毕业设计（论文）便携式铁路钢轨钻孔机的设计（含全套CAD图纸）

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1、由于部分原因，说明书已删除大部分，完整版说明书，CAD图纸等，联系153893706便携式铁路钢轨钻孔机的设计 摘 要：本文分析了中国国内外铁路钢轨钻孔机的现状，设计出一种新型的小型便携式铁路钢轨钻孔机。该钻孔机是由机架、夹轨机构、齿轮齿条传动和小型的电钻组成。采用了仿形定位，有效提高了钻孔的位置精度，夹轨机构采用快速夹紧机构，有效地减少了工作时间，夹紧所用的力也少。便携式铁路钢轨钻孔机的加工优点主要体现在降低了铁工的劳动强度，提高了工作效率。 关键词：钢轨钻孔机；死点锁死；四杆机构The Design of Portable Drilling Machine for The Railway

2、Rails Abstract:This text analyzed the present condition of Chinese domestic and international railroad steel rail borer machine and designed a kind of new model of small scaled then the hold type railroad steel rail borer machine.The borer machine from bay, clip track mrvhsnidm, gear rack drive and

3、small scaled electric drill composition.Adopted to imitate a shape clamping, effectively raised the location accuracy of drilling, clipped track mrvhsnidm the adoption quickly clip tight mrvhsnidm and availably reduced a hours of labour and clipped tight the force used is also little.Then the transf

4、orm merit of the hold type railroad steel rail borer machine mainly embodiment lowered the labour intensity of blacksmith, raised a working efficiency. Key words:Steel rail borer machine;The dead point cotter dies;Four-bar linkage1 前言 随着我国铁路的高速发展和铁路运能及运量的不断增大,钢轨磨损带来的更换工作日趋增多,钢轨钻孔机的作用显得更为突出。目前现有的钢轨钻孔

5、机在结构等方面存在着不同程度的缺陷,给现场封锁施工打眼工作带来了一定的难度。 便携式铁路钢轨钻孔机在铁路的铺筑中起着关键性作用，它广泛用于各种铁路工程中铁轨钻孔的作业，也可用于其它零部件的钻孔作业。便携式铁路钢轨钻孔机技术的发展，将有助于提高我国高等铁路工程的施工质量，从而带动国民经济的发展。它直接影响着铁路工程施工进度等，从而影响铁轨质量和使用寿命。然而，从我国便携式铁路钢轨钻孔机的现状来看，一方面，我国企业现在应用的是上世纪从国外引进的已落后的钻孔制造技术，技术含量较低且缺乏自主知识产权的核心技术；另一方面，由于企业在引进时没有吃透其关键技术，致使我国便携式铁路钢轨钻孔机在性能和技术水平等

6、方面尚存在着一定的差距，已不能满足当前及今后我国铁路建设的需求。本项目通过研究便携式铁路钢轨钻孔机的核心技术，从而显著提升我国便携式铁路钢轨钻孔机的使用性能和技术水平，改善钻孔作业质量，使其技术水平达到国际同行业先进水平。这不但对提高铁路路施工质量和速度有着重要的实用价值，而且对生产企业有良好的经济和社会效益。当前我国铁路建设投资仍然保持着很大规模，用户不但对便携式铁路钢轨钻孔机的需求量与日俱增，而且对使用要求也越来越高。因此，在吸收传统技便携式铁路钢轨钻孔机术优点的基础上，开发新一代拥有自主知识产权的高作业质量的便携式铁路钢轨钻孔机，是加强我国便携式铁路钢轨钻孔机技术水平，发挥后发优势，实现

7、我国便携式铁路钢轨钻孔机跨越式发展的必由之路，这也为解决我国目前铁路施工质量所急需。铁路工务部门在进行线路大、中修和工程施工时所进行的铺轨、配轨等工作,都需要进行大量的钢轨钻孔作业。目前国内采用的钢轨钻孔机大都是单钻与手动进给。钻孔的精度和质量受操作工人的技术素质、责任心的影响很大。而自动进退钢轨钻孔机则消除了人为因素的影响,自动进给均匀,保证钻孔质量和精度,一次装夹,自动定位,连续钻孔,快速进、退刀,延长钻头使用寿命,减少划线、对正重 复装夹时间,减轻工人劳动强度,提高工作效率,是工务部门较理想的钢轨钻孔机。 锦州市铁翔工务器材配件厂,是集设计,开发,生产和销售铁路机械设备为一体的专业化企业

