45吨旋挖钻机伸缩式履带行走装置设计

45吨旋挖钻机伸缩式履带行走装置设计摘要：旋挖钻机施工工艺在我国是近几年才推广使用的一种较先进的桩基施工工艺。广泛应用于我国的公路、铁路、桥梁和大型建筑的基础桩施工。本次设计主要对履带式液压旋挖钻机伸缩式履带行走装置分析与设计。首先通过比较旋挖钻机的两种行走装置方案的特点，确定行走装置方案，其次根据旋挖钻机的行走阻力，确定发动机的功率，再次根据受力情况对行走装置进行结构设计，最后完成其PRO/E三维建模。本设计中应用了PEO/E三维建模，减少了设计周期和设计失误，提高了设计效率；从而降低了设计成本，具有可行性。关键词：伸缩式履带行走架；支撑梁；PRO/E三维建模 Design45 tonTheelongateand shrinkpedrailwalking deviceof rotating drill ABSTRACT：Rotating drill Industry is a kind of advanced pile construction craft which has been popularize in our country in recent years . It is widely used in the road, railway, bridge and Mega­structures project. This design mainly analysis and design hydraulic pressure of pedrail walking elongate and shrink pedrail walking device.First, by comparing the rotating drill two walk. The characteristics of scheme device,then, make sure walking project. Secondly according to the rotating drill walking resistance, determine the engine power. Again according to the work force to design the configuration. Finally, Finish the PRO/E 3d modeling.I use the PRO/E 3d modeling in my design,in order to reduce the design cycle and design mistakes,and improve the design efficiency. Therefore, reduce the cost of design and make the project is feasible. Keywords: The elongate and shrink pedrail walking device; support of girder; PRO/E 3d modeling第一章绪论1.1旋挖钻机的介绍旋挖钻机是一种适合在建筑基础工程中进行成孔作业的施工机械，具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、一机多用、机动灵活、施工效率高及环境污染小等特点，能够适应我国大部分地区的土壤地质条件，使用范围较广，其工作环境温度一般在－20°C～40°C之间。配合不同钻具，可适应于干式（短螺旋）、湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）条件下的成孔作业。对干硬性黏土层采用无稳定液护壁的干式旋挖工法，而一般的覆盖层则采用静态泥浆护壁的湿式旋挖工法，旋挖钻机广泛应用于铁路、公路桥梁、市政建设、高层建筑等地基基础钻孔灌注桩工程。