MZ120全液壓旋轉(zhuǎn)推進(jìn)型土錨鉆機(jī)總體設(shè)計(jì)【含13張CAD圖紙】

資源目錄里展示的全都有，所見即所得。下載后全都有,請放心下載。原稿可自行編輯修改=【QQ：401339828 或11970985 有疑問可加】 摘 要 全液壓土錨鉆機(jī)是地質(zhì)勘探中的重要設(shè)備，隨著世界各國對地質(zhì)勘探的重視及各種大規(guī)模工程的施工，其應(yīng)用前景也越來越廣闊。全液壓土錨鉆機(jī)是機(jī)電液一體化的設(shè)備，其結(jié)構(gòu)的好壞直接影響鉆探施工的質(zhì)量。變幅機(jī)構(gòu)作為工程鉆機(jī)機(jī)身位置的驅(qū)動(dòng)裝置，其結(jié)構(gòu)尺寸影響著鉆機(jī)的工作范圍，不同施工條件下機(jī)構(gòu)的受力情況影響設(shè)備的可靠性；液壓系統(tǒng)作為鉆機(jī)工作的動(dòng)力，性能的好壞決定著鉆進(jìn)效率的高低。用虛擬技術(shù)對工程鉆機(jī)的機(jī)械、液壓系統(tǒng)進(jìn)行研究，在設(shè)計(jì)初始階段發(fā)現(xiàn)設(shè)計(jì)的不足進(jìn)行改正，有助于提高鉆機(jī)的設(shè)計(jì)水平，促進(jìn)產(chǎn)品的創(chuàng)新，對工程機(jī)械行業(yè)來說具有重要的意義。MZ120全液壓旋轉(zhuǎn)推進(jìn)型土錨鉆機(jī)具有變幅機(jī)構(gòu)，在一個(gè)位置可以進(jìn)行大區(qū)域多角度鉆孔，適用于多種條件下的施工，同時(shí)具備履帶行走功能，機(jī)動(dòng)性強(qiáng)，適應(yīng)性強(qiáng)，被廣泛應(yīng)用于邊坡錨固支護(hù)、隧道超前管棚支護(hù)施工，室內(nèi)建筑基礎(chǔ)加固，以及露天采石炮孔等工程施工中，市場需求大，市場前景好。關(guān)鍵字：全液壓土錨鉆機(jī)，變幅機(jī)構(gòu)，液壓系統(tǒng)，虛擬技術(shù)，鉆孔，履帶AbstractWith the world pay attention to geological exploration and all kinds of large-scale engineering construction, full hydraulic soil anchor is the important geological exploration drilling equipment, which application prospect is also more and more wide. Full hydraulic soil anchor rig is mechanical and electrical integration of liquid equipment, which structure has direct impact on the quality of the drilling. Luffing mechanism as the fuselage of the engineering drilling position device drivers, that structure size affect rig scope of work and the different construction conditions force of the institutions influence the reliability of the equipment. Hydraulic system do as the power of the drilling rigs, which the performance decided the drilling efficiency. With a virtual technology to the engineering drilling machine, hydraulic system, in the design that the deficiency of the initial stage design to correct them, and improve the design level of drilling rig, and promote the innovation of the product, and the engineering machinery industry is of great significance. MZ120 full hydraulic pressure rotating pushed by soil anchor rig has luffing mechanism, which can be large area from drilling in a position, It is applicable for various conditions construction, with the crawler walking function, mobility strong, strong adaptability. It can be widely application progresses, tunnel anchorage support ahead of pipe roof support construction, interior architecture foundation reinforcement and open-air quarrying gun hole and so on. The market demand and the market prospect is promising.Key Words: Full hydraulic soil anchor, Luffing mechanism, Hydraulic system , virtual technology ,drilling ,crawler 目 錄1緒論11.1選題背景11.2國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢11.2.1國內(nèi)外現(xiàn)狀11.2.2錨桿鉆機(jī)的發(fā)展趨勢21.3本次設(shè)計(jì)的技術(shù)難點(diǎn)及分析41.4 完成設(shè)計(jì)課題所必須采用的手段和方法42方案的構(gòu)思與抉擇52.1主要方案的構(gòu)思與分析52.1.1行走系統(tǒng)（底盤）的設(shè)計(jì)與選型52.1.2進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和選型62.1.3液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選擇92.1.4動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和選型112.1.5鉆桿加持?jǐn)Q卸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)122.1.6變角機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)142.1.7泥漿系統(tǒng)的設(shè)計(jì)142.1.8發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選型152.1.9鉆桿裝卸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)162.1.10潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)163整機(jī)參數(shù)的計(jì)算173.1功率計(jì)算173.1.1工作機(jī)構(gòu)進(jìn)給力的計(jì)算173.1.2回轉(zhuǎn)扭矩的計(jì)算173.1.3整機(jī)功率的計(jì)算183.1.4柴油機(jī)的選擇193.1.5主要外形參數(shù)的計(jì)算204工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算234.1工作裝置設(shè)計(jì)原則234.2工作裝置總體方案選擇234.3工作裝置尺寸的設(shè)計(jì)234.3.1主梁機(jī)構(gòu)尺寸234.3.2動(dòng)臂尺寸設(shè)計(jì)244.4動(dòng)臂的設(shè)計(jì)計(jì)算244.4.1工作裝置參數(shù)選擇244.4.2動(dòng)臂工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算244.4.3特殊工作位置分析264.5鏈條的設(shè)計(jì)與選擇294.5.1鏈條的選擇294.5.2中心距的確定304.6鏈條靜力強(qiáng)度的驗(yàn)算324.7鏈輪的設(shè)計(jì)與計(jì)算344.7.1主鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算344.7.2被動(dòng)鏈輪的設(shè)計(jì)計(jì)算375主梁體的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)385.1主梁材料的選用385.2導(dǎo)軌的設(shè)計(jì)385.3動(dòng)力頭滑板的設(shè)計(jì)405.4擋塊的設(shè)計(jì)405.5動(dòng)力頭緊固螺栓的選擇與校核405.5.1螺栓受力分析405.5.2確定螺栓直徑425.5.3鏈條總長度的確定435.5.4主梁各部分重量及總重量計(jì)算435.5.5主梁整體穩(wěn)定性和局部穩(wěn)定性校核436夾持?jǐn)Q緊機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)456.1鉆桿的設(shè)計(jì)與校核456.1.1鉆桿強(qiáng)度校核456.2鉆桿穩(wěn)定性驗(yàn)證466.3鉆桿體積和重量476.4動(dòng)力頭扭矩計(jì)算476.4.1合金鋼螺栓聯(lián)接的預(yù)緊力476.4.2鉆桿螺紋預(yù)緊力矩計(jì)算486.4.3夾緊力計(jì)算487駕駛室的設(shè)計(jì)507.1駕駛室外形尺寸的設(shè)計(jì)507.2駕駛室噪聲控制517.3 駕駛室的宜人化氣候環(huán)境527.4駕駛室的防護(hù)措施538錨桿鉆機(jī)的穩(wěn)定性計(jì)算548.1爬坡時(shí)的穩(wěn)定性549使用和維護(hù)說明589.1操作環(huán)境及使用條件589.1.1本機(jī)的工作環(huán)境589.1.2 MZ120旋轉(zhuǎn)推進(jìn)型土錨鉆機(jī)安全使用規(guī)則589.2技術(shù)條件589.2.1加工制造條件589.2.2使用技術(shù)條件599.2.3驗(yàn)收及涂漆技術(shù)條件599.2.4標(biāo)志及包裝61參考文獻(xiàn)62附錄63結(jié)束語64致謝65 第 VI 頁1緒論1.1選題背景上世紀(jì)90年代以來，隨著經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和國家對基礎(chǔ)投資的增大，并且地鐵和高層住宅建筑的施工面積也在擴(kuò)大，地下施工的深度已經(jīng)達(dá)到好幾十米，長度也達(dá)到好幾百米，工程量巨大。在國內(nèi)各大城市的規(guī)劃中，已經(jīng)把地下空間的利用（地鐵、停車場）作為城市規(guī)劃發(fā)展的重點(diǎn)方向。全液壓旋轉(zhuǎn)推進(jìn)型土錨鉆機(jī)適用于水電站、鐵路、公路邊坡各類地質(zhì)災(zāi)害防治中的滑坡及危巖體錨固工程，特別適合高邊坡巖體錨固工程，還適用于施工城市深基坑支護(hù)、抗浮錨桿及地基灌漿加固工程孔、爆破工程的爆破孔、高壓旋噴樁、隧道管棚支護(hù)孔等，將其動(dòng)力頭略微變動(dòng)，即可方便地全方位施工。具有施工成本低、效率高、質(zhì)量好、震動(dòng)和噪音污染小等優(yōu)點(diǎn)。在國內(nèi)建筑事情蓬勃發(fā)展，建筑樓層越來越高、范圍越來越大、施工條件越來越復(fù)雜的情況下，要求工程具有向承載能力強(qiáng)，建筑深度大，可靠性強(qiáng)的方向發(fā)展。國家在新世紀(jì)開始后，每年投入大筆資金進(jìn)行地質(zhì)大調(diào)查，而全液壓土錨鉆機(jī)在很多領(lǐng)域中具有重要作用，所以開發(fā)適應(yīng)復(fù)雜地質(zhì)條件的地質(zhì)勘探設(shè)備和在深坑中進(jìn)行支護(hù)的全液壓履帶式土錨鉆機(jī)勢在必行。1.2國內(nèi)外現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢1.2.1國內(nèi)外現(xiàn)狀錨桿鉆機(jī)按結(jié)構(gòu)分為單體式、鉆車式、機(jī)載式；按動(dòng)力分為電動(dòng)式、氣動(dòng)式、液壓式；按破巖方式分為回轉(zhuǎn)式、沖擊式、沖擊回轉(zhuǎn)式、回轉(zhuǎn)沖擊式。到目前為止,我國已開發(fā)了30多種型號和不同類型的錨桿鉆機(jī)?？偟膩碚f主要分為以下幾個(gè)大的類型：(1) 單體氣動(dòng)回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)基本情況：該鉆機(jī)是錨桿鉆機(jī)產(chǎn)品的主流，在齒輪式、柱塞式和葉片式三種類型氣動(dòng)馬達(dá)中，葉片馬達(dá)式已基本淘汰，齒輪式馬達(dá)與柱塞式馬達(dá)在扭矩轉(zhuǎn)速特性、不同氣壓下的性能、噪聲特性、對潤滑的要求與抗污染等方面各有優(yōu)缺點(diǎn)，在不同使用條件下都有各自的市場.總的來說，齒輪氣動(dòng)馬達(dá)式已基本能代替進(jìn)口產(chǎn)品，但玻璃鋼支腿等部分的可靠性需要進(jìn)一步提高；柱塞馬達(dá)式錨桿鉆機(jī)尚處于小批量生產(chǎn)階段，尚需考核。氣動(dòng)沖擊式錨桿鉆機(jī)基本以雙級氣腿式為主，因其結(jié)構(gòu)較成熟，可以在堅(jiān)硬巖石上鉆進(jìn)。盡管在某種巖石條件下的鑿巖速度低于回轉(zhuǎn)式，且噪聲頗高，仍被相當(dāng)多地應(yīng)用于錨桿支護(hù)。條件限制：國產(chǎn)氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)已基本能代替進(jìn)口產(chǎn)品。但煤礦井下壓縮空氣系統(tǒng)的輸送管道距離長，井下氣動(dòng)設(shè)備多，工作面氣體工作壓力偏低，常常在0.4MPa以下，使鉆機(jī)性能與鉆進(jìn)速度都比0.63MPa壓力下下降30%以上，影響錨桿孔鉆進(jìn)的效果，特別是在堅(jiān)硬巖石與深孔作業(yè)條件下，鉆進(jìn)作業(yè)更加困難。 (2) 液壓錨桿鉆機(jī)基本情況:該機(jī)型輸出的扭矩高于氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)，在某些場合下應(yīng)用較好，特別是與掘進(jìn)機(jī)配套是較優(yōu)越的工作方式。條件限制：從目前已正式投入使用的支腿式液壓錨桿鉆機(jī)來看，鉆機(jī)輸出扭矩仍然偏低，液壓系統(tǒng)容易發(fā)熱。由于以礦物油為工作介質(zhì)，在煤礦井下使用中存在安全隱患。液壓錨桿鉆機(jī)的輸出扭矩比氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)大，但是，有的產(chǎn)品扭矩值偏低，扭矩低于60N.m，加上管路壓力損失，井下鉆進(jìn)無力。有的產(chǎn)品液壓系統(tǒng)溫升過高，連續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)2h后系統(tǒng)溫度升至65以上，性能急劇下降。若保持工作壓力不變，轉(zhuǎn)速下降率達(dá)50%以上。有的產(chǎn)品性能尚好，雖然液壓系統(tǒng)溫度高于65，性能下降率不到20%，但過高的溫度易使工作液變質(zhì)，密封件容易早期失效。(3) 電動(dòng)錨桿鉆機(jī)該機(jī)的輸出特性較差，實(shí)際鉆孔速度較低，電機(jī)可靠性及防水性能存在嚴(yán)重問題，尚無良好的推進(jìn)方式。另外，電動(dòng)錨桿鉆機(jī)扭矩特性不好，有的產(chǎn)品過載能力不到額定值的2倍，不能滿足錨桿孔鉆進(jìn)時(shí)需克服相當(dāng)于額定扭矩2.5倍左右的阻力矩的要求，產(chǎn)品固有可靠性不高，因此電動(dòng)錨桿鉆機(jī)尚未正式在井下成批使用。(4) 已開發(fā)的鉆車式與機(jī)載式錨桿鉆機(jī)都具有一定特點(diǎn)，并取得一些效果，但因煤礦井下具體條件以及經(jīng)濟(jì)上的原因，近期難以廣泛應(yīng)用。國外錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的品種與功能多樣，技術(shù)性能優(yōu)越，可靠性高。美國煤礦大量使用塔架鉆車式錨桿鉆機(jī)，班工作效率達(dá)120240根，并著手開發(fā)計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)錨桿鉆機(jī)。法國生產(chǎn)的轉(zhuǎn)架式錨桿鉆機(jī)集鉆孔、安裝錨桿為一體，并具有儲存錨桿桿體的錨桿倉。芬蘭生產(chǎn)具有樹脂注射系統(tǒng)的鉆車式錨桿機(jī)，使鉆孔、安裝錨桿桿體、注入粘結(jié)劑全由機(jī)械完成，機(jī)械化程度頗高。