尖的下方。鉆尖與鉆頭基本體之間可以通過鉆尖座固定連接,鉆尖座固定在鉆頭基本體上,鉆尖固定在鉆尖座上。</p><p>  出料口外設(shè)置的出料門與鉆頭基本體之間通過銷軸連接,便于打開出料門和更換出料門,沿銷軸轉(zhuǎn)動出料門可以打開出料門,露出出料口。</p><p>  出料口可以設(shè)置鉆鉆頭

36、基本體頭部的側(cè)面,出料門低于鉆尖的外面; 出料口也可以設(shè)置在鉆頭基本體的頂部,出料門與鉆尖座成為一體,鉆尖通過螺栓固定在鉆尖座上,打開出料門,鉆尖也隨之其翻轉(zhuǎn)。</p><p>  為提高工效,鉆尖上設(shè)有切削刀刃,出料口為有斜度的喇叭形。</p><p>  采用這種方案,當(dāng)需要更換或者維修鉆尖和鉆鎬時,不需要使用電氣焊將鉆尖或者鉆鎬從鉆頭基本體上切割下來,只需要松開固定鉆尖和鉆鎬的鏈接螺

37、栓便可以方便的將鉆頭和鉆鎬從鉆頭基本體上拆卸下來,進行更換或者維修,且更換和維修鉆頭鉆鎬的時間很短,大大提高了作業(yè)率;出料門更換方便,開合自如,不存在料門不開現(xiàn)象,解決了鉆頭到底,料門打不開,堵管的問題。本設(shè)計具有結(jié)構(gòu)合理,提高了使用壽命,便于維修,提高作業(yè)率,成本低等特點,方便更換修復(fù)鉆尖和鉆鎬,保證出料門的正常工作。</p><p><b>  附圖說明</b></p>&

38、lt;p><b>  圖 2.1</b></p><p><b>  圖 2.2</b></p><p>  圖2:鉆頭基本體1、鉆尖2、鉆鎬3、螺旋葉片4.出料口5、鉆尖螺栓6、</p><p>  鉆鎬螺栓7、出料門8、銷軸9、連接法蘭10、鉆尖座11.</p><p><b>

39、  具體的實施方式:</b></p><p>  根據(jù)圖 2.1和圖 2.2,在實際中,打樁機鉆頭的組成包括鉆頭基本體1、鉆尖2、鉆鎬3、螺旋葉片4、出料口5、螺旋葉片固定在鉆頭基本體上,鉆尖和鉆頭基本體是可以分離的,鉆尖與鉆頭基本體之間通過鉆尖座固定連接,鉆尖座11固定在鉆頭基本體1上,鉆尖通過鉆尖螺栓6固定在鉆尖座11上,鉆鎬與螺旋葉片是可分離的,鉆鎬通過鉆鎬螺栓7固定在螺旋葉片的頭部,鉆頭基本體

40、為空心結(jié)構(gòu),在鉆頭基本體的頭部設(shè)有出料口5,出料口外設(shè)有出料門8隱蔽出料口,出料口位于鉆尖的下方,出料口設(shè)置在鉆頭基本體的側(cè)面,出料門低于鉆尖外表面,出料門口外設(shè)置的出料門8與鉆頭基本體之間通過銷軸9連接,便于打開出料門和更換出料門,沿銷軸轉(zhuǎn)動出料門可以打開出料門,露出出料口。在鉆頭基本體1的尾部設(shè)有連接法蘭10,通過該法蘭將鉆頭與鉆桿固定連接,外力驅(qū)動鉆桿旋轉(zhuǎn),鉆頭開始工作:鉆頭鉆至預(yù)訂的位置,提起鉆桿、鉆頭,打樁料將出料門打開,通過

41、出料口注料打樁。由于出料門8采用銷軸9與鉆頭基本體1連接,并且出料口設(shè)置在鉆頭基本體頭部的側(cè)面,出料門低于鉆尖外表面,使得出料門1不會被卡住,不易損壞。</p><p>  鉆頭使用一段時間后,易損件磨損,主要更換鉆尖2、鉆鎬3、出料門8、當(dāng)鉆尖需要更換是,松開固定鉆尖的鉆尖螺栓6,在鉆頭基本體上卸下鉆尖,進行更換;當(dāng)鉆鎬需要更換時,松開固定鉆鎬的鉆鎬螺栓7,在螺旋葉片4上卸下鉆鎬,進行更換;打開出料門上的銷軸9

42、,就可以更換出料門8.鉆尖2上設(shè)有切削刀刃,提高鉆頭工效,出料口5為有斜度的喇叭形,外面開口大,里面開口小,增大出料口的排料量,不易堵料。</p><p>  所有易損件都是可以拆卸的,在鉆頭上更換,不需要使用電氣焊,縮短更換時間,方便實用。</p><p>  方案(2):此方案只做假單的介紹,此方案的不同之處是出料門的位置,其余部分與方案(1)相同,只是此方案的出料口設(shè)置在鉆頭基本體1

43、的頂部,出料門8與鉆尖座11成為一體,鉆尖2通過螺栓6固定在鉆尖座11上,打開出料門,鉆尖也隨之以其翻轉(zhuǎn),扣上出料門8,鉆尖2、鉆尖座11與鉆頭基本體1成為一個固定整體。</p><p><b>  鉆桿的設(shè)計</b></p><p>  3.1 鉆桿的作用及其結(jié)構(gòu)</p><p>  鉆桿的作用是在作業(yè)中傳遞動力轉(zhuǎn)矩,時鉆頭切削土層,同時將切

