ZKL600型螺旋钻底盘及支腿装置设计.docx
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ZKL600型螺旋钻底盘及支腿装置设计.docx
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ZKL600型螺旋钻底盘及支腿装置设计
郑州雨辰技术学院
本科生毕业设计说明书
题目:
ZKL600型螺旋钻底盘及支腿装置设计
指导教师:
职称:
一级中教
学生姓名:
学号:
1334095854
专业:
机械设计制造及其自动化
院(系):
机电工程学院
答辩日期:
20年6月23日
摘要
随着城市高层建筑的日益增多,在基础建设施工中,步履式长螺旋钻孔机的应用越来越普遍,而对钻孔深度的要求也更为全面.该类钻机具有成孔效率高、质量好、无振动、无冲击、无噪声、无泥浆污染、耗用钢材少及机械化程度高等优点,是一种适应城市建设和改造工程的理想机械。
适用我国大部分地区的土壤地质条件。
配合不同钻具,适应于短螺旋、回转斗及岩层的成孔作业。
本文主要是在一组已知参数的基础上,参考大量成熟产品的设计方案,对步履式底盘和液压支腿的结构需要请咨询学号数字企鹅以及参数进行研究,定型设计方向及方案,并对整个组件的结构进行合理的布置。
最后,在理解设计要求的基础上,绘制出底盘及液压支腿的设计总图纸。
通过查阅大量文献资料以及指导老师的悉心指导,基于成熟的加工工艺和技术要求,使我最终完成了本课题的研究设计和图纸的绘制。
综合突出了制造经济、装配方便、工艺简单等有点。
关键词:
钻机工艺步履式底盘
Abstract
Withtheincreasingnumberofurbanhigh-risebuildings,intheinfrastructureconstruction,walkingthelongspiraldrillingmachineisusedmoreandmorepopular,andtodrillholedepthrequirementsmorecomprehensive.Thedrillwithhighefficiency,goodquality,novibration,noimpact,nonoise,noslurrypollution,consumptionlesssteelandtheadvantagesofhighmechanizationdegreeisanidealmachineforurbanconstructionandrenovationprojecttoadapt.Soilgeologicalconditionsformostofourcountry.Coordinatewithdifferentdrillingtools,whichadaptstothedrillingoperationoftheshortscrew,rotarybucketandrockstratum.
Thisarticleisonthebasisofagivensetofparameters,referstoalargenumberofmatureproductdesignscheme,thepedrailchassisandhydraulicoutriggers,thestructureandtheparametersofresearch,finalizethedesigndirectionandprojectandreasonablearrangementofthecomponentsofthestructure.Finally,onthebasisofunderstandingdesignrequirements,drawingthechassisandhydrauliclegsofthedesignofthetotaldrawings.
Throughconsultingalotofdocumentsandguidingteacher'scarefulguidance,basedonthematureprocessingtechnologyandtechnicalrequirements,Ifinallycompletedtheresearchdesignanddrawingofthisthesis.Thecomprehensiveoutstandingmanufacturingeconomy,theassemblyisconvenient,thecraftsimpleandsoonabit.