澳大利亞有4家錨桿鉆機(jī)生產(chǎn)廠家，生產(chǎn)各種不同類型的錨桿鉆機(jī)，尤以單體氣動(dòng)支腿式錨桿鉆機(jī)使用居多，并有多家公司生產(chǎn)能與掘進(jìn)配套的單體支腿式液壓錨桿鉆機(jī)。澳大利亞氣動(dòng)支腿式錨桿鉆機(jī)主要有柱塞馬達(dá)與齒輪馬達(dá)式兩種(早期葉片式氣動(dòng)馬達(dá)已淘汰)，采用玻璃鋼碳素纖維支腿。澳大利亞液壓錨桿鉆機(jī)可以以礦物油和難燃液為工作液，回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)由擺線液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，有的產(chǎn)品采用玻璃鋼碳素纖維支腿使機(jī)重減輕。 1.2.2錨桿鉆機(jī)的發(fā)展趨勢(1) 氣動(dòng)、液壓單體回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)是一個(gè)時(shí)期的主流。 綜觀國外錨桿鉆機(jī)發(fā)展歷程以及國內(nèi)多方面實(shí)踐，針對煤礦經(jīng)濟(jì)狀況與煤巖、半煤巖巷道的具體特點(diǎn)，單體回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)是一個(gè)時(shí)期內(nèi)產(chǎn)品生產(chǎn)與開發(fā)的主流。從目前技術(shù)現(xiàn)狀看，在具有壓縮空氣源的條件下，氣動(dòng)回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)仍為首選產(chǎn)品。但是，如何解決壓縮空氣工作壓力不足的問題會逐漸引起人們的重視。合理選擇壓縮空氣管網(wǎng)系統(tǒng)，正確確定空壓機(jī)及其動(dòng)力系統(tǒng)的技術(shù)參數(shù)，開發(fā)新型的提高壓縮空氣壓力的機(jī)械設(shè)備，將成為進(jìn)一步發(fā)揮氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)作用的關(guān)鍵。 氣動(dòng)回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)中，采用柱塞式馬達(dá)與齒輪式馬達(dá)各有優(yōu)缺點(diǎn)。兩種不同類型氣動(dòng)馬達(dá)錨桿鉆機(jī)的競爭核心，是如何使鉆速高、可靠性好、維修費(fèi)低。產(chǎn)品進(jìn)一步研究開發(fā)的核心將是采用合理技術(shù)參數(shù)、高科技、新材料、先進(jìn)工藝。 (2) 液壓錨桿鉆機(jī)會成為氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)的有益補(bǔ)充。液壓回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)因其工作壓力高、扭矩大、動(dòng)力系統(tǒng)可不受外界影響，在一些場合下是合理的機(jī)型。一個(gè)時(shí)期內(nèi)，液壓錨桿鉆機(jī)主要用于與掘進(jìn)機(jī)配套，共用其液壓泵站。經(jīng)過一定時(shí)期以后，用戶會根據(jù)錨桿支護(hù)的需要與具體條件，進(jìn)行綜合技術(shù)經(jīng)濟(jì)分析，在適宜的場所確定采用液壓回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)。由于液壓錨桿鉆機(jī)使用量的增加，礦物油介質(zhì)的安全性問題會日益突出，開發(fā)難燃液錨桿鉆機(jī)的問題將適時(shí)提到日程上來。 (3) 電動(dòng)錨桿鉆機(jī)仍會處在技術(shù)攻關(guān)階段。電動(dòng)錨桿鉆機(jī)的動(dòng)力單一，是人們理想的首選機(jī)型。但因目前技術(shù)水平所限，其支腿配套方式、扭矩-轉(zhuǎn)速硬特性和電機(jī)防水耐潮性能差等，都不利于其更快地向前發(fā)展。在一定時(shí)期內(nèi)，電動(dòng)錨桿鉆機(jī)產(chǎn)品仍會以“技術(shù)攻關(guān)”為基本特征。(4) 回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)方向。今后回轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)的發(fā)展前途，將是如何擴(kuò)大鉆進(jìn)巖石的范圍、提高產(chǎn)品可靠性與減輕機(jī)重。 另外，研究錨桿鉆機(jī)扭矩與改革鉆頭是發(fā)展回轉(zhuǎn)式錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的關(guān)鍵 ?；剞D(zhuǎn)式錨桿孔鉆進(jìn)方式有其一定的優(yōu)越性，但若更加廣泛地應(yīng)用，必須首先從提高扭矩入手，配以適合的鉆頭，適應(yīng)鉆進(jìn)具有較高磨蝕性的巖石。提高鉆頭的水平，離不開高新技術(shù)，盡量采用新材料和新工藝，特別是經(jīng)濟(jì)有效的表面強(qiáng)化技術(shù)。國外曾試驗(yàn)研究高壓水細(xì)射流技術(shù)和小孔徑金剛石鉆進(jìn)技術(shù)，目前尚未正式用于錨桿孔鉆進(jìn)。硬質(zhì)合金仍是錨桿孔鉆進(jìn)的主要鉆具材料。采用高新技術(shù)，改進(jìn)硬質(zhì)合金片的性能，同時(shí)，研究合理的鉆頭結(jié)構(gòu)參數(shù)，仍是小直徑回轉(zhuǎn)式巖石鉆頭的主攻方向。 (5) 錨桿鉆機(jī)未來可能實(shí)現(xiàn)突破改進(jìn)的方面。 幾十年來，錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備已有了一定的提高，隨著技術(shù)的不斷發(fā)展錨桿鉆機(jī)及其配套設(shè)備會逐步改革，在以下幾個(gè)方面將引起產(chǎn)品重大的變化： a.結(jié)構(gòu)參數(shù)的優(yōu)化以及高科技新材料的應(yīng)用，使單體錨桿鉆機(jī)性能提高、重量減輕。采用了高新技術(shù)的巖石鉆頭將使回轉(zhuǎn)式鉆進(jìn)方式擴(kuò)大應(yīng)用范圍。 b.高科技微電子技術(shù)在不同動(dòng)力、不同類型錨桿鉆機(jī)上的應(yīng)用，可能會使錨桿鉆機(jī)發(fā)生某些根本性的變革，例如改變鉆機(jī)特性、改善操作性能、提高可靠性等。國外已探討計(jì)算機(jī)控制的錨桿孔鉆進(jìn)與錨桿安裝的綜合性自動(dòng)化設(shè)備。鑿巖機(jī)器人的成功應(yīng)用必將有力地促進(jìn)錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的進(jìn)步。 c.錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的發(fā)展，以錨桿支護(hù)技術(shù)與鑿巖技術(shù)的發(fā)展為基礎(chǔ)，錨桿支護(hù)新類型 、新材料的出現(xiàn)會對錨桿鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)參數(shù)、技術(shù)性能與功能提出新的要求。錨桿孔鉆機(jī)的開發(fā)必須緊隨錨桿支護(hù)的技術(shù)發(fā)展。同時(shí)，鑿巖技術(shù)的發(fā)展會促進(jìn)錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的提高。不同鑿巖方式的研究以及通用鑿巖機(jī)具的研究成果，都將會及時(shí)地移植到錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的開發(fā)上來。 d.錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備是錨桿支護(hù)的關(guān)鍵設(shè)備，它影響著錨桿支護(hù)的質(zhì)量-錨桿孔的方位、 深度、孔徑的準(zhǔn)確性以及錨桿安裝質(zhì)量，又涉及操作者的人身安全、勞動(dòng)強(qiáng)度與作業(yè)條件。錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備的核心是高效與安全。發(fā)展煤礦錨桿孔鉆進(jìn)設(shè)備以高效、安全為核心，就會有強(qiáng)勁的競爭力，這是產(chǎn)品具有發(fā)展前途的根本。1.3本次設(shè)計(jì)的技術(shù)難點(diǎn)及分析 本次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)是對工作臂的設(shè)計(jì)，因?yàn)橐獙⒃械膹?fù)雜裝置簡單化的同時(shí)滿足技術(shù)參數(shù)和技術(shù)條件，所以此部分的設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的關(guān)鍵之一，更是難點(diǎn)。