44、下來的泥土通過鉆桿軸送到孔外,形成孔柱狀。</p><p>  鉆桿的結(jié)構(gòu)一般是中心為一定直徑的無縫鋼管,外面焊接一定螺距的旋片,由于鉆桿本身不承擔(dān)切削土層的任務(wù),為減少螺旋葉片與孔壁的的摩擦力,因此鉆桿的直徑往往比鉆頭直徑小20-30mm,螺旋葉片的厚度及螺距則根據(jù)螺桿強度、土層狀況、機械壽命等因素確定,鉆桿的分節(jié)長度一般為2.5-5m不等(如圖3.1)。鉆桿與鉆桿的鏈接可采用階梯法鏈接,也可用六角套筒并通過錐

45、銷鏈接(如圖3.2)。</p><p><b>  圖 3.1 鉆桿</b></p><p>  六角鏈接頭 2,螺旋葉片 3,六角鏈接套筒</p><p>  圖 3.2 錐銷鏈接方法</p><p>  1,銷 2,六角套筒鏈接</p><p>  3.2 打樁過程中鉆桿常見問題&

46、lt;/p><p>  在建造樓房、橋梁建筑時,往往需要打樁,目前,使用的長螺旋打樁機采用鉆頭、鉆桿和動力機構(gòu)構(gòu)成,由于不同地方的地層構(gòu)造不同,當(dāng)鉆頭進入地下時,工作人員不能看到鉆頭,不能根據(jù)鉆頭所處地層的構(gòu)造達到鉆頭轉(zhuǎn)動與行進速度的同步,造成所打樁不呈螺旋狀。</p><p><b>  3.3 解決方法</b></p><p>  介于這種情

47、況,此設(shè)計的目的就是提供一種能在不同地層構(gòu)造情況下使樁體呈螺旋狀的長螺旋打樁機鉆桿。</p><p>  為實現(xiàn)上述目的設(shè)計的鉆桿為包括帶有通孔的桿體,且在桿體的外壁面帶有螺旋線。且所述的螺旋線為螺旋突起;且所述的螺旋線為螺旋凹槽;所述的螺旋線為與桿體外壁不同顏色的螺旋顏色層;所述的螺旋線的螺距為100mm-1600mm;所述的桿體直徑為120mm-800mm。</p><p>  此設(shè)計

48、的打樁機鉆桿與以前的技術(shù)相比,具有以下特點:(1),由于桿體的外壁面帶有螺旋線,該螺旋線的螺距與鉆頭的螺距相等,當(dāng)鉆入地下時,工作人員根據(jù)桿體外壁面的螺旋線直接測量到鉆頭的轉(zhuǎn)動情況和豎直行進情況,可以隨時的調(diào)整豎直行進速度和轉(zhuǎn)動速度,以達到轉(zhuǎn)動和豎直行進速度的同步,確保所打樁體呈螺旋狀;(2),由于螺旋線的螺距為100mm-1600mm;所述桿體的直徑為120mm-800mm,針對不同螺距的鉆頭,可以選用不同螺距的鉆桿。</p&g

49、t;<p>  3.4 鉆桿設(shè)計的具體實施方法</p><p>  結(jié)合圖形對此長螺旋打樁機鉆桿的結(jié)構(gòu)和使用原理做進一步的說明。</p><p>  如圖所示,此打樁機的長螺旋鉆桿包括帶有通孔1的桿體2,在桿體的外壁面上帶有螺旋線3。根據(jù)桿體加工的需要,螺旋線3可以為螺旋突起;可以是螺旋凹槽;也可以是與桿體外壁不同顏色的螺旋顏色層。</p><p>

50、  螺旋線3的螺距與鉆頭的螺距相等,為了適合于不同螺距和不同直徑的鉆頭,螺旋線3的螺距為100mm-1600mm;桿體的直徑為120mm-800mm。</p><p>  當(dāng)使用時,將鉆桿連接于鉆頭和動力裝置之間,當(dāng)轉(zhuǎn)入地下時,工作人員根據(jù)桿體外壁面的螺旋線直接測量到鉆頭的轉(zhuǎn)動情況和豎直行進情況,隨時調(diào)整豎直行進速度和轉(zhuǎn)動速度,以達到轉(zhuǎn)動和豎直行進速度的同步,確保所打樁體呈螺旋狀。</p><

51、p><b>  鉆桿的優(yōu)化設(shè)計</b></p><p>  4.1 優(yōu)化設(shè)計的原因</p><p>  螺旋鉆桿是實現(xiàn)快速優(yōu)質(zhì)鉆進的重要部件。為了提高鉆進效率,選擇螺旋鉆桿的輸送能力為優(yōu)化設(shè)計的目標建立數(shù)學(xué)模型.以螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)參數(shù)(螺距、鉆桿軸徑)及螺旋轉(zhuǎn)速為變量,并利用MATLAB優(yōu)化工具箱進行計算獲得螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)參數(shù)的最優(yōu)值。提高了螺旋鉆桿的輸送能力。優(yōu)化