Keywords:
DrillingRigcraftworkWalkingmobilechassis
目录
1绪论1
1.1长螺旋钻机主要用途:
2
1.2主要特点:
2
1.3长螺旋钻机主要性能:
2
1.4长螺旋钻机的工作原理2
1.4.1底盘3
1.4.2立柱3
1.4.3动力头4
1.4.4行走机构4
1.4.5拖行机构4
1.4.6卷扬结构4
1.4.7钻杆、钻头机构4
1.4.8电子控制技术5
2底盘设计6
2.1方案论证6
2.1.1方案一:
整体焊接底盘6
2.1.2方案二:
组装式底盘7
2.1.3方案分析7
2.1.4论证结果7
2.2焊接8
2.3步履式底盘的介绍8
2.4设计要求8
2.5底盘的设计9
2.5.1步履式底盘的构造及工作原理9
2.5.2底盘的加工9
2.5.3底盘的检查与验收10
2.6下底盘的计算分析12
2.6.1下底盘液压缸的分析12
3液压支腿的设计14
3.1支腿垂直液压缸与活动支腿的装配14
3.1.1支腿垂直液压缸与活动支腿的装配14
3.1.2支腿垂直液压缸与活动支腿装配分析14
3.1.3方案的选择与改进15
3.2活动支腿与车架采用铰接式16
3.3最终支腿液压缸结构16
3.4支腿油缸的相关计算17
4螺旋钻机成孔19
4.1螺旋钻机的使用要求19
4.2施工过程中注意事项19
4.3工程事例19
4.3.1工程地质条件19
4.3.2储煤筒仓基础情况简介20
4.3.3压灌桩承载力21
4.3.4压灌桩的试桩工作21
4.3.5压灌桩的施工21
结论25
致谢26
参考文献27
1绪论
长螺旋钻机总图如下:
图1.1工作状态
1.立柱2.动力头3.联接盘4.钻具5.斜撑6.起塔油缸
7.操作室8.固定支架9.底盘10.过渡滑轮11.配电柜12.卷扬机13.配重块
1.1长螺旋钻机主要用途:
长螺旋钻机主要是为了适应旋喷工法的推广而研制所成的。
通过不同模块的组合,可以实现定喷、摆喷、旋喷等施工工艺;此外可用于各类软地基加固、高层建筑地下室的防渗处理、大需要请咨询学号数字企鹅江大河堤坝的整治、铁路公路桥墩的加固等。
1.2主要特点:
长螺旋钻机的适应性能非常强,可以通过更换配套不同的模块以及不同的钻具。
可以根据不同的需要配置成性能价格比最佳的长螺旋钻机来投入施工环境工作,并且还可以在不断的工作使用中对一些重新的设计模块进行更新,从而解决不同的旋喷工艺。
长螺旋钻机在某些软土层施工时,钻孔和旋喷完全可以一次完成;旋喷提升时,在旋喷深度不高于副塔高度时,不用拆卸钻杆,亦可以一次旋喷成桩。
在复杂地层应配有引孔机。
长螺旋钻机采用全液压技术:
长螺旋钻机移位和转向、动力头变速、钻具提升以及长螺旋钻机起塔,均采用液压控制,操作方便灵活,维护省时又省力。
长螺旋钻机采用双卷扬机,采用电动控制,从而大大降低了劳动力,提高了生产效率。
步履行走装置的驱动力大,对地面的压强小、对地面的附着系数大、对地面的耐磨性能好、爬坡能力较大。
1.3长螺旋钻机主要性能:
(1)ZKL600型螺旋钻主要技术参数:
钻塔负荷(KN)276
钻塔高度(m)24.5
钻孔直径(mm)600
钻孔深度(m)19
钻杆转速(r/min)23
行走方式步履式
步长(m)1.1
运输方式拖挂+解体散件
外形尺寸(长×宽×高)(m)
工作状态10.0×4.8×24.5
运输状态13.3×3.1×4.0
重量:
15t
1.4长螺旋钻机的工作原理
长螺旋钻机的工作以及各个部位组成的认知:
整台设备的动作有:
主塔的起塔、回转器的加压提升、回转器的回转运动、步履行走、卷扬的起吊、支腿油缸;所有的这些动作是由多个不同型号性能的油缸和马达协调工作实现的,而油缸和马达动作的控制则是由所设计的液压系统(操控抬)实现的。
通过电器原理系统控制设备中的泵站为系统提供转速和动力支持,卷扬机组则帮助实现更大范围内的作业!