我將此難點(diǎn)分為以下兩個(gè)不分：a.動(dòng)作臂的運(yùn)動(dòng)分析設(shè)計(jì)；b.工作臂的尺寸參數(shù)設(shè)計(jì)。根據(jù)對整機(jī)的運(yùn)動(dòng)分析，我把工作臂的設(shè)計(jì)明確為對動(dòng)臂和主梁的幾個(gè)工作鉸點(diǎn)的布置設(shè)計(jì)。設(shè)計(jì)時(shí)我采用了履帶式液壓挖掘機(jī)的動(dòng)臂部分的設(shè)計(jì)方法，對工作臂的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了合理的分析和計(jì)算從而得到這幾個(gè)鉸點(diǎn)的正確位置，然后對相應(yīng)的尺寸參數(shù)進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)。至于要實(shí)現(xiàn)整機(jī)360度的旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)全方位的鉆孔，本機(jī)借鑒了液壓挖掘機(jī)中已經(jīng)相當(dāng)成熟的回轉(zhuǎn)支承技術(shù)，采用了可回轉(zhuǎn)行走底盤。 1.4 完成設(shè)計(jì)課題所必須采用的手段和方法完成設(shè)計(jì)課題主要采用以下手段: 數(shù)學(xué)計(jì)算、幾何分析計(jì)算、計(jì)算機(jī)繪圖、手工繪圖等。所用的設(shè)計(jì)方法有比擬法、經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì)及傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法。2方案的構(gòu)思與抉擇2.1主要方案的構(gòu)思與分析2.1.1行走系統(tǒng)（底盤）的設(shè)計(jì)與選型鉆機(jī)底盤一般為液壓驅(qū)動(dòng)、剛性連接式車架。底盤主要包括車架及行走裝置， 車架為框架焊接結(jié)構(gòu)，上面有發(fā)動(dòng)機(jī)、油水散熱器、燃油及液壓油箱、操縱裝置等的安裝支架；行走裝置主要由驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪、托鏈輪、履帶總成、履帶張緊裝置及行走減速機(jī)、縱梁組成(圖2-1) 。圖2-1 行走裝置結(jié)構(gòu)圖行走裝置中左、右縱梁分別整體焊接后，與中間整體框架式車架用高強(qiáng)度螺栓連接成為一個(gè)整體車架。車架后端可設(shè)置兩個(gè)蛙式支腿或兩個(gè)垂直的支腿， 有效降低支腿部分重量及簡化結(jié)構(gòu)，工作時(shí)支腿支起，增強(qiáng)整車的穩(wěn)定性。行走減速機(jī)一般選用進(jìn)口的內(nèi)藏式行星減速機(jī)(包括馬達(dá)) 或兩點(diǎn)式變量馬達(dá)減速機(jī)，可選日本帝人公司或其它廠家的產(chǎn)品，行走時(shí)能夠?qū)崿F(xiàn)行走快慢雙速， 輸出扭矩大、結(jié)構(gòu)緊湊。橡膠履帶有兩種結(jié)構(gòu)方式可選擇，一可采用BRIGESTONE 公司的整體式橡膠履帶；二可采用BERCO 公司的組合式橡膠履帶的結(jié)構(gòu)。二者相比，前者結(jié)構(gòu)簡單，節(jié)距較小，車架高度較低，但后者強(qiáng)度高，可承受更大的載重量，損壞后可以更換，驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪、履帶張緊裝置都可直接配套。一般優(yōu)先選用整體式橡膠履帶，若不能選到適合本機(jī)重量的履帶，則要選用BERCO 公司的橡膠履帶。履帶張緊裝置由張緊油缸、張緊彈簧、導(dǎo)向輪、油杯等組成，如圖2-2 所示。履帶張緊裝置的作用是保持履帶一定的張緊度。另外，在設(shè)計(jì)底盤前應(yīng)協(xié)調(diào)以下幾個(gè)方面工作：(1) 與發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)者和發(fā)動(dòng)機(jī)罩設(shè)計(jì)者及其它相關(guān)人員協(xié)調(diào)相對安裝結(jié)構(gòu)布置形式尺寸及與車架的連接形式；(2) 支腿布置尺寸、具體結(jié)構(gòu)應(yīng)滿足幾何相容，無機(jī)構(gòu)干涉現(xiàn)象；(3) 進(jìn)行車架結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算并出具計(jì)算書；(4) 如有問題及時(shí)反饋，并與相關(guān)設(shè)計(jì)者協(xié)調(diào)。圖2-2 履帶張緊裝置1導(dǎo)向輪 2導(dǎo)向座 3張緊彈簧 4張緊油缸 5油嘴2.1.2進(jìn)給機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)和選型進(jìn)給機(jī)構(gòu)是土錨鉆機(jī)的最主要的機(jī)構(gòu)之一，其性能的好壞直接影響到鉆機(jī)的鉆進(jìn)效率、鉆孔的質(zhì)量以及鉆機(jī)各項(xiàng)技術(shù)性能的發(fā)揮。因此，鉆機(jī)對進(jìn)給機(jī)構(gòu)有一定特殊的要求：(1) 給進(jìn)機(jī)構(gòu)應(yīng)為全液壓式，能夠?qū)崿F(xiàn)無級調(diào)節(jié)給進(jìn)力；(2) 在條件許可的情況下，盡可能加大給進(jìn)行程，實(shí)現(xiàn)長行程連續(xù)給進(jìn)，以減少鉆進(jìn)中的輔助時(shí)間，提高效率，預(yù)防孔內(nèi)事故發(fā)生；(3) 應(yīng)具有足夠推拉力和較大的回轉(zhuǎn)扭矩，以完成鉆孔工作；(4) 功能齊全，結(jié)構(gòu)簡單，性能可靠，便于制造和維修；(5) 給進(jìn)機(jī)構(gòu)傾角的可調(diào)范圍要適應(yīng)各種施工條件，并且傾角調(diào)節(jié)方便；(6) 給進(jìn)機(jī)構(gòu)應(yīng)具有消除導(dǎo)向鉆進(jìn)時(shí)所產(chǎn)生的傾翻力的裝置；(7) 給進(jìn)機(jī)構(gòu)應(yīng)與整機(jī)協(xié)調(diào)，增加整機(jī)的適應(yīng)性。給進(jìn)機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是首先滿足給進(jìn)力參數(shù)要求，現(xiàn)我們擬訂了如下五種驅(qū)動(dòng)方案。方案一 液壓缸給進(jìn)機(jī)構(gòu)如圖2-3所示，此種結(jié)構(gòu)采用大行程的給進(jìn)油缸直接驅(qū)動(dòng)動(dòng)力頭移動(dòng)，實(shí)現(xiàn)給進(jìn)。美國ADDS公司、Ditch Witch公司以及瑞士Terra公司的很多產(chǎn)品都采用這種機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：(1) 結(jié)構(gòu)簡單，無須鏈輪、鏈條或鋼繩、導(dǎo)輪等傳動(dòng)部件；(2) 操作簡單，工作可靠，制造成本較低；(3) 容積損失較小，效率較高；(4) 同樣的行程下，鉆機(jī)的軸向尺寸較大，這就給在市政設(shè)施密度較大的城市施工帶來不便；(5) 存在活塞桿穩(wěn)定性問題，故其承載能力受到限制。圖2-3液壓缸給進(jìn)機(jī)構(gòu)方案二 液壓缸倍速給進(jìn)機(jī)構(gòu)如圖2-4所示，該機(jī)構(gòu)由液壓缸驅(qū)動(dòng)，通過鏈輪-鏈條或滑輪-鋼繩把作用力傳遞給動(dòng)力頭。圖2-4 液壓缸倍速給進(jìn)機(jī)構(gòu)該機(jī)構(gòu)特點(diǎn)如下： (1) 動(dòng)力頭移動(dòng)速度及行程是液壓缸相應(yīng)參數(shù)的2倍，因而被稱為倍速機(jī)構(gòu)，鉆機(jī)的軸向尺寸較??；(2) 用液壓缸傳動(dòng)，相對于馬達(dá)傳動(dòng)而言，能量損失較少，傳動(dòng)效率較高，工作可靠；(3) 制造成本相對較高；(4) 液壓缸的推拉力只利用一半，故需選用大直徑的油缸以滿足給進(jìn)力要求，這將導(dǎo)致鉆機(jī)高度方向尺寸加大；(5) 同樣存在活塞桿穩(wěn)定性問題。方案三 液壓馬達(dá)- 鏈條給進(jìn)機(jī)構(gòu)如圖2-5所示，該機(jī)構(gòu)采用液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，通過鏈輪、鏈條進(jìn)行傳動(dòng)，為實(shí)現(xiàn)較大推拉力以及從受力平衡角度考慮，常在導(dǎo)軌兩側(cè)安裝雙液壓馬達(dá)。