8、。本厂拥有先进的生产设备和铁路机械检测设备。产品质量优良,检测手段完善.注重新产品开发和技术改造,产品不断向多元化,高技术领域发展,市场占有率逐年上升。多年来,本厂一直致力于铁路机械产品的研制与开发,积累了丰富的专业经验,以其先进的性能,该厂生产的产品销售全国，该厂从最早开发生产液压钻孔机，后根据市场的需求迅速陈列出电动系列的钢轨钻孔机，随着时 间的推进也由先前的单孔到三孔、从以前的专用铁路钢轨钻孔到通用的铁路钢轨钻孔机，该厂生产的铁路钢轨钻孔机的特点； （1）采连轮的传动方法，与通用钻头最大限度的发挥切削功率。转速快.效率高，噪音低。 （2）设计先进，结构合理，维修方便，易保养，体积小，重量

9、轻。 （3）卡轨部分采用两套四连杆装卡机构，装卸灵活，卡紧牢固可靠，工作平稳。 （4）采用仿型块定位，对各种型号钢轨可更换相对应的仿型定位块（定位块本机附件），因此定位准确。 （5）左侧设有两套装置，外侧装置为定孔装置，内侧为定轨装置，内侧装置上设有一个大圆柱和一个小圆柱，在50kg钢轨上钻孔时将大圆柱靠紧轨端既可钻第一个孔，钻孔后将外侧定位销插入第一个孔卡具卡紧既可钻第二个孔依次钻三孔。在60kg钢轨上钻孔时将小圆柱靠紧轨端钻孔方法同上，如钻孔不在轨端可将内侧定位销按下，以随机配定位块定位1。 美国“Racine”系列小型铁路养护机械。主要产品有：锯轨机、切轨机、钢轨钻孔机、磨轨机、螺栓扳手

10、、电动仿形磨轨机、道岔磨轨机、仿形磨轨机、全自动智能化枕木垫片铺设机、多功能拉轨机、液压起拔道器等。 美国“Racine Trak Kut”铁路施工系列产品，拥有30多年的制造历史。已经成为铁路施工、维修维护行业的主流设备，在世界上成千上万的工作班组中应用。 美国Racine铁路专用设备在铁路工具、机械、设备在美国本土市场拥有率75%，在世界市场60%。中国市场还属于市场推动阶段，发展潜力很大。2 总体方案的拟定2.1 构造与工作原理分析 该机主要由电机、联轴器、钻头、齿轮齿条传动、机架、夹轨装置、水平及高低对中模块、滑道装置等部件组成，其工作过程为将圆柱销紧靠钢轨端面，仿形定位块紧靠钢轨侧面

11、水平位置，用夹紧机构把该机卡紧在钢轨上，启动电机带动钻头，扳动齿轮轴，利用齿轮齿条传动实现电机上钻头的进给运动，人手推动滑道，钻孔工作机构随滑道在导轨上相互水平移动，至各个定位孔位置连续钻三个孔2。 设计的要求是为了提高钻孔效率，减少钻孔时间，免画中心线，快速定位与夹紧，使用方便提高运转的平稳性，降低耗电量。2.2 设计内容 它是在已有的夹具体一端直接与钻孔工作机构连接的单孔钻中，增加一滑动、定位及锁紧机构，使夹具体下端与具有定位孔及槽道的导轨的上端连接，导轨下端的一侧连接轨端定位块及水平定位板，另一侧与滑道滑动连接，滑道的另一侧与定位销，弹簧、锁紧销、锁紧机构及支杆连接，支杆的另一端与钻孔机

12、构连接，人手推动滑道，钻孔工作机构随滑道在导轨上相互水平移动，至各个定位孔位置连续钻三个孔。 （1）本设计针对50kg钢轨上钻孔，孔的直径为23mm； （2）铁路钢轨的材料为高锰钢，钻头选用高速钢； （3）50kg/m钢轨端至第一螺栓空中心距为66mm；钢轨上钻螺栓孔上夹板时，第一孔至第二孔中心距为150mm3。2.3 方案选择 为了实现预定的功用，有两套方案可以实现：方案一（1）采用单机传动减速机构，结构简单、紧凑； （2）采用丝杆丝母传动进给； （3）采螺旋夹紧机构。方案二（1）采用直接用联轴器连接电机与钻头工作； （2）采用齿轮齿条传动进给； （3）采用四杆机构夹紧。 方案一采用单机传动