52、結(jié)果對螺旋鉆桿的設(shè)計、對鉆機的改進具有重要的指導(dǎo)作用和工程應(yīng)用價值。</p><p>  4.2 優(yōu)化分析及數(shù)學(xué)模型的建立</p><p>  4.2.1 優(yōu)化設(shè)計概念</p><p>  設(shè)計上的“最優(yōu)值"是指在一定條件影響下所能得到的最佳設(shè)計值。概括起來,最優(yōu)化設(shè)計工作包括以下兩部分內(nèi)容:</p><p>  (1)將設(shè)計問

53、題的物理模型轉(zhuǎn)化為數(shù)學(xué)模型,建立數(shù)學(xué)模型要選取的設(shè)計變量。列出目標函數(shù),給出約束條件;</p><p>  (2)采用適當(dāng)?shù)淖顑?yōu)化方法,在計算機上求解數(shù)學(xué)模型。這歸結(jié)為在給定條件下求目標函數(shù)的極值</p><p>  4.2.2 設(shè)計的基本要素</p><p><b>  (1)設(shè)計變量</b></p><p>  設(shè)

54、計變量是設(shè)計時給定的參數(shù)。</p><p><b>  (2)目標函數(shù)</b></p><p>  在最優(yōu)化設(shè)計中,可將所追求的設(shè)計目標(最優(yōu)指標)用設(shè)計變量的函數(shù)形式表達出來,這一過程稱為建立目標函數(shù),即目標函數(shù)是設(shè)計中預(yù)期要達到的目標。</p><p><b>  (3)約束條件</b></p><

55、p>  在許多實際問題中設(shè)計變量的取值范圍是有限制的或必須滿足一定的條件。這種對設(shè)計變量取值的限制條件,稱為約束條件或設(shè)計約束。</p><p><b>  (4)數(shù)學(xué)模型</b></p><p>  任何一個最優(yōu)化問題均可歸結(jié)為:在滿足給定的約束條件下,選取適當(dāng)?shù)脑O(shè)計變量,使其目標函數(shù)達到最優(yōu)值。其數(shù)學(xué)表達式(數(shù)學(xué)模型)如下:</p><p

56、>  設(shè)計變量為X=,XD</p><p>  在滿足約束為hv(X)=0,v=1,2,…,P,gu(X)≤O,u=1,2,…,m的條件下,求目標函數(shù)f(x)的最優(yōu)值。目標函數(shù)的最優(yōu)值一般可用最小值(或最大值的形式來表示,因此,最優(yōu)化設(shè)計的數(shù)學(xué)模型可表示為</p><p>  minf(X) X∈D</p><p>  S.t.(subject to)hv

57、(X)=0,v=1,2,…,P</p><p>  gu(X)≤O,u=1,2,…,m</p><p>  gu (X)≤O,u=1,2,…,m</p><p>  4.3 螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化</p><p>  4.3.1 目標函數(shù)</p><p>  本文選擇螺旋鉆桿輸送生產(chǎn)率作為優(yōu)化設(shè)計的目標函數(shù),計算在一

58、定約束條件下,生產(chǎn)率最大時的鉆桿轉(zhuǎn)速值及螺旋鉆桿的結(jié)構(gòu)參數(shù)值(見圖4.1)。</p><p>  圖 4.1 鉆桿結(jié)構(gòu)參數(shù)圖</p><p>  螺旋鉆桿的輸送生產(chǎn)率為</p><p>  Q=Vvg (1)</p><p>  式中,v

59、g為垂直輸送速度,V為每米長度內(nèi)輸送物料的容積,則有</p><p>  V== (2)</p><p>  由式Z=,當(dāng)z為0時,r0為</p><p><b>  (3)</b></p><p><b>  重心的計算公式為</b></p><p>&l

60、t;b> ?。?)</b></p><p><b>  式中</b></p><p>  由MATLAB計算得</p><p><b> ?。?)</b></p><p>  式中 ——螺旋鉆桿轉(zhuǎn)速</p><p><b>  R——螺旋半徑&

61、lt;/b></p><p>  S——螺旋鉆桿葉片螺距</p><p>  R1——螺旋鉆桿心軸半徑</p><p><b>  g——重力加速度</b></p><p><b>  重心處的垂直速度為</b></p><p><b> ?。?)</b

62、></p><p>  式中重心處葉片升角的正切值tan為重心處煤的螺旋上升角的正切值,由式(6)上任一半徑處煤的螺旋上升角的正切值tan與螺旋轉(zhuǎn)速、半徑、葉片升角的關(guān)系式:</p><p><b>  將式</b></p><p>  代入上式可得重心處煤炭的螺旋上升角的正切tan的表達式:</p><p>&l

63、t;b> ?。?)</b></p><p>  各變量與輸送量Q的關(guān)系曲線及Q的二維等高線圖,如圖4.2-6所示,這些關(guān)系曲線曲面反映了螺旋鉆桿各參數(shù)之問的變化關(guān)系。</p><p><b>  4.3.2約束條件</b></p><p>  由目標函數(shù)可得(其中螺旋鉆桿直徑尺、土層與葉片表面的摩擦系數(shù)、煤與孔壁的摩擦系數(shù)已知

64、),設(shè)計變量為螺距s、鉆桿桿徑尺R1、螺旋轉(zhuǎn)速、填充率,即X==</p><p>  圖4.2 輸送量隨螺距、填充率變化關(guān)系</p><p>  由以上分析得螺旋轉(zhuǎn)速應(yīng)大于重心處的臨界轉(zhuǎn)速,即</p><p><b>  從而有:</b></p><p><b> ?。?)</b></p&g