1.2旋挖钻机发展概况1.2.1国外发展概况旋挖钻机在二战以前首先在美国卡尔维尔特公司问世，二战之后在欧洲得到发展，欧洲的旋挖钻机首先是意大利土力公司从美国引入安装在载重汽车上和履带式起重机上的钻机，但这种钻机的动力头是固定式的，而且不能自行设置套管且难以适应硬质土层。1960年德国维尔特和盖尔茨盖特公司同时开发了可动式动力头，之后德国宝峨公司于1975年研制了配有伸缩钻杆的BG7型钻机。该钻机不仅易于配套摇管装置和直接从底盘提供动力，而且其可锁式钻杆能可靠地实现钻杆加压，在增大钻机扭矩后能适应紧密砂砾层和岩层钻进，由于该钻机具有以上优点，得到了广大用户的认可，进而促进了旋挖钻机的发展。后来随着技术进步和作业功能的扩大，旋挖钻机特别是配置可动式动力头的旋挖钻机在灌注桩施工机械中成为主流产品，因此生产的厂家也越来越多。独立式的主要生产厂家有：德国的宝峨、维尔特、德尔马克、利勃海尔、MGF等，意大利的土力、卡萨格兰特、意马、迈特、CMV等；生产附着于履带起重机上的钻机主要有德国的利勃海尔、宝峨公司，意大利的土力、卡萨格兰特公司和英国的BSP公司。目前欧洲的旋挖钻机一般都设有摇管装置以及由两个或三个液压马达驱动的大扭矩动力头（可配备套管连结器）和采用恒功率变量自动控制的液压系统，还有自动内锁互扣钻杆及先进的监控仪表（如发动机和液压系统自动监测和报警系统、钻孔深度显示、立柱自动测斜纠偏装置）等，同时也配有各种保险装置（如防止带负载起动装置，卷扬机超高限位装置等），但各家公司的旋挖钻机都有自己的结构特点。旋挖钻机在日本被称为土钻，最早于1960年从美国卡尔威特公司引入日本并进行施工。同年加藤制作所开发了15-H型旋挖钻机，以后又研制了可以配套摇管装置和抓斗的多功能钻机。日立建机于1965年利用挖掘机开发了装有液压加压装置的旋挖钻机，1974年又利用液压履带起重机研制了液压马达驱动的钻机。到80年代，住友建机开始与意大利土力公司合作。1981年日立建机公司为提高单桩承载力研制了扩底钻头，随后日本车辆公司等也开发了扩底钻头，这样使旋挖钻机进入了钻孔扩底灌注桩施工领域，以后德国宝峨公司的进入和日立建机与住友建机的结盟又促进了旋挖钻机技术的进一步发展。目前在日本生产的旋挖钻机有两种类型，一种是以日本土力和日本宝峨生产的欧洲流行的方型立柱加连杆机构的独立式旋挖钻机；一类为日本车辆，日立建机和住友建机等公司生产的以履带起重机为主的附着式旋挖钻机。他们的特点是作业范围相对较大，并具有一机多用功能，钻孔直径一般为1.5~3m（扩底达4.1ｍ），钻孔深度最大为65-70m，但钻机扭矩比欧洲类型的低，例如日立—住友重机公司最新推出的超低噪声SDX-207型旋挖钻机，钻孔直径2.5m，最大钻深48m，最大扭矩63.7KNm，该机采用伸缩式履带和箱型两节伸缩臂，特制的动力头支持方式可减少钻杆轴向和径向摆动，采用常闭式变量马达以达到小负荷时速度快、大负荷时产生足够的扭矩的目的，液压油泵为功率自调变量，以保证恒定功率输出，同时整机机动性好，能在城市或狭小场地施工。日本的生产厂商主要有日本日立、日本日车、日本神钢等。1.2.2国内发展概况20世纪80年代末至90年代初，国内一些施工企业看到了旋挖钻进技术在基础施工中体现出的巨大优势，逐渐从国外引进旋挖钻机。此时，一些国外的旋挖钻机制造商也纷纷在中国设立办事处，向中国的基础工程施工行业宣传旋挖钻机及旋挖钻进施工技术。我国在80年代初从日本引进过工作装置，并配装在KH-125型履带起重机上。天津探矿机械厂于1984年引进美国RDI公司的旋挖钻机并对其进行了消化吸收。1987年在北京展览馆首次展出了意大利土力公司（SOILMEC）产品，1988年北京城建机械厂根据土力公司的样机开发了1.5m直径的履带起重机附着式旋挖钻机。1994年郑州勘察机械厂引进了英国BSP公司附着式旋挖钻机的生产技术，但没有形成批量生产。宝峨公司1992年在中国北京设立了代表处，开始对华的业务，并于1995年在天津成立了独资子公司-宝峨天津机械工程有限公司，组装适合中国市场的宝峨BG20型旋挖钻机。