13、减速机构，整机结构紧凑，但是机器重量增加，传动效率降低，方案二采用直接用联轴器连接电机与钻头工作，结构简单，重量轻，检修方便；方案一采用螺旋夹紧机构，耗费时间长，方案二采用四杆机构夹紧，准确定位、快速装卸、自锁夹紧，使加工物可以快速装卸，降低加工工时成本，提高工作效率；方案一采用丝杆丝母传动进给，磨损快、寿命短，低速时有爬行现象（滑移），摩擦损耗大，传动效率低，丝杆加工困难，比较贵，更换成本较高，安装结构大。方案二采用齿轮齿条传动，承载大，定位精度不高，价格便宜，容易制造。通过比较两个方案的优缺点，最终选择方案二为本次设计的方案4。3 便携式铁路钢轨钻孔机结构设计 经过多次对现有钻孔机的分析,

14、 其优点有：动力源来自发电机, 同锯轨机配套使用, 采用了非标电机, 减轻了钻孔机的自身重量;整体结构紧凑, 操作方便。其缺点有: 对中性不强, 孔的前后位置需由人工画线确定, 易出现水平误差, 高低位置一般在原有的孔上确定, 运输过程中, 螺丝松动后位置变化, 易出现高低误差, 造成孔的位置不对, 无法顺利连接钢轨, 影响线路开通; 钢轨第一个孔只能在钢轨的一侧打, 给现场施工带来了一定的难度; 施工中, 孔的位置上遇有枕木扣件、 螺栓等, 用压机打起钢轨进行作业, 在扣件紧固的情况下, 易抬高枕木, 造成钢轨高低不良; 对 43 kg/m, 50 kg/m, 60 kg/m各种型号的钢轨打

15、眼, 都需松开螺栓, 调整高低位置, 不仅工序多, 也易造成孔的高低误差。根据以上分析, 我们决定在设计中, 继承原有设计中的一些优点, 将另外的设计缺陷利用成熟的技术加以改进。3.1 电动机的选择 （1）选用原则 选择电动机的基本原则是：首先应考虑电动机的主要性能（包括起动、过载及调速等性能）、额定功率的大小、额定转速及结构型式等方面满足生产机械的要求；其次是在这个条件下优先选用结构简单、运行可靠、维护方便的电动机。 （2）选用步骤选择电动机的方法和主要步骤如下：根据钻削刀具和工件材料，确定钻削力和选取钻削用量。根据供电电源的情况，选择电动机的额定电压。根据钻削所需要的功率和工作方式，确定电

16、动机的额定功率及型号。 （3）电动机的功率的确定 钻削力的计算 查机床夹具设计手册表36，得钻削力计算公式： （1） 式中：F钻削力 进给量 D钻头直径 HB布氏硬度 查表金属材料手册得出钢轨硬度为 ， 根据设计参数里的刀具材料和工件材料及刀具直径查金属切削手册得出进给量，切削速度。算出。 由下式机床主轴转速： （2） 即 钻孔所需功率、转矩T （3） （4） 即 查机械设计课程设计手册书中表1- 7得各传动部件的效率分别为5： 钻孔所要电机输出功率 （5） 即 （4）电动机的选择 根据上面所算得的原动机的功率与转速范围，本设计选择的电动机的型号及参数见表1。表1 电动机的型号及参数Table

17、 1 The model number and parameter of motor型号额定功率/kW额定转速/(r/min)最大转矩/Nm质量/kg轴的直径/mmJ1ZSD0523A1300406.35243.2 齿轮轴的设计 轴是组成机器的主要零件之一。一切作回转运动的传动零件（例如齿轮、蜗杆等），都必须安装在轴上才能进行运动及动力的传递。因此轴的主要功用是支承回转零件及传递运动和动力。根据承受载荷的不同轴可分为转轴、心轴和传动轴。轴的设计跟其他零件的设计相似，包括结构设计和工作能计算两方面的内容6。轴的结构设计是根据轴上零件的安装、定位以及轴的制造工艺等方面的要求，合理地确定轴的结构形式