65、t;<p>  圖 4.3 輸送量隨螺距。螺旋轉(zhuǎn)速變化關(guān)系 圖 4.4 輸送量隨螺距、心軸半徑變化關(guān)系</p><p>  圖 4.5 輸送量隨螺旋轉(zhuǎn)速、填充率變化關(guān)系 圖 4.6 輸送量隨螺旋轉(zhuǎn)速、鉆桿軸半徑變化關(guān)系</p><p>  (2)為了使葉片之問的空間能順利排料而不被大塊料卡住,葉片問距一般應(yīng)滿足:scos≥O.04,

66、則</p><p>  0.00161 (9)</p><p>  螺旋葉片螺距與葉片深度之比應(yīng)滿足:</p><p>  1≤≤4.4 (10)</p><p>  (3)一般螺旋鉆桿的螺距為O.5-O.7倍的鉆桿</p><p><

67、b>  直徑,即</b></p><p>  R (11)</p><p>  (4)垂直輸送時物料的填充率一般為O.3-O.4,有</p><p>  0.30.4 (12)</p><p>  (5)為了保證葉片上的物

68、料不自動下滑,葉片的升角應(yīng)大于物料在葉片上的摩擦角。當(dāng)螺距一定時直徑越大的葉片處其升角越小,而葉片內(nèi)徑處的升角最大,從而有:tan≤tan,即</p><p><b> ?。?3)</b></p><p>  (6)中心軸的首要任務(wù)是傳遞軸壓力和扭矩,其剛度及強度要求得到滿足時,才可考慮減小中心軸軸徑,一般鉆桿的心軸的軸徑取鉆桿大徑的一半,取心軸半徑尺的取值范圍為(O

69、.5-O.8)尺比較合理,從而有:</p><p>  0.5RR10.8R (14)</p><p>  (7)轉(zhuǎn)速增大時,利于降低填充率,提高單位時問內(nèi)的排粉量,但轉(zhuǎn)速過高,鉆機振動劇烈,螺旋的轉(zhuǎn)速一般由下面的經(jīng)驗公式訓(xùn)[2]決定:</p><p>  n=

70、 (15)</p><p>  由實踐得出,在煤層中鉆孔時,A一般取50-75。</p><p>  4.4 鉆桿結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型</p><p>  根據(jù)以上分析,旋轉(zhuǎn)鉆機螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化數(shù)學(xué)模型為</p><p><b>  X==</b></p><p>  式中,鉆桿直徑

71、尺、煤與葉片表面摩擦系數(shù)肛面、煤與孔壁問摩擦系數(shù)已知;rg為重心處的半徑,rg=。</p><p><b>  優(yōu)化算法及求解</b></p><p>  利用Matlab的優(yōu)化工具箱,可以求解線性規(guī)劃、非線性規(guī)劃和多目標規(guī)劃等問題,為優(yōu)化方法在工程中的實際應(yīng)用提供了更快捷的途徑?,F(xiàn)需求解的問題為有約束非線性最優(yōu)問題,在有約束最優(yōu)化問題中,早期的方法通常是通過構(gòu)造懲罰

72、函數(shù)等來將有約束的最優(yōu)化問題轉(zhuǎn)換為無約束最優(yōu)化問題進行求解。現(xiàn)在,這些方法已經(jīng)被更有效的基于K-T(Kuhn-Tucker)方程解的方法所取代[3,4,5]-Tucker方程為</p><p>  式(17)說明優(yōu)化目標函數(shù)和約束條件互抵消,其中Langrange乘子平衡了優(yōu)約束條件之問梯度幅值大小的差異。</p><p>  庫恩一塔克(K-T)方程的解形成了許多非線性規(guī)劃算法的基礎(chǔ),這

73、些算法直接計算拉格朗日乘子,通過用擬牛頓法更新過程,給K-T方程積累二階信息,可以保證有約束擬牛頓法的超線性收斂。這些方法稱為序列二次規(guī)劃法(SQP)[6,7],因為在每一次主要的迭代中都求解一次二次規(guī)劃問題。由于SQP算法具有良好的數(shù)值實驗效果及收斂速度,目前已成為求解中小規(guī)模優(yōu)化問題最有效的方法之一。</p><p>  對于給定的規(guī)劃問題,序列二次規(guī)劃(SQP)的主要的思路是形成基于拉格朗日函數(shù)二次近似的二

74、次規(guī)劃子問題,二次規(guī)劃子問題可表達為[8,9]</p><p>  此子問題可以通過QP算法求得,它的解產(chǎn)生線性搜索過程的搜索方向,形成新的迭代方程為</p><p>  x= x+ (19)</p><p>  步長參數(shù)通過線性搜索過程來確定,矩陣</p><p>  Hk為Langrange函數(shù)HESSIAN矩陣

75、的正定近似,用</p><p>  擬牛頓法(BFGS)方法進行更新。</p><p>  MATLAB7.0中使用fmincon( )函數(shù)求多變量有約束非線性函數(shù)的最小值,中型優(yōu)化算法時fmincon( )函數(shù)使用序列二次規(guī)劃法(SQP),函數(shù)形式為</p><p>  =fmincon(fun,x0,A,b,Aeq,beq,lb,ub,nonlcon,optio