北京土行孫非開挖技術(shù)有限公司的DDW系列和深圳鉆通公司研制的ZT - 25 和ZT - 18 型非開挖鉆機(jī)即采用該種結(jié)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)具有如下特點(diǎn)：(1) 結(jié)構(gòu)簡單，馬達(dá)布置靈活，可根據(jù)需要布置在導(dǎo)軌的前端或尾部；(2) 給進(jìn)機(jī)構(gòu)質(zhì)量較輕，結(jié)構(gòu)緊湊，鉆機(jī)軸向尺寸較液壓缸傳動(dòng)要?。?3) 承載能力有限，不適用于大功率系統(tǒng)；(4) 由于馬達(dá)有容積損失，故傳動(dòng)效率較液壓缸傳動(dòng)效率低。圖2-5液壓馬達(dá)鏈條給進(jìn)機(jī)構(gòu)方案四 液壓馬達(dá)倍力給進(jìn)機(jī)構(gòu)如圖2-6所示，液壓馬達(dá)通過鏈輪- 鏈條傳遞作用力。與液壓馬達(dá)- 鏈條給進(jìn)機(jī)構(gòu)不同之處在于增加了中間傳遞鏈輪。美國CASE公司采用了這種機(jī)構(gòu)。該機(jī)構(gòu)除了具有液壓馬達(dá)- 鏈條給進(jìn)機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)外，還具有如下幾個(gè)特點(diǎn):(1) 推拉力是液壓馬達(dá)產(chǎn)生作用力的雙倍，因此稱為倍力機(jī)構(gòu)，與不采用倍力方案的液壓馬達(dá)- 鏈條給進(jìn)機(jī)構(gòu)相比，要獲得相同的給進(jìn)力，馬達(dá)及鏈條受力均減小了50% ，因此可以選擇小型號的馬達(dá)及鏈條，從而減輕了鉆機(jī)的質(zhì)量及尺寸；(2) 進(jìn)給速度是馬達(dá)產(chǎn)生線速度的1/2；(3) 由于增加了中間傳動(dòng)環(huán)節(jié)，致使整體結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜。在本設(shè)計(jì)中，要求推拉力大于120KN，進(jìn)給速度是0.51.5m/min，則進(jìn)給功率是13kW，因此進(jìn)給功率不是特別大，而且要求結(jié)構(gòu)簡單，重量輕等特點(diǎn)。結(jié)合本設(shè)計(jì)中的特點(diǎn)和各種方案的優(yōu)缺點(diǎn)，我們選擇方案三（液壓馬達(dá)- 鏈條給進(jìn)機(jī)構(gòu)）作為本機(jī)的設(shè)計(jì)方案。圖2-6液壓馬達(dá)倍力給進(jìn)機(jī)構(gòu)2.1.3液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)和選擇土錨鉆機(jī)的行走系統(tǒng)和工作系統(tǒng)都是用液壓來驅(qū)動(dòng)，所以液壓系統(tǒng)的是鉆機(jī)的重要組成部分。液壓系統(tǒng)是鉆機(jī)底盤行走，工作機(jī)構(gòu)。其主要有油箱、油泵、液壓操縱閥、液壓馬達(dá)、液壓管線等組成。一般液壓系統(tǒng)液壓系統(tǒng)分為多液壓泵驅(qū)動(dòng)和單液壓泵驅(qū)動(dòng)，下面就對兩種不同的液壓系統(tǒng)驅(qū)動(dòng)方案進(jìn)行分析比較：(1) 雙液壓泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)圖2-7雙液壓泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)1進(jìn)給馬達(dá) 2電磁換向閥 3溢流閥 4液壓泵 5濾油器 6旋轉(zhuǎn)馬達(dá)在該系統(tǒng)中，鉆機(jī)的進(jìn)給機(jī)構(gòu)馬達(dá)和動(dòng)力頭旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)馬達(dá)分別有兩個(gè)液壓泵驅(qū)動(dòng)。因此在雙液壓泵驅(qū)動(dòng)中，推進(jìn)機(jī)構(gòu)馬達(dá)和旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)馬達(dá)是兩個(gè)互相獨(dú)立的液壓系統(tǒng)。不過兩者的工作原理確是一樣如圖2-7所示。液壓油經(jīng)過液壓油濾清器5從變量泵二出來，通過一個(gè)方向控制閥對進(jìn)給馬達(dá)或動(dòng)力頭旋轉(zhuǎn)馬達(dá)供油。進(jìn)給馬達(dá)通過鏈輪帶動(dòng)動(dòng)力頭實(shí)現(xiàn)進(jìn)給運(yùn)動(dòng)，旋轉(zhuǎn)馬達(dá)通過一個(gè)減速機(jī)構(gòu)帶動(dòng)鉆桿、鉆頭一起旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。最后液壓油通過濾清器回到油箱。其中溢流閥3是起到過載保護(hù)作用，防止液壓油油壓過高對液壓設(shè)備造成損壞。雙液壓泵驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：一個(gè)液壓泵驅(qū)動(dòng)一個(gè)馬達(dá)，因此效率比較高，且單個(gè)液壓泵的流量也比較小，且適合大功率的要求。其缺點(diǎn)是：系統(tǒng)需要兩個(gè)泵，因此在機(jī)構(gòu)上較為復(fù)雜。(2) 單液壓泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)單液壓泵驅(qū)動(dòng)方案如圖2-8所示，鉆機(jī)的進(jìn)給馬達(dá)和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)有一個(gè)液壓泵來驅(qū)動(dòng)，液壓油經(jīng)過濾油器5從變量泵4出來，經(jīng)由一個(gè)分流閥8將液壓油分成兩部分，一部分流向進(jìn)給馬達(dá)，一部分流向旋轉(zhuǎn)馬達(dá)。由于兩個(gè)馬達(dá)所需的流量是不相同的，因此兩個(gè)馬達(dá)所需流量的多少是有分流閥進(jìn)行比例控制的。最后液壓油經(jīng)過一個(gè)濾油器流回回油箱。溢流閥3起到過載保護(hù)作用，以免油壓過高對液壓設(shè)備造成損壞。圖2-8 單液壓泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)2電磁換向閥 3溢流閥 4液壓泵 5濾油器 6旋轉(zhuǎn)馬達(dá) 7進(jìn)給馬達(dá) 8分流器單液壓泵驅(qū)動(dòng)的優(yōu)點(diǎn)是：由于只有一個(gè)泵，因此在機(jī)構(gòu)布置上較雙液壓泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)大大的簡化，這一點(diǎn)有利于非開挖鉆機(jī)小型化的要求。但是由于其采用了分流閥對液壓油進(jìn)行分流，在一定程度上造成了功率的損失，不過如果能夠適當(dāng)?shù)膮f(xié)調(diào)好進(jìn)給馬達(dá)和旋轉(zhuǎn)馬達(dá)的油壓，使兩者的差值盡可能的小，可以降低這種功率的損失。結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，通過對以上兩種方案的分析可知，雙液壓泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)有一個(gè)泵供給一個(gè)液壓馬達(dá)，很適合動(dòng)力要求比較大的系統(tǒng)，而且其效率比單液壓泵效率高，可以緩解單個(gè)液壓泵的負(fù)荷。在綜合考慮兩種系統(tǒng)的優(yōu)缺點(diǎn)后，本設(shè)計(jì)采用雙液壓泵驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)。2.1.4動(dòng)力頭結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)和選型由于動(dòng)力頭鉆機(jī)具有給進(jìn)行程長、傳動(dòng)鏈短、結(jié)構(gòu)簡單、操作方便等特點(diǎn)，所以目前國內(nèi)外的中小型工程鉆機(jī)都以動(dòng)力頭作為回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的輸出機(jī)構(gòu)。因此，我們也將動(dòng)力頭作為本設(shè)計(jì)的回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。