所有这些设备都合理的布局在底架上,使整体置于步履式底盘上,实现“行走”。
由此不难看出整台设备的生产核心在于液压系统和电器原理的设计以及相对成熟的装配工作。
整台长螺旋钻机的工作理念是利用高压水(水泥浆等)冲击岩石,对岩石进行粉碎作业。
高压直线水柱经过回转器的回转形成高压的螺旋水柱可以实现更大压力更大空间的作业,旋喷长螺旋钻机就是以此而得名!
工作相关部件间的连接:
电器柜和电动机(泵站)连接,对装置进行工作控制;泵站油路连接液压操纵台完成整个液压系统的控制;利用油管连接各个组件油缸或者油泵实现各个规定的动作(也就是说每一个部件的动作都是由相应的油缸实现);整个液压油路的供油由回油油箱实现;当工作的高度过大时,可以安装主副连接塔架,利用卷扬机组和天车滑轮进行钻杆的调用安装。
此外卷扬机组还可用于调用钻杆和一些辅助性的物品来提高效率。
1.4.1底盘
底盘结构繁多,对不同机种或不同要求的,底盘也各不一样。
在80年代国外采用过以重型载重汽车的底盘,工作时放下支腿。
还有轨式行走但必须铺设轨道,其应用受到很多限制和诸多不便。
履带行走底盘,其特点是结构紧凑、运输方便、外形美观造价高,工作装置采用附着型式,主臂是伸缩箱型框架结构的,既可以用于旋挖钻机又可用于履带式起重机,大大的节约设备投资。
目前国内外生产的螺旋钻机绝大多数应用的是专用底盘,这些底盘在设计上没有兼顾旋挖钻机施工特点,或多或少都存在一定缺陷。
而我们的螺旋钻机采用步履式底盘,稳定性好,对地面的压强小、附着系数大、耐磨性能好。
由于我国目前不可能大量使用大吨位汽车底盘作为灌注桩成孔设备的底盘。
所以当务之急是需要一种适合我国国情的灌注桩成孔设备底盘的开发。
针对这种情况,设计了BQZ型步履式全螺旋钻孔机,以步履式底盘代替了汽车式底盘,并试制成功。
通过考核,显示出步履式底盘的许多优越性。
鉴定结果表明能在未加平整的一般场地及松软地面上施工,场内行走灵活,就位方便准确稳定。
1.4.2立柱
立柱采用可折叠式的法兰连接箱形截面结构型式,两侧配有可圆形沿滑道。
钻机利用液压缸进行起降,很方便,不需拆卸,大大节约了运输时间。
下部铰接上底盘,中后部铰接斜撑,顶部配有滑轮组,完成对注浆导管等的起降。
1.4.3动力头
动力头低速钻进、然后反转高速甩土,有液压传动、电机传动。
在此设计里动力头采用成熟的三环减速,采用特制的恒功率双速电机传动,通过联轴器与变速机构连接,特别是大中心孔的减速机是最理想的动力装置,其承载好、噪音小、结构小巧、耐用。
由两个冷风电机、减速器、弯头、排气装置、提升架和滑快组成。
工作时电机由联轴器带动减速器的高速旋转,通过一级减速机构将动力传给输出轴,法兰盘与输出轴连接,低速轴通过法兰带动钻杆、钻头作旋转运动。
输出轴为中空式,上部有回转接头和输送弯头,适宜于CFG桩的施工。
钻进速度一般都具有多档,根据不同地层进行变速。
1.4.4行走机构
采用包括驱动油缸、行走小车和履靴的液压步履式行走,实现每步1.1m的步距。
行走小车(钢轮卧进履靴内)固定连平台,能方便省力的整机移位,整机的重心位置低,致使整机具有的可靠稳定。
移位时,液压换向阀动作,四支腿油缸伸出接地支撑,履靴离地,再操需要请咨询学号数字企鹅纵行走换向阀,推动履靴前进。
之后收起支腿,履靴接地,油缸推动桩机在履靴轨道内滚动运动。
赖于行走机构与回转机构配合,桩机可全方位行走。
1.4.5拖行机构