76、ns)</p><p>  其中的x、b、beq、lb和ub為向量,A和Aeq為矩陣,c(x)和ceq(x)為函數(shù);x0為初值,約束條件為Aeq*X=beq和A*X<=b;設(shè)計變量戈下上界為1b和ub,使得總是有l(wèi)b<=X<=ub;nonlcon參數(shù)中提供非線性不等式c(x)或等式ceq(x);options設(shè)定求解參數(shù);fval返回戈處的目標函數(shù)值;exitflag參數(shù),描述函數(shù)計算的退出條件

77、。</p><p>  MATLAB中SQP法的實現(xiàn)分三步:</p><p>  Hessian矩陣的更新在每一次主要迭代過程中,都用BFGS法計算拉格朗日函數(shù)的Hessian矩陣的擬牛頓近似矩陣。更新的公式為</p><p><b>  式中,</b></p><p>  其中,為拉格朗日乘子的估計。</p>

78、;<p><b>  (2)二次規(guī)劃求解</b></p><p>  SQP法的每一次主要迭代過程中都要求一次二次規(guī)劃問題,形式如下:</p><p>  求解過程分兩步,第一步涉及可行點(若存在)的計算,第二步為可行點至解的迭代序列,這個序列收斂到問題的解。A在每一次迭代時被更新,構(gòu)成搜索方向d的基礎(chǔ),在搜索方向上,目標函數(shù)的值在約束邊界內(nèi)取最小值,d

79、的可行子空間以Zk為基礎(chǔ),Zk由A的QR分解后的第L+1列到第m列組成,L為約束數(shù)目。</p><p><b>  其中</b></p><p>  以P代替d,則待求的二次問題轉(zhuǎn)化為P的函數(shù):</p><p><b>  關(guān)于P的差分形式為</b></p><p>  當(dāng)時,q(p)在由Zk義的子

80、空間上取最小值,從而得到迭代形式為</p><p><b>  式中,d=Zp。</b></p><p>  (3)一維搜索和目標函數(shù)的計算</p><p>  二次規(guī)劃子問題的解生成一個方向向量d,它形成一個新的迭代公式,運用一維線性搜索確定最優(yōu)級步長,從而得到了下一個迭代點。依此類推,一步一步地向前搜索最終達到目標函數(shù)的最優(yōu)點。</p

81、><p>  4.5 優(yōu)化前后鉆桿參數(shù)比較</p><p>  以輸送量為目標進行優(yōu)化,調(diào)用MATLAB中的</p><p>  fmincon()函數(shù),運用SQP算法,得出優(yōu)化結(jié)果為:x=[S,R1,,]’=[O.054;0.03;24.8000;0.4000]</p><p><b>  輸送量為</b></p&

82、gt;<p>  Q=5.8976e-004 m3/s</p><p><b>  原設(shè)計為</b></p><p>  x=[s,R1,,]’=[O.0650;0.03;23.0200;0.3400]</p><p><b>  輸送量為</b></p><p>  Q=3 5288

83、e-004 m3/s</p><p><b>  4.6 總結(jié)</b></p><p>  本文利用MATLAB對各參數(shù)問的變化關(guān)系進行了分析,利用MATLAB優(yōu)化工具箱,以輸送量為優(yōu)化目標,以螺旋鉆桿結(jié)構(gòu)參數(shù)(螺距、鉆桿軸徑)及螺旋轉(zhuǎn)速為變量,調(diào)用MATLAB中的fmincon( )函數(shù),運用SQP算法進行了優(yōu)化運算,在原設(shè)計的基礎(chǔ)上使轉(zhuǎn)速提高了7.8%,葉片螺距

84、降低了16.9%,并進一步提高了螺旋鉆桿的輸送能力,改進后的輸送能力在理論上為改進前的1.67倍。</p><p><b>  立柱的設(shè)計</b></p><p>  5.1 立柱的工作原理</p><p>  目前,在人們使用的液壓打樁機的一側(cè)固定安裝有立柱,立柱為整體結(jié)構(gòu),立柱的下部與液壓打樁機的機體連接;中上部通過立柱斜支桿連接在液壓打

85、樁機上,立柱斜支桿通過銷軸與立柱上的銷軸孔鉸接,立柱為兩根平行的槽形鋼軌道,在平行的槽形鋼軌道上連接有液壓錘滑板,液壓錘滑板可以在槽形鋼軌道上運行。</p><p>  5.2 立柱存在的問題</p><p>  該液壓打樁機由于立柱較高,并固定在液壓打樁機的一側(cè),轉(zhuǎn)場運輸在公路上行駛時,超高的立柱與跨越公路的線纜相沖突,同時超高的立柱也無法通過橋涵,必須將立柱整體拆卸下來進行運輸,拆卸

86、及安裝時非常繁雜、勞動強度大。費事費力。</p><p>  5.3 解決的方案</p><p>  這回設(shè)計的目的主要是提供一種轉(zhuǎn)場運輸時不需要整體拆卸的液壓打樁機立柱。其實現(xiàn)方法是通過將立柱分為上段立柱和下段立柱結(jié)構(gòu),上段立柱和下段立柱通過連接裝置連接成一體。</p><p>  連接裝置有一上固定板、下固定板、和動板,上固定板連接在上段立柱上,下固定板連接在