在具體設(shè)計(jì)時(shí)，分析討論了各種方案并作出了最佳選擇。方案一如圖2-9所示，該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有:絕大部分零件可以外購，結(jié)構(gòu)緊湊，可靠性較高，使用壽命可以得到保障。缺點(diǎn)是:需外引電纜并隨動(dòng)力頭移動(dòng)，部件質(zhì)量大，軸向尺寸大，無變速機(jī)構(gòu)，成本較高。方案二如圖2-10所示，該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有:結(jié)構(gòu)緊湊，傳動(dòng)簡單，動(dòng)力頭液壓動(dòng)力源可從鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)引入，液壓馬達(dá)選擇范圍較寬，可無級變速；但整體結(jié)構(gòu)尺寸較大，質(zhì)量大，給進(jìn)行程相對縮短，制造成本相對較高，有高壓膠管隨動(dòng)力頭移動(dòng)。 圖2-9 動(dòng)力頭方案一示意圖 圖2-10 動(dòng)力頭方案二示意圖圖2-11 動(dòng)力頭方案三示意圖方案三如圖2-11 所示，該機(jī)構(gòu)的優(yōu)點(diǎn)有:結(jié)構(gòu)簡單，質(zhì)量輕，軸向尺寸小，制造成本低，可實(shí)現(xiàn)無級變速；缺點(diǎn)有：液壓馬達(dá)選擇范圍小，有高壓膠管隨動(dòng)力頭移動(dòng)。根據(jù)以上分析，方案三具有結(jié)構(gòu)簡單、質(zhì)量輕、成本低、軸向尺寸小等諸多優(yōu)點(diǎn)，并結(jié)合本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)，因此，選擇其作為動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。2.1.5鉆桿加持?jǐn)Q卸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)在鉆孔中影響鉆進(jìn)效率的因素很多，除純鉆進(jìn)時(shí)間以外，還包含鉆進(jìn)準(zhǔn)備、裝卸鉆桿、測量、人工造斜和糾斜等輔助工作時(shí)間，以及停待、處理事故等非生產(chǎn)工作所消耗的時(shí)間等。其中，裝卸鉆桿的輔助工作時(shí)間對鉆進(jìn)效率有著較大的影響。由于導(dǎo)向鉆機(jī)鉆進(jìn)速度和回拖速度較高，單根鉆桿的加接、擰卸工作強(qiáng)度增加，所占時(shí)間的比例也相應(yīng)提高，故加接、擰卸鉆桿方法的研究就成為進(jìn)一步提高鉆進(jìn)效率，改善工人勞動(dòng)條件的關(guān)鍵。該系統(tǒng)應(yīng)滿足在拆裝鉆桿時(shí)它能加緊鉆桿，做到快速的安裝和拆卸。同時(shí)其在外力的作用下不能產(chǎn)生位移。鉆桿夾持- 擰卸機(jī)構(gòu)的工作步驟是：上接鉆桿操作時(shí)，先將夾持器松開，把鉆桿插入夾持器并加緊，操作進(jìn)給閥把手向前移動(dòng)動(dòng)力頭，使動(dòng)力頭邊徑接頭的公扣插入鉆桿的母扣，然后動(dòng)力頭正向轉(zhuǎn)動(dòng)使其旋緊，最后松開夾持器即刻進(jìn)行導(dǎo)向施工；下卸鉆桿操作時(shí)，將鉆桿下接頭回拖到夾持器后面卸扣器范圍內(nèi)的合適位置，用夾持器加緊鉆桿，使動(dòng)力頭反轉(zhuǎn)卸扣。如果動(dòng)力頭提供的擰緊扭矩不足，則需要外加的扭矩。由于液壓傳動(dòng)具有結(jié)構(gòu)緊湊，作用力平穩(wěn)，調(diào)整方便等優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)有的土錨鉆機(jī)多數(shù)采用液壓夾持?jǐn)Q卸機(jī)構(gòu)， 它能夠較好地滿足裝卸鉆桿的施工作業(yè)要求。本設(shè)計(jì)參考吉林大學(xué)最新研制的JFK- 15 型非開挖導(dǎo)向鉆機(jī)的夾持?jǐn)Q卸機(jī)構(gòu)。(1) 夾持- 擰卸機(jī)構(gòu)的構(gòu)成及工作原理圖2-12 為夾持- 擰卸機(jī)構(gòu)示意圖，它由夾持器、擰卸器等部分構(gòu)成。其中夾持器與擰卸器上分別有一對夾持液壓缸7、8。擰卸器3 上除了布置有一對夾持缸7、8 外， 還安裝有卸扣缸6。夾持器2 用來夾緊前鉆桿1，當(dāng)施加卸扣轉(zhuǎn)矩時(shí)， 該夾持器承受反轉(zhuǎn)矩，在液壓系統(tǒng)控制下， 只對鉆桿施加靜壓力， 整個(gè)裝置保持不動(dòng)，靜壓力是通過夾持缸7、8 實(shí)現(xiàn)的。擰卸器3 則要完成兩種動(dòng)作: 既需要一個(gè)靜壓力夾緊鉆桿，又需要一個(gè)動(dòng)力推動(dòng)其轉(zhuǎn)動(dòng)，在卸開第一扣時(shí)施加主動(dòng)力矩，從而帶動(dòng)鉆桿做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來完成螺紋的擰動(dòng)。工作時(shí)，夾持缸7、8 同時(shí)動(dòng)作，分別給鉆桿1 和鉆桿4 施加夾緊力夾緊鉆桿，而后擰卸機(jī)構(gòu)在卸扣缸6 的推動(dòng)下， 繞鉆桿中心回轉(zhuǎn)一定的角度，從而擰松螺紋，這之后，依靠動(dòng)力頭的反向回轉(zhuǎn)就可很容易地卸下鉆桿。圖2-12 夾持?jǐn)Q卸機(jī)構(gòu)1前鉆桿 2夾持器 3擰卸器 4后鉆桿 5導(dǎo)軌 6卸扣液壓缸 7、8夾持液壓缸圖2-13 夾持?jǐn)Q卸機(jī)構(gòu)液壓回路1液壓泵 2多路換向閥 3卸扣液壓缸 4、5夾持器液壓缸 6、7定夾持器液壓缸 8、9液控單向閥(2) 夾持?jǐn)Q卸機(jī)構(gòu)的控制回路圖2-13 為夾持-擰卸機(jī)構(gòu)控制回路液壓原理圖，在該回路中夾持- 擰卸機(jī)構(gòu)與進(jìn)給機(jī)構(gòu)、支架機(jī)構(gòu)采用了同一動(dòng)力源，液壓泵1通過多路換向閥2 的過橋閥體為不同回路提供壓力油，實(shí)現(xiàn)動(dòng)力的轉(zhuǎn)換。相關(guān)部分的動(dòng)作順序?yàn)椋褐Ъ苤鸷?，支架控制閥切換至中位，由于在支架缸回路中安裝有液控單向閥，保證了在換向閥處于中位、支架回路失去動(dòng)力時(shí)，支架工作的可靠性；當(dāng)夾持- 擰卸控制回路動(dòng)作前，給進(jìn)機(jī)構(gòu)應(yīng)停止工作，即操作給進(jìn)控制閥，使其處于中位；這樣夾持- 擰卸回路就能夠與動(dòng)力源接通，操作相應(yīng)換向閥，即可實(shí)現(xiàn)夾持、擰卸機(jī)構(gòu)的動(dòng)作順序?yàn)? 夾緊缸先動(dòng)作以夾緊鉆桿，然后卸扣缸動(dòng)作，推動(dòng)擰卸裝置繞鉆桿軸線回轉(zhuǎn)一定的角度，從而擰松螺紋。據(jù)此可知，在卸扣缸動(dòng)作進(jìn)行時(shí)，夾緊缸失去動(dòng)力，而此時(shí)仍需保持夾緊狀態(tài)。此外，考慮到存在動(dòng)力頭空行程移動(dòng)的同時(shí)而鉆桿仍需保持夾緊的狀態(tài)。因此在夾持回路中采用了液控單向閥8、9，使得夾緊缸在失去動(dòng)力的情況下仍然保持夾緊狀態(tài)。由于采用液壓控制，機(jī)構(gòu)的夾緊力均勻可靠，轉(zhuǎn)矩大，速度快，操作方便、省力。2.1.6變角機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)由于錨桿鉆機(jī)要求鉆孔傾角在范圍內(nèi)變化，既要靈活方便的調(diào)整角度及方位，有要使結(jié)構(gòu)盡量簡單，同時(shí)還要使鉆機(jī)的使用及維修簡單易學(xué)、操作方便。經(jīng)過反復(fù)分析比較，確定了如圖2-14所示變角機(jī)構(gòu)。此機(jī)構(gòu)的特點(diǎn)是：結(jié)構(gòu)比 較簡單，操作比較靈活，重心低，穩(wěn)定性好，高度方向在一定范圍內(nèi)可調(diào)，給進(jìn)滑架變角范圍大。圖2-14 變角機(jī)構(gòu)2.1.7泥漿系統(tǒng)的設(shè)計(jì)泥漿系統(tǒng)是土錨鉆機(jī)不可缺少的一種輔助設(shè)施，它是由隨車泥漿系統(tǒng)與車載泥漿系統(tǒng)組成。車載泥漿系統(tǒng)分別設(shè)計(jì)有500加侖1000加侖兩種(圖2-15) ，用于泥漿混配、攪拌、向隨車泥漿系統(tǒng)提供泥漿。泥漿攪拌系統(tǒng)是一種與水平定向鉆機(jī)配套使用的裝置，亦可接管供其他需輸送泥漿類流體的裝置使用。泥漿攪拌系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)要求系統(tǒng)具有攪拌快速均勻、提供大流量泥漿、可調(diào)節(jié)泥漿配比、攪拌與輸送同時(shí)進(jìn)行等。