1998年宝峨公司又在上海成立了中德合资上海宝峨金泰工程机械股份有限公司，生产组装BG15型旋挖钻机。虽然如此但由于种种原因，旋挖钻进技术在我国的发展一直比较缓慢，到90年代末期，我国旋挖钻机的拥有量也就100台左右，而且就是这为数不多的钻机，也没有完全用于生产施工，许多企业购置施挖钻机后，由于运行成本较高，并未用于生产施工中，仍然采用一些传统的方法进行施工。最近几年来，随着我国基础工程行业的投资不断加大，市场竞争不断加剧，基础工程施工行业逐渐认识到了旋挖钻进技术的优越性，使得这一技术在我国的发展非常迅速。国家建设管理部门也逐步意识到旋挖钻机的诸多优势，并制定了一些鼓励政策，这些政策对设计、监理和施工单位等产生了层层影响。在这种大背景下，原有的成孔设备因其低效、高噪、不环保等因素将逐步被淘汰，而旋挖钻机凭借作业时的明显优势（效率高、环保、安全等），已成为大批重点工程业主的指定施工设备。仅2001年一年，某国外旋挖钻机制造商在我国就销售了近二十台旋挖钻机，而在前几年，其每年的销售数量只有几台；某国内旋挖钻机生产企业也销售了十几台，这一数量对于刚刚起步的国内旋挖钻机生产企业来说，预示着非常好的前景。在上海浦东八百伴大厦基础灌注桩工程中全部采用了旋挖成孔法施工并取得成功，这在国内起到了推动作用；在北京五环路的基础施工中，旋挖钻机已占了绝大多数，最多时达到了几十台。国家重点工程青藏铁路大规模施工于2001年正式启动，在青藏铁路格拉段施工段，地层多是永冻的土层、砂砾、不规则泥页岩，还有软硬互层灰岩，有的冻土厚度达到百米以上，在这种情况下中铁集团采用了旋挖钻进施工工艺。从2002年3月开始，大量的旋挖钻机进入青藏铁路线施工，最多时有120台旋挖钻机同时在进行桥桩施工。青藏铁路旋挖钻机的大量使用引起了施工和生产制造企业的格外关注，这无疑推动了旋挖钻机及旋挖施工技术的开发和应用。2000年徐工集团RD18型钻机研制成功，最大成孔直径2m、最大钻深60m，有多台分别在青藏铁路和北京的工程中使用。2001年北京经纬巨力工程机械有限公司研制成功ZY120、ZY160、ZY200型旋挖钻机，参加了青藏铁路建设的施工。2003年3月三一重工研制成功履带可伸缩的SYR220型旋挖钻机，先后在青藏铁路、北京银泰大厦、鞍钢高炉、天津、南京等工地接受了施工考验。2003年6月杭州天锐机械有限公司TR200C型旋挖钻机下线，最大成孔直径2m、最大钻深62m，应用于青藏铁路建设。2003年9月石家庄煤矿机械有限责任公司与芬兰永腾公司合作生产出XZ20型旋挖钻机，在山东淄博胶济快速铁路工程中施工。2004年在北京奥运国家体育馆建设工地一次使用各厂家旋挖钻机16台。由于受青藏铁路、北京奥运、上海世博会工程的拉动，给旋挖钻机提供了一个巨大的发展空间，近三年我国的旋挖成孔法的大量采用，旋挖钻机使用量增加，特别是2003年许多厂家的旋挖钻机相继研制成功，大大地推动了旋挖钻机的生产和应用。目前，国内各种型号旋挖钻机市场拥有总量约为500多台，其中国产旋挖钻机占15％左右，国外二手旋挖钻机约为20％。由此可见，旋挖钻进技术在我国的发展前景是非常广阔的，据有关人员预测，在今后几年内，我国旋挖钻机的拥有量将达到目前的3倍以上。在如此大好前景下，国外的旋挖钻机制造商纷纷看好中国这一巨大市场，向中国宣传、销售其旋挖钻机。国内的一些企业也通过引进、消化、吸收国外技术，开始制造旋挖钻机，使得最近几年我国旋挖钻机技术取得了快速发展。目前可供选择的旋挖钻机性能范围非常大，就最主要的性能参数——孔径而言，各个厂家主导产品的最大钻孔直径均在1.5~2.0m之间，而钻孔灌注桩的最常用桩径一般为1.2~1.5m，考虑到安全储备系数，这类孔径的钻机对于施工这种桩径是非常适合的。另外，有些厂家生产的钻机孔径范围非常大，小型的有最大钻孔直径为1m的，大型钻机孔径可达到3m，为用户提供了一个非常宽的选择范围，适应了不同工程的需要。各厂家钻机采用的加压方式也各不相同，各有优势，主要体现在钻杆的形式上：摩阻式伸缩钻杆在软土层钻进效率较高；机锁式钻杆适于钻进硬