87、下段立柱上,動板的上段與上固定板連接,在下固定板和動板上有螺絲孔和銷軸孔,下固定板和動板上的螺絲孔相對應(yīng),下固定板和動板上的銷軸孔與立柱上的銷軸孔相對應(yīng);或者在下固定板和動板上有螺絲孔,下固定板和動板上的螺絲孔相對應(yīng);或者有一鉸鏈,鉸鏈連接在立柱的一側(cè),在立柱的另一側(cè)連接有連接板,連接板通過螺絲連接;或者有連接板,連接板對應(yīng)連接在上段立柱和下段立柱的側(cè)面,連接板通過螺絲連接。</p><p>  有益效果:當(dāng)采取

88、上述方案時,立柱分為上段立柱和下段立柱,打樁時將上段立柱豎起,并通過螺絲與下段立柱連接為一個整體,液壓錘滑板可以在上段立柱和下段立柱構(gòu)成的立柱上自由上、下;轉(zhuǎn)場運輸時,將上段立柱向一側(cè)放到,或者將上段立柱從下段立柱取下,是液壓打樁機的整體高度降低,處于運輸?shù)臉烁咭詢?nèi),不需要整體拆卸,達到了本實用新型的目的。該打樁機立柱結(jié)構(gòu)簡單,在轉(zhuǎn)場時,只需要將上段立柱以銷軸為支點彎折下來,即達到公路運輸不超高的要求,不需要將立柱整體拆卸省時省力,提高

89、了工作效率。</p><p>  5.4 具體設(shè)計方法</p><p> ?。?)在液壓打樁機的一側(cè)固定安裝有立柱,立柱的下部與液壓打樁機的機體連接;中上部通過立柱斜支桿10連接在液壓打樁機上,立柱斜支桿10通過銷軸7與立柱鉸接,立柱為二根平行的槽形鋼軌道,槽形鋼的槽口對外,在兩根平行的槽形鋼軌道上連接有液壓錘滑板,液壓錘滑板騎跨在二根槽形鋼軌道之間的空檔中,立柱為上段立柱1和下段立柱6

90、分體結(jié)構(gòu),上段立柱1和下段立柱6通過連接裝置連接為一體。</p><p>  連接裝置有一上固定板2、下固定板5和動板3,上固定板2連接在上段立柱1外側(cè)的槽口上,并與槽形鋼的槽口平齊;下固定板5連接在下段立柱6外側(cè)的槽口上,并與槽形鋼的槽口平齊,動版3的上段與上固定板2連接,在下固定板5和動板3上有螺絲孔和銷軸孔,下固定板5和動板3上的螺絲孔相對應(yīng),下固定板和動板3由螺絲4固定,下固定板5和動板3上的銷軸孔與立柱

91、上的銷軸孔相對應(yīng),銷軸7穿過立柱斜支桿10、下固定板5和動板3的銷孔,當(dāng)擰掉螺絲4后,上段立柱1能以該銷軸7為支點轉(zhuǎn)動。</p><p>  圖 5.1:上段立柱1、上固定板2、動板3、螺絲4、下固定板5、下段立柱6、銷軸7、鉸鏈8、連接板9、立柱斜支桿10.</p><p><b>  圖 5.2</b></p><p> ?。?)主要特點是

92、下固定板6和動板3上有螺絲孔,下固定板6和動板3上的螺絲孔相對應(yīng),下固定板6和動板3通過螺絲4固定。其它的實施情況和(1)中相同,在液壓打樁機的一側(cè)固定安裝有立柱,立柱的下部與液壓打樁機的機體連接;中上部通過立柱斜支桿10連接在液壓打樁機上,立柱斜支桿10通過銷軸7與立柱鉸接,立柱為二根平行的槽形鋼軌道,槽形鋼的槽口對外,在兩根平行的槽形鋼軌道上連接有液壓錘滑板,液壓錘滑板騎跨在二根槽形鋼軌道之間的空檔中,立柱為上段立柱1和下段立柱6分

93、體結(jié)構(gòu),上段立柱1和下段立柱6通過連接裝置連接為一體。</p><p>  連接裝置有一上固定板2、下固定板5和動板3,上固定板2連接在上段立柱1外側(cè)的槽口上,并與槽形鋼的槽口平齊;下固定板5連接在下段立柱6外側(cè)的槽口上,并與槽形鋼的槽口平齊;下固定板5連接在下段立柱6外側(cè)的槽口上,并與槽形鋼的槽口平齊,動版3的上段與上固定板2連接,下固定板6和動板3上有螺絲孔,下固定板6和動板3上的螺絲孔相對應(yīng),下固定板6和動

94、板3通過螺絲4固定。</p><p> ?。?)主要特點是二根槽形鋼的槽口均向內(nèi),液壓錘滑板騎跨在二根槽形鋼軌道之間的空擋中,液壓錘滑板通過滾輪在槽形鋼的槽內(nèi)運動,連接裝置由鉸鏈8和連接板9構(gòu)成,鉸鏈8連接在二根立柱的后外側(cè),在二根立柱的前外側(cè)連接有連接板9,連接板9通過螺絲連接。其它的實施情況和(1)中相同,在液壓打樁機的一側(cè)固定安裝有立柱,立柱的下部與液壓打樁機的機體連接;中上部通過立柱斜支桿10連接在液壓打