攪拌系統(tǒng)裝置包括料斗、汽油機(jī)泵、攪拌罐、車載泥漿泵、相關(guān)管路等。圖2-15車載泥漿系統(tǒng)汽油機(jī)泵與攪拌罐通過管路相連，構(gòu)成攪拌回路，具體為罐中泥漿進(jìn)入汽油機(jī)泵入口，經(jīng)加壓出路分成2 路:一路經(jīng)過Y型過濾器過濾掉大塊顆粒后分3 路，一路經(jīng)由罐頂部噴入，另兩路經(jīng)由下部噴出。當(dāng)泥漿液攪拌完成時(shí)，打開球閥經(jīng)汽油機(jī)泵噴出。另一路送入泥漿泵,并由泥漿泵泵入動(dòng)力頭輸送到鉆桿鉆頭。膨潤土由料斗加入，經(jīng)篩網(wǎng)粗篩，變徑管高速噴吹形成的空氣負(fù)壓由管吸入，并與水液混合，從而進(jìn)行往復(fù)循環(huán)。2.1.8發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與選型鉆機(jī)的發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)包括發(fā)動(dòng)機(jī)、散熱器、空濾器、消音器、燃油箱等。一般設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)該根據(jù)計(jì)算出來的功率，合適的選用國內(nèi)外較大品牌的增壓水冷發(fā)動(dòng)機(jī)或增壓中冷發(fā)動(dòng)機(jī)，為了適應(yīng)不同用戶的需求，也可選裝的國內(nèi)品牌的發(fā)動(dòng)機(jī)。散熱器、空濾器等附件選用國產(chǎn)配套件。由于工程的施工時(shí)間比較長，耗油量也特別大，所以燃油箱自制為容積大的燃油箱。發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)設(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)先了解發(fā)動(dòng)機(jī)型號及發(fā)動(dòng)機(jī)功率、扭矩等詳細(xì)參數(shù)。確定發(fā)動(dòng)機(jī)選件及安裝形式；向液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)者提供發(fā)動(dòng)機(jī)取力口(PTO)旋向及輸出功率的資料；與散熱系統(tǒng)設(shè)計(jì)者協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)風(fēng)扇直徑、速比及風(fēng)量的數(shù)據(jù)；與電器設(shè)計(jì)者協(xié)調(diào)發(fā)動(dòng)機(jī)電路連接方案；選定并安裝聯(lián)軸器；進(jìn)排氣附件安裝設(shè)計(jì)要滿足發(fā)動(dòng)機(jī)工況并加裝進(jìn)氣阻塞指示報(bào)警裝置；具體安裝形式和安裝結(jié)構(gòu)與相關(guān)設(shè)計(jì)者協(xié)調(diào)， 如有問題及時(shí)互相反饋。2.1.9鉆桿裝卸機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)國內(nèi)現(xiàn)有水平定向鉆機(jī)主要有人工裝卸和自動(dòng)裝卸鉆桿方式。人工裝卸鉆桿方式作業(yè)不僅效率低，而且增加了操作人員的勞動(dòng)強(qiáng)度，但是鉆機(jī)的設(shè)計(jì)成本和制造成本低，比較適合我國的情況。鉆桿自動(dòng)裝卸機(jī)構(gòu)可較方便地裝卸鉆桿，減輕操作者的勞動(dòng)強(qiáng)度，提高工作效率，由鉆桿、鉆桿箱、起落架、伸縮梭臂、鉆桿列數(shù)選擇裝置及托架組成。該機(jī)構(gòu)一般采用柔性進(jìn)給裝置， 協(xié)調(diào)性較高，需對鉆桿的升降、梭臂的伸縮、動(dòng)力頭的位置、裝卸完成的檢測等功能進(jìn)行邏輯控制，實(shí)現(xiàn)多動(dòng)作間的自動(dòng)切換 控制系統(tǒng)采用先進(jìn)的PLC控制。有的水平定向鉆機(jī)產(chǎn)品雖然有鉆桿自動(dòng)更換裝置，但利用彈簧的回縮力作為夾緊力，經(jīng)常發(fā)生鉆桿脫落等事故，工作不可靠，不但影響作業(yè)效率。而且可能引起已鉆孔的坍塌、埋鉆等重大事故。在本設(shè)計(jì)中，考慮到我國現(xiàn)有的實(shí)際情況，和本次的要求與特點(diǎn)，在裝卸裝置中應(yīng)用人工裝卸鉆桿的方法。2.1.10潤滑系統(tǒng)的設(shè)計(jì)在添加鉆桿時(shí)，為了防止在擰緊鉆桿時(shí)由于擰緊力太大造成兩個(gè)鉆桿膠合的情況，必須在鉆桿絲扣上涂抹潤滑油。在卸下鉆桿時(shí)為了防止鉆桿絲扣腐蝕，也要在絲扣上涂抹潤滑油。在設(shè)計(jì)時(shí)，可以將此系統(tǒng)設(shè)計(jì)成自動(dòng)潤滑系統(tǒng)，提高生產(chǎn)效率；也可以在設(shè)計(jì)時(shí)將其設(shè)計(jì)成人工手動(dòng)潤滑系統(tǒng)，來簡化整機(jī)的結(jié)構(gòu)?？紤]到本設(shè)計(jì)的特點(diǎn)和要求，我們選擇人工潤滑的方式。如果想改進(jìn)，可以在本設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上進(jìn)行改造。3整機(jī)參數(shù)的計(jì)算為了使設(shè)計(jì)的非開挖鉆機(jī)在結(jié)構(gòu)、工藝、工作效率、經(jīng)濟(jì)性等方面合理突出，在確定整機(jī)的參數(shù)時(shí)應(yīng)該符合以下條件：（1）滿足實(shí)際使用的要求實(shí)用性；（2）適合生產(chǎn)商的制造條件可能性；（3）充分利用發(fā)動(dòng)機(jī)的工功率經(jīng)濟(jì)性；（4）與國內(nèi)外同類型的產(chǎn)品相比較有較先進(jìn)的技術(shù)經(jīng)濟(jì)指標(biāo)和可靠的工作性能先進(jìn)性。3.1功率計(jì)算3.1.1工作機(jī)構(gòu)進(jìn)給力的計(jì)算鉆桿在鉆進(jìn)過程中，鉆桿切削泥土所需的軸向壓力為，其中 （3-1） 參看鉆孔機(jī)械設(shè)計(jì)，而巖石堅(jiān)固系數(shù)。按照鉆機(jī)要求的最大直徑，最大的巖石堅(jiān)固系數(shù)計(jì)算，這時(shí)取mm，取6。 （3-2）粗略的推拉力按計(jì)算，可以滿足施工的要求。由于設(shè)計(jì)要求推拉力大于，所以設(shè)計(jì)動(dòng)力頭回推力應(yīng)該按計(jì)算。3.1.2回轉(zhuǎn)扭矩的計(jì)算鉆頭在鉆進(jìn)過程中破碎巖石所需的扭矩為 （3-3） 式中：直徑 -旋轉(zhuǎn)速度進(jìn)速度 -巖石的硬度極限 （常用25,50,100,150） =65 MPa 則 （3-4）故回轉(zhuǎn)扭矩按6000 設(shè)計(jì)3.1.3整機(jī)功率的計(jì)算鉆機(jī)功率的分配情況如圖3-1所示。發(fā)動(dòng)機(jī)液壓泵進(jìn)給馬達(dá)鉆進(jìn)機(jī)構(gòu)液壓缸夾緊機(jī)構(gòu)動(dòng)力頭馬達(dá)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)行走馬達(dá)行走系統(tǒng)變角機(jī)構(gòu)圖3-1 鉆機(jī)功率流程由于錨桿鉆機(jī)有在工作時(shí)不行走，行走時(shí)不工作的特點(diǎn)，且其在工作時(shí)的功率要遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于其在行走時(shí)的功率。所以整機(jī)功率只要滿足其在工作時(shí)的功率就可以了。(1) 動(dòng)力頭功率動(dòng)力頭所需的功率：（取功率系數(shù)為0.95） (3-5)(2) 求進(jìn)給馬達(dá)的功率 拖動(dòng)進(jìn)給拖板所需的功率 (3-6)則進(jìn)給馬達(dá)輸出的功 (3-7)(3) 求柴油機(jī)功率除了以上的功率消耗外，還有泥漿泵、土錨裝置馬達(dá)、支架液壓缸、轉(zhuǎn)向馬達(dá)等消耗的功率。雖然他們不會同時(shí)工作，但是在計(jì)算時(shí)應(yīng)該考慮到液壓系統(tǒng)功率的損耗和機(jī)械損失，適當(dāng)?shù)膶l(fā)動(dòng)機(jī)的功率進(jìn)行放大。