桩机在施工完毕还可以解体,以更方便转移,为使底盘部分满足公路运输的要求,拖行装置主要由8个轮胎组成,使转场运输非常方便,而且结构简单,让支腿液压缸支地,支起底盘,现场就可以很方便快速的安装,节约了施工单位的运输费用和辅助时间。
设计有拖行装置,使运输时不须整机拆卸,只把部分组件解体即可。
图1.4.5运输状态
1.4.6卷扬结构
旋挖钻机有主卷扬和副卷扬都配有压绳器。
采用卷扬减速机,卷扬有下放和制动功能,能实现快、慢双速控制。
1.4.7钻杆、钻头机构
1.地层环境决定用什么样的钻杆。
钻杆其传递动力作用,将全部钻压全部传递到最深处的的钻头上,当钻头遇到坚硬的地层时,钻杆的受力条件变得复杂承受很大的扭矩,钻压和弯矩,只有钻杆本身的强度达到要求,才能保证钻头安全的动作。
2.常见的钻头
(1)短螺旋钻头
短螺旋钻头占各种螺旋钻中的大部分,切削废物存于叶片之间的间隙,结构简单、成本低。
这种钻头适合地层较好时使用,不适合砂砾石较多或含水较多的地层,钻进效率低下。
(2)单层底螺旋钻头
地下在高水位且砂石较多的时候用单层底螺旋钻头,大多数螺旋钻机均采用静压泥浆护壁,这种钻孔工艺已明显优于短螺旋钻头钻孔。
在底下方有两扇对称只可以内开的合页门。
当钻头钻进时,孔底切削下来的切屑经合页门压入头内;提钻时,合页门自己关闭,以阻止砂土漏回孔内,但是常常合页不及时有回漏缺陷。
(3)双层底螺旋钻头。
双层底的螺旋钻头是20世纪90年代以来,国外的一些钻机制造公司开发的。
两层底可相对回转一个角度,进土口强行关闭,切削物大部被抱在钻头内。
实践表明,回漏率降低,双层底钻头的钻进效率及孔底清洁度都很高。
3、钻孔时钻杆要慢慢放下,对准定位孔,电流表显示无负荷时,开始下钻,要一直观察电流表,调解下钻速度。
4、用热保护器电动机过载,热电保护器工作后,应休息10min左右再起动.重新起动后短时间内不能过载.
5、尽量避免点动行瞬时的正反转。
6、钻机运转时,要需要请咨询学号数字企鹅专人看护电缆线以防被缠入钻杆。
7、操作中必须等钻杆全从孔中拔出再改变钻杆的回转方向。
避免土体回压造成钻机不转或钻杆拔不出。
8、作打桩完毕后,钻头要完全提至孔外,切断电源,并加以清理。
4.2施工过程中注意事项
1、控制钻机的人员必须是经过专门的学习的,了解机器的构造,操作和维护保养等面的知识,并持有考核过后颁发的操作证,才可以实地操作工程。
2、操作人员要有仔细规划的分工。
3、现场必须有电工来专门处理桩机的电故障。
4、要按照说明书来做试车、安拆、托运等一系列操作。
5、在高处时,技术人员必须佩带安全保护工具等。
6、主架下方不安全范围内不允许有人,以免发生事故。
7、每次使用都要对钢丝绳进行检查。
8、打桩前卷筒内钢丝绳是事先就盘好的,如果遇到必须拨调钢丝的紧急情况,这时电源必须断开;
9、使用前务必检查电源线,检查电源的负荷能力是不是可靠。
4.3工程事例
在某储煤筒仓地基建设中,选择了压力混凝土长螺旋钻孔灌注桩技术,我们做一下系统的分析了解。
4.3.1工程地质条件
该地基工程位于开阔平坦地方。
要建造5座直径22米的储煤筒。
地质剖面表明的地层有八层,由上至下依次为:
耕土、杂填土、粉细砂、细砂、粗砾石、粉质粘土、中粗砂、卵石、强风化混合花岗岩组成,场地地层分布基本稳定。
4.3.2储煤筒仓基础情况简介