95、樁機上,立柱為二根平行的槽形鋼軌道,槽形鋼的槽口對外,在兩根平行的槽形鋼軌道上連接有液壓錘滑板,液壓錘滑板騎跨在二根槽形鋼軌道之間的空檔中,立柱為上段立柱1和下段立柱6分體結(jié)構(gòu),上段立柱1和下段立柱6通過連接裝置連接為一體。</p><p>  連接裝置有一上固定板2、下固定板5和動板3,上固定板2連接在上段立柱1外側(cè)的槽口上,并與槽形鋼的槽口平齊;下固定板5連接在下段立柱6外側(cè)的槽口上,并與槽形鋼的槽口平齊,動

96、版3的上段與上固定板2連接,</p><p><b>  圖 5.3</b></p><p> ?。?)主要的特點是連接裝置由鉸鏈8和連接板9構(gòu)成,鉸鏈8連接在一根立柱的左外側(cè),在另一根立柱的右外側(cè)連接有連接板9,連接板9通過螺絲連接。其它與的實施情況和(2)相同,在這里就不再重復(fù)。</p><p><b>  圖 5.4</b

97、></p><p> ?。?)主要的特點是連接裝置由上,下連接板9構(gòu)成,上、下連接板9對應(yīng)連接在上段立柱1和下段立柱6的側(cè)面,連接板9通過螺絲連接。其它的實施情況和(2)相同,在這里就不再重復(fù)了。</p><p><b>  圖 5.5</b></p><p><b>  頂部滑輪組的設(shè)計</b></p>

98、<p>  6.1 滑輪的作用和類型</p><p>  一,滑輪的主要作用是導(dǎo)向和支撐,以改變鋼絲繩的走向,從而改變所傳遞拉力的方向。也可用來平衡鋼絲繩分支的拉力、或者組成滑輪組達到省力或增速的目的。根據(jù)滑輪的軸線是否運動,有定滑輪和動滑輪之分。只利用滑輪的轉(zhuǎn)動來均勻鋼絲繩拉力的滑輪叫做均勻滑輪。根據(jù)制造方法,滑輪有鑄造滑輪、焊接滑輪、熱軋滑輪等。</p><p> ?。?/p>

99、1)鑄造滑輪,有鑄鐵和鑄鋼兩類。承受負荷不大的小尺寸滑輪(D<350mm),一般制成實體的滑輪,其材料為HT150鑄鐵,鑄鐵滑輪工藝性好,廉價;承受負荷大的大尺寸滑輪一般采用球鐵(如QT42-10)或鑄鋼(如ZG230-450、ZG270-500或ZG35Mn等),鑄成帶筋、孔和帶輪輻的結(jié)構(gòu)。這種滑輪具有較高的強度和沖擊韌性。</p><p> ?。?)焊接滑輪,目前多數(shù)焊接滑輪是先將鋼板壓制成繩槽形狀,由

100、數(shù)快壓制成形的鋼板拼成一個整圓后再與輻板焊接而成。另一種是軋制繩槽鋼焊接滑輪,先由熱軋機軋制出各種規(guī)格的條狀繩槽鋼,然后將其卷制成圓環(huán)形,再與輻板,輪轂焊接制成滑輪。這種滑輪的結(jié)構(gòu)簡單,強度高,抗沖擊能力好,材料利用率高,重量輕,特別是軋制繩槽鋼滑輪,繩槽幾何精度高,硬度適中,可提高鋼絲繩使用壽命。</p><p> ?。?)熱軋滑輪是國外八十年代中期出現(xiàn)的一種新型滑輪。熱軋滑輪是旋轉(zhuǎn)的圓形鋼板上用火焰將其邊緣加

101、熱,然后使用特殊的工藝將鋼板外緣直接軋制成滑輪的繩槽,和輪轂焊接制成滑輪。熱軋滑輪重量輕、強度好、精度高、繩槽表面硬度較高。熱軋滑輪已在我國港口機械中大量使用,已有系列產(chǎn)品。</p><p> ?。?)帶尼龍繩槽襯墊雙輻板壓制滑輪,這種滑輪的兩片幅板采用4-6mm的普通碳素鋼鋼板壓制成型,并用脹鉚和過盈配合工藝使之與滑輪輪轂連成一體而成,滑輪輪緣繩槽裝有可拆卸的繩槽襯墊。其優(yōu)點自重輕,繩槽耐磨性好,無噪音。<

102、;/p><p><b>  二,滑輪直徑和繩槽</b></p><p><b>  滑輪的直徑</b></p><p>  為了提高鋼絲繩的使用壽命,滑輪的圈繞直徑應(yīng)滿足:</p><p>  Dmin≥h*d </p><p>  式中Dmin—滑輪的最

103、小圈繞直徑(mm);</p><p><b>  D0=D+d</b></p><p>  h—與機構(gòu)工作級別和鋼絲繩結(jié)構(gòu)有關(guān)的系數(shù),見下表;</p><p>  d—鋼絲繩直徑(mm);</p><p>  D—滑輪槽底直徑(mm)。</p><p><b>  系數(shù)h</b&g

104、t;</p><p>  注:①當(dāng)采用不旋轉(zhuǎn)鋼絲繩時,按此機構(gòu)工作級別高一級的值選取。</p><p>  ②對于流動式起重機,建議取h1=16,h2=18,與工作級別無關(guān)。</p><p>  均衡滑輪的直徑,對橋式類型起重機取Dmin相同,對于臂架起重機應(yīng)小于0.6 Dmin</p><p>  滑輪繩槽的形狀和尺寸在很大程度上影響著鋼絲