則 (3-8) 其中: k為放大系數(shù)，取k=1.25另外，考慮到電動(dòng)機(jī)要有10%左右的功率儲備，則柴油機(jī)的額定功率為 (3-9)3.1.4柴油機(jī)的選擇本次設(shè)計(jì)的鉆機(jī)由于使用范圍廣、作業(yè)環(huán)境多樣、工作地點(diǎn)的流動(dòng)性較大，為了防變施工，提高工作效率、降低運(yùn)輸成本，本機(jī)的動(dòng)力源采用柴油機(jī)。根據(jù)柴油機(jī)的性能和鉆機(jī)的工作要求，以及上述鉆機(jī)所需功率的大小，本機(jī)采用廣西玉柴機(jī)器集團(tuán)有限公司生產(chǎn)的YC6108ZGB系列柴油機(jī)。機(jī)型特點(diǎn)：YC6108ZGB系列柴油機(jī)是中德合作的典范，具有高技術(shù)含量、高性能指標(biāo)、高可靠性，是國際先進(jìn)水平的新一代柴油機(jī)。先進(jìn)的設(shè)計(jì)理念和精確的加工技術(shù)，使柴油機(jī)噪聲更低。采用先進(jìn)的渦輪增壓技術(shù)及先進(jìn)的燃燒系統(tǒng)匹配技術(shù),排放滿足GB 20861-2007非道路移動(dòng)機(jī)械用柴油機(jī)排氣污染物排放限值和測量方法第階段限值（等同歐標(biāo)準(zhǔn)）。主要技術(shù)參數(shù)見表3-1。表3-1 YC6108ZGB主要參數(shù)型號（代號）YC6108ZGB型式立式、直列、水冷、四沖程、直噴進(jìn)氣方式增壓氣缸缸徑行程（mm）6-108132活塞總排量（L）7252壓縮比17.5:1標(biāo)定功率/轉(zhuǎn)速（kW/r/min）150/2400最大扭矩/轉(zhuǎn)速（Nm/r/min）770/15001800全負(fù)荷最低燃油耗(g/kW.h)210調(diào)速率8冷啟動(dòng)性能（）不帶冷啟動(dòng)裝置-15，帶冷啟動(dòng)裝置-40全負(fù)荷最大煙度（Bosch）2.0排放水平GB 20861-2007第階段噪聲限值dB（A）114凈質(zhì)量(kg)6503.1.5主要外形參數(shù)的計(jì)算(1) 主要參數(shù)的計(jì)算根據(jù)YM160型液壓土錨步履式土錨鉆機(jī)的部分結(jié)構(gòu)參數(shù)，全面考察國內(nèi)外鉆孔機(jī)械的參數(shù)，考慮機(jī)器的先進(jìn)性、可靠性、經(jīng)濟(jì)性之間的關(guān)系，擬定了本機(jī)的主要參數(shù)。計(jì)算指標(biāo)：機(jī)重G尺寸參數(shù)： 為各種線向尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)面積參數(shù)： 為各種面積尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)體積參數(shù)： 為各種體積尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)各部分重量： 為各部分重量系數(shù)機(jī)體重心與回轉(zhuǎn)中心距離： 機(jī)體重心離地面高度： 、機(jī)體重心位置系數(shù)發(fā)動(dòng)機(jī)功率： 液壓功率： 以上公式出自單斗液壓挖掘機(jī)P46公式，其中各個(gè)系數(shù)參考P47“機(jī)體尺寸和工作尺寸經(jīng)驗(yàn)系數(shù)表” 。首先根據(jù)現(xiàn)有的非開挖鉆機(jī)估計(jì)計(jì)算指標(biāo)機(jī)重： G=5t則可計(jì)算得其它參數(shù)：輪距： （3-10）履帶長度： （3-11）軌距： （3-12）輪距、履帶長度、軌距允許增加10%。所以確定輪距，軌距，履帶長度需要設(shè)計(jì)出驅(qū)動(dòng)輪和導(dǎo)向輪后才能具體確定。轉(zhuǎn)臺總寬： （3-13）底盤的離地間隙： （3-14）前部離底盤中心： （3-15）履帶總高： (3-16) 底架離地間隙： (3-17)履帶帶寬： (3-18)(2) 重量參數(shù)：底盤重量： (3-19)工作裝置重量： (3-20)機(jī)體重心離地面高度： (3-21)(3) 功率參數(shù)：發(fā)動(dòng)機(jī)功率：液壓功率機(jī)重G以計(jì)算。發(fā)動(dòng)機(jī)功率： (3-22)液壓功率： (3-23)(4) 各項(xiàng)技術(shù)參數(shù)a.推拉力：大于；b.輸出扭矩：大于；c.動(dòng)力頭工作行程：大于；d.動(dòng)力頭轉(zhuǎn)速：；e.鉆進(jìn)速度：；f.鉆孔直徑：；g.行走速度（）：前進(jìn)（0-15.6）后退（0-10.6）各有三個(gè)檔位；h.爬坡能力30。4工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算4.1工作裝置設(shè)計(jì)原則工作裝置的設(shè)計(jì)是此次設(shè)計(jì)的重點(diǎn)，其設(shè)計(jì)的合理性非常重要，按照一般性工程機(jī)械的合理性設(shè)計(jì)的要求，工作裝置應(yīng)該滿足以下幾個(gè)基本條件：(1) 整機(jī)的鉆孔能力大小及其分布情況應(yīng)該滿足使用要求，并且具備一定的先進(jìn)性；(2) 功率利用情況要盡量的充分，理論工作循環(huán)時(shí)間因該盡可能的短；(3) 確定鉸點(diǎn)位置，結(jié)構(gòu)形式及界面尺寸形狀盡可能使受力狀態(tài)有利；(4) 作業(yè)情況復(fù)雜、使用情況多變時(shí)應(yīng)該考慮工裝置的通用性；(5) 運(yùn)輸和停放狀態(tài)時(shí)工作裝置應(yīng)有合理的姿態(tài)，運(yùn)輸尺寸小、穩(wěn)定性好；(6) 工作裝置和液壓缸的設(shè)計(jì)和布置應(yīng)盡量考慮三化，采用系列參數(shù)；(7) 工作裝置的結(jié)果形式和布置要便于拆裝和維修，尤其是要便于易損件的更換。4.2工作裝置總體方案選擇(1) 動(dòng)臂及其液壓缸的布置采用整體式直動(dòng)臂，動(dòng)臂液壓缸的布置形式采用下置式。(2) 主梁及其液壓缸的布置采用整體式焊接主梁，主梁液壓缸的布置采用上置式。(3) 根據(jù)液壓系統(tǒng)的工作壓力、流量、系統(tǒng)回路供油方式和三化要求等確定各液壓缸的缸數(shù)、缸徑、全伸長度與全縮長度之比?？紤]到結(jié)構(gòu)尺寸、運(yùn)動(dòng)余量、穩(wěn)定性和構(gòu)件運(yùn)動(dòng)副度因素，取動(dòng)臂液壓缸參數(shù)；主梁液壓缸參數(shù)。4.3工作裝置尺寸的設(shè)計(jì)4.3.1主梁機(jī)構(gòu)尺寸主梁是液壓鉆機(jī)工作的主要部分，其尺寸的設(shè)計(jì)對整機(jī)的工作性能至關(guān)重要。結(jié)合單斗液壓挖掘機(jī)的工作原理，此次設(shè)計(jì)主梁尺寸分布如圖4-1。圖4-1 主梁尺寸分布圖4.3.2動(dòng)臂尺寸設(shè)計(jì)動(dòng)臂是支撐主梁的主要部件，其尺寸決定了工作的范圍，結(jié)合單斗液壓挖掘機(jī)的動(dòng)臂的設(shè)計(jì)，估算動(dòng)臂的長度。 (4-1) 單斗液壓挖掘機(jī)表1-34.4動(dòng)臂的設(shè)計(jì)計(jì)算4.4.1工作裝置參數(shù)選擇動(dòng)臂鉸座O相對整機(jī)回轉(zhuǎn)中心的水平距離 (4-2)單斗液壓挖掘機(jī)表1-3動(dòng)臂鉸座O相對地面的高度 (4-3) 單斗液壓挖掘機(jī)表1-3主梁轉(zhuǎn)角范圍： 動(dòng)臂轉(zhuǎn)角范圍： 4.4.2動(dòng)臂工作機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)算(1) 動(dòng)臂液壓缸的尺寸及其鉸點(diǎn)位置的設(shè)計(jì)計(jì)算動(dòng)臂液壓缸的尺寸及其鉸點(diǎn)位置的確定首先要滿足動(dòng)臂變幅時(shí)的轉(zhuǎn)角范圍，同時(shí)也要考慮鉆機(jī)工作時(shí)對液壓缸閉鎖力的要求。 假設(shè)液壓缸全伸時(shí)長度為，全縮時(shí)長度為，并假設(shè)液壓缸鉸點(diǎn)B不在動(dòng)臂中心線OC上，此外，如圖4-2。圖4-2 動(dòng)臂鉸點(diǎn)布置分析示意圖令，。臂鉸與液壓缸鉸距OA： (4-4)單斗液壓挖掘機(jī)表1-3由圖，根據(jù)余弦定理： (4-5)代入數(shù)值解得： (4-6)(2) 主梁液壓缸的尺寸及其鉸點(diǎn)位置的設(shè)計(jì)計(jì)算選擇主梁液壓缸在動(dòng)臂和主梁上的鉸點(diǎn)D和E并確定主梁液壓缸的全伸長度和全縮長度對于實(shí)現(xiàn)主梁的運(yùn)動(dòng)范圍和整機(jī)的工作范圍有著非常重要的作用。假設(shè)主梁液壓缸全伸、全縮時(shí)的長度分別為和，見圖4-3。圖4-3 主梁液壓缸尺寸及其鉸點(diǎn)位置分析圖令，。由經(jīng)驗(yàn)公式得由余弦定理得： (4-7)代入數(shù)值得：