本期工程需建5座直径22m、高48m,呈一字型排列的储煤筒仓,基础采用筏板式,5座筒仓基础连为一体,底面积为3468m2,埋深6.5m,位于②-2层土中。
5座煤仓总荷重为1630000kN,
1.桩型的技术经济可行性分析
从这项工程地质条件来看,散体桩很难加固地基,承载力达不到要求。
所以我们要采用刚性桩。
下面表4.3.2-1是由上到下个土层的参数分析。
表4.3.2-1各层土的物理力学指标
层号
天然含水量
天然密度
压缩系数
压缩摸量
内摩擦角
标惯击数
承载力标准
22.3
1.76
0.09
19.2
34.0
220
19.7
1.52
0.10
18.0
32.0
200
22.6
1.84
0.19
8.8
27.0
200
12
150
34.3
1.87
0.32
5.9
17.3
150
28.9
1.98
0.26
6.7
18.8
160
18
270
22
500
2.压灌桩
经分析最终选择了适合砂土层地的压灌桩,地基以细砂层作为最下边的的理想持力层,进入砂层0.5m,压灌桩可以解决成孔过程中易塌孔、排浆难的困难,以控制,场地整洁,速度快。
表4.3.2-2桩型经济比较汇总表
项目
钢筋混凝土预制桩(400×400)mm
钢筋混凝土钻孔灌注桩(d=600mm)
压灌桩(d=600mm)
单桩体积
2.93
5.17
2.75
总桩数
930
1130
930
混凝土用量
2730
5842
2558
钢筋用量
520
203
0
预算指标
1486
1231
909
单根造价
4354
6365
2500
总造价
406
720
233
4.3.3压灌桩承载力
桩径50mm,桩长15.0m,桩间距1.5m,桩的总数1636根。
经计算可知灌桩复合地基承载力为493kPa>470kN/m2,满足强度要求。
4.3.4压灌桩的试桩工作
储煤筒仓桩孔布置均匀中,可在储煤筒仓基础中间部位置下5根试验桩和12根锚桩。
试验桩直径为400mm,桩长为15.5m,有效桩长为15.0m;锚桩直径为600mm,桩长为16.6m;将桩端置于细砂层。
试验结果见表4.3.4
表4.3.4压灌桩载荷试验承载力统计表
项目
1单桩复合地基
2单桩复合地基
3单桩复合地基
4单桩
5单桩
终止载荷
1320KPa
1320KPa
1440KPa
2750kN
2000kN
最大沉降量
46.96
40.4
70.7
97.08
51.07
单桩极限承载力
2160
1800
单桩承载力标准值
9900
9900
单桩复合地基承载力
505
472
478
单桩复合地基承载力标准植
485
485
485
从试验结果可以看出,单桩复合地基承载力标准值为485kPa,满足安全承载要求。
4.3.5压灌桩的施工
压灌桩采用C25细石混凝土,正方形布置(最边缘除外),共1636根,桩径400mm,桩长15.5m,桩顶标高-6.100m(绝对标高74.200m)。
1.施工工艺
1)压灌钻机达到指定的下桩位置后,找到下桩的基准点。
杆上有标尺,可以记录控制录孔深。
2)确保钻杆是竖直的,时刻观察桩杆上的标记尺寸,明确下钻深度,达到设计深度后空转清理渣土。
3)成孔后,提钻杆时灌注混凝土,使桩柱成型均匀。
拌制混凝土时要及时不能短于混凝土的初凝时间。
然后是放钢筋笼,用捣实钢筋笼深度范围内的混凝土。
4)对孔口进行处理,对桩口加以保护。
5)进行下一个桩的准备工作。
2.常见质量缺陷的原因及控制技术