105、繩的使用壽命,應(yīng)滿足:鋼絲繩與槽繩有足夠的接觸面積;鋼絲繩在繞進繞出滑輪時,能順利通過而不會卡住,也不會脫出,鋼絲繩相對繩槽有一偏角(≤4°)時,不脫槽、不磨邊,能正常工作。</p><p><b>  三、滑輪的效率</b></p><p>  1,鋼絲繩繞過滑輪時,產(chǎn)生僵性阻力今兒軸承摩擦阻力,從而增加功的消耗。</p><p>

106、  當(dāng)鋼絲繩上繞滑輪時,由于曲率的改變,繩股間及鋼絲間發(fā)生相對滑移,產(chǎn)生摩擦,加之鋼絲繩的彈性,這些都阻礙著它不能立刻適應(yīng)滑輪繩槽的曲率,且向外偏移一定量。同樣,當(dāng)鋼絲繩繞出滑輪時也不能立刻恢復(fù)直線狀態(tài),而是向里產(chǎn)生一偏離值,如圖所示1,這就使繞入分支的力臂增大,繞出分支的力臂減小。要是滑輪轉(zhuǎn)動,必須增大繞出分支的拉力,這樣的阻力稱之為僵性阻力W1。</p><p><b>  W1=λ*S</b

107、></p><p>  式中:λ——僵性系數(shù),與鋼絲繩直徑、結(jié)構(gòu)、材料及滑輪直徑有關(guān)。一般用實驗方法確定。</p><p>  在一般條件下取λ=0.01;</p><p>  S——鋼絲繩繞入邊拉力。</p><p>  由于鋼絲繩拉力對軸承產(chǎn)生壓力,當(dāng)滑輪轉(zhuǎn)動是產(chǎn)生摩擦阻力距,鋼絲繩繞過滑輪運動所需克服的摩擦阻力位W2為</p

108、><p>  式中:μ——軸承的摩擦系數(shù);</p><p>  d——軸承的名義直徑;</p><p><b>  D——滑輪直徑;</b></p><p><b>  因此,總阻力為</b></p><p>  式中:e——阻力系數(shù),e≈0.02(滾動軸承);</p>

109、;<p>  e≈0.05(滑動軸承)。</p><p><b>  圖 6.1</b></p><p><b>  滑輪的效率</b></p><p><b>  定滑輪的效率</b></p><p>  由于繞入滑輪分支和繞出分支端拉力的行程相同由圖6.2a可

110、知,其效率為</p><p><b>  動滑輪的效率</b></p><p>  重物Q懸掛在滑輪心軸上,鋼絲繩繞出分支端拉力P的行程為Q的2倍見圖6.2b</p><p><b>  圖 6.2</b></p><p><b>  故其效率為</b></p>

111、<p>  而 </p><p>  故 </p><p>  比較 </p><p>  即動滑輪的效率比定滑輪高。在設(shè)計中,為簡化計算,滑輪的效率取同一值。</p><p>  即 η=0.98(用滾動軸承的滑輪);</p

112、><p>  η=0.95(用滑動軸承的滑輪)。</p><p><b>  6.2 滑輪組</b></p><p><b>  1、滑輪組的類型</b></p><p>  滑輪組按其作用可分為省力滑輪組和增速滑輪組。</p><p>  省力滑輪組如圖6.3,通過它可以用較

113、小的驅(qū)動力產(chǎn)生很大的提升力,即用較小的力吊起較重的貨物。它是起重機中最常見的滑輪組。</p><p>  增速滑輪組如圖6.4,它可以使被驅(qū)動的貨載獲得高于驅(qū)動部件的速度,驅(qū)動部件以較小的行程,可使被驅(qū)動的貨載得到較大的行程。增速滑輪組主要用于液壓今兒氣力驅(qū)動的起升機構(gòu)中,如叉車的起升機構(gòu)。</p><p>  滑輪組根據(jù)構(gòu)造又分為單聯(lián)滑輪組和雙聯(lián)滑輪組。</p><p

114、>  單聯(lián)滑輪組中,鋼絲繩的一端固定,而另一端繞入卷筒,結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕,但當(dāng)卷筒卷入或放出鋼絲繩時,鋼絲繩沿卷筒軸向移動,貨物作垂直運動的同時還伴隨有水平運動,用于橋式起重機時,會使貨重載荷在兩主梁上分配不均勻,給裝卸、安裝作業(yè)的操作帶來不便。因此單聯(lián)滑輪組多用于臂架類型的起重機如圖6.5。</p><p>  雙聯(lián)滑輪組中,我們可以將其看作由兩個單聯(lián)滑輪組對稱布置而成。每個單聯(lián)滑輪組承受起省載荷的1/2

115、。為了均衡兩個單聯(lián)滑輪組的拉力和長度,設(shè)有均衡滑輪或均衡梁。因為兩根鋼絲繩對稱繞入卷筒,所以避免了單聯(lián)滑輪組中卷筒支座收載不均和貨物水平移動的缺點,但體積大,質(zhì)量加重,這種滑輪組多用于橋梁類型起重機。 </p><p>  圖 6.3省力滑輪組 圖 6.4增速滑輪組</p><p>  圖 6.5裝設(shè)導(dǎo)線輪的單聯(lián)滑輪組<

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