1)导管堵塞
①混凝土配比有问题;
②塌落度太高;
③导管弯折;
④前后台配合不好。
控制措施:
a.混凝土的配比正常;
b.塌落率降低;
c.管路经常清洗不能变径弯折;
d.前后台配合好。
2)偏桩
①由于恶劣的环境,导致位置误差;
②基准没有准确对位而使钻杆跑偏
控制措施:
a.在施工对桩机的工作场地事先准备工作,创造一个平稳踏实的环境,用来一个好的位置精度;
b.放桩位时要对好基准,
3)断桩,夹层
①提钻速度与泵送不配合
②是桩空间距太近串孔。
控制措施:
a.配以储料罐可以保证送料的不间断;
b.提钻速度与泵送要配合好
c.桩距要合适
4)桩身混凝土强度不足
轻度不足主要是混凝土配比中的粉煤灰作用,所以要特别注意对用水量的控制才可以以保证强度。
控制措施:
a.提高粗骨料级配比质量;
b.选择强型减水做外加剂代替普通泵送剂;
c.准确控制粉煤灰掺量。
5)桩身收缩
桩身回缩很常见。
控制措施:
a.桩顶超灌1.0m使充盈系数>1;
b.用外加剂解决。
6)桩头质量问题
桩头瑕疵太多
控制措施:
a.清除桩口出来的土渣,以免下笼时混入桩柱中。
b.气阀开启正常,防止积气产生桩口气泡;
c.桩柱离析产生浮浆,要超灌排除;
d.要进行振捣。
7)钢筋笼下沉
桩柱作业后会收缩,桩顶固定不好的钢筋笼会下沉。
控制措施:
a.笼顶用铁丝加固,半天后可拆除。
8)钢筋笼无法沉入
①混凝土配比不好;
②周土对桩身产生挤压。
控制措施:
a.优化混凝土配合比;
b.吊放钢筋笼时保证位置精度。
9)钢筋笼上浮
①桩间距太近而串孔
②桩周土壤挤压作用造成。
控制措施:
a.间距小时进行先间隔打桩,再回头打漏下的,保证不串孔;
10)桩底不能入岩
遇到岩石时入岩很困难,钻进工艺,钻头和螺旋叶片的设计也很重要。
①选用锥形钻头,切削韧要大;
②钻杆螺距要有足够长度才可以防止堵塞现象。
③钻头要用水冷却。
④对岩石硬度大的地层先用大口径潜孔锤钻入后再用螺旋钻复孔。
11)单桩承载力低
①地层为粘性土地层
控制措施:
a.增加入岩量;
b.灌注一定量的桩体后再提钻,保证桩底嵌固好;
c.在粘土层中钻孔我们选择较快的钻孔速度,防孔壁上粘连泥皮使桩摩阻力降低;
d.尽量选用泵充盈性要好。
12)钻孔内的有害气体
①地质构造,发现桩孔中产生有害气体,易发生爆炸的事故。
为避免上述事故的发生,在进行焊接前,首先要对可能产生有害气体的底层进行检验,采用注水法有害气体;或当气体量较少时,用火绳将有害气体烧掉。
结论
初次对长螺旋钻机的设计时感到无从下手,通过一段时间查阅资料以及在长螺旋钻机装配车间亲手安装、碰上不懂就向导师询问或上网查询,我大致对该型长螺旋钻机有了一个初步的了解,对于长螺旋钻机的结构、功能、参数的等也有了大体上的认识。
螺旋钻机是基础建设中大径桩孔成孔设备,高度集机、电、液动性能于一身的桩工机械,具有环保性能好、钻孔效率高、进度快、质量好、多功能性、工作环境要求不高等特点,代表着桩工机械的发展方向。
通过这次毕业设计让我了解了很多知识,并且是平时在书本上是学不到的,我设计的是步履螺旋钻机上的两个部件---底盘和支腿液压缸系统。
在此我主要对其主要的结构和工作基本原理、液压缸系统等问题分析计算以及施工中要注意的特别事项。
主要归
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