18、和尺寸。轴的结构设计不合理，会影响轴的工作能力和轴上零件的工作可靠性，还会增加轴的制造成本和轴上零件装配的困难等7。因此，轴的结构设计是轴设计中的重要内容。轴的工作能力计算指的是轴的强度、刚度和振动稳定性等方面的计算。多数情况下，轴的工作能力主要取决于轴的强度。这时只需对轴进行强度计算，以防止断裂或塑性变形。而对刚度要求高的轴（如车床主轴）和受力大的细长轴，还应进行刚度计算，以防止工作时产生过大的弹性变形。对高速运转的轴，还应进行振动稳定性计算，以防止发生共振而破坏8。 （1）齿轮轴上齿轮与齿条传动的计算 考虑到装配问题，齿轮不能取太大，考虑到齿轮寿命也不能取太小，选取齿轮的模数，齿数，行程。

19、 选定齿轮类型、精度等级、材料、齿宽系数。 按图所示的传动方案，选用直齿圆柱齿轮齿条传动。 该传动为一般传递运动，速度低，故选用7级精度（GB1009588）。 材料选择。由表101选择小齿轮材料为45钢（调质），硬度为280HBS，齿条材料为40钢（调质），硬度为240HBS。 由表107选取齿轮齿条宽度系数为 齿轮齿条的主要参数计算 强度校核 由于该传动为手动输入，传递的动力小，速度低，根据所选的材料不需强度校核。 由于是齿轮齿条传动，要设计限位元件，如图19。图 1 限位元件Fig 1 Limit potential component 结构设计及绘制齿条零件图见图。 （2）齿轮轴轴的最

20、小直径 选轴的材料为45钢（调质），根据参考文献选取。 由电钻和联轴器的重量估算，齿条带动的重量 齿轮传递的转矩 根据公式 （6） 即 ，取整得： 齿轮受力计算,根据公式 （7） （8） 即 （3）轴的结构设计 拟定轴上各零件的装配方案，见图2图 2 轴的结构Fig 2 The structure of the shaft 根据轴向定位要求确定轴的各段直径和长度 此处已删除图 10 弯矩图Fig 10 Bending moment diagram 根据公式： （21） 取b=18mm，得出h=25mm。 总体结构尺寸装配图。经估算整机重量不超过18kg。5 润滑与密封 因运动副间存在摩擦，摩擦

21、是一种不可逆的过程，其结果必会存在能量的损耗和摩擦表面物质的丧失和迁移，为了更好的控制摩擦、磨损，减少能量的损失，降低材料的消耗，这里采用润滑，下面是各运动副的润滑方式。5.1 滚动轴承的润滑齿轮轴是靠人手动传力的，转速低，传递的转矩也低，且也不好设计油沟，在此，采用脂润滑，查机械设计课程设计手册表72，选用钙基润滑脂代号为1号选用脂润滑。且此轴承安装在闭式齿轮传动装置中，因此选用油环润滑为合适，查机械设计课程设计手册中表71，选用全损耗系统用油代号为，适用于小型机床齿轮箱、传动装置轴承，中小型电机，风动工具等。主轴上的轴承由于转速都不太高。5.2 直齿齿轮的润滑为了改善齿轮的工作状况，确保运

22、转正常及预期的寿命，且齿轮副为开式齿轮，通常用人工周期性加润滑油，选用全损耗系统用油，牌号选用。6 结论通过本次毕业设计认识到，此次设计是综合运用机械设计课程以及其它相关课程的知识，分析和解决机械设计问题，并进一步巩固、加深和拓宽所学知识的过程。通过设计实践，逐步树立了正确的设计思想，增强了创新意识和竞争意识，熟悉掌握了机械设计的一般规律，培养了分析和解决问题的能力。通过设计计算、绘图以及运用技术标准、规范、设计手册等有关设计资料，使自身得到了全面的机械设计基本技能的训练。另外，通过本次设计，领悟出了机械设计的一般进程为：设计准备、传动装置总体设计、传动零件设计计算、装配图设计、零件工作图设计

23、以及编写设计说明书等。如果随意打乱这个过程则在设计过程中肯定会多走弯路。在独立完成设计过程的同时，时刻与指导老师沟通交流，掌握设计进度，认真设计；各阶段完成后认真检查，有错误进行认真修改，精益求精。毕业设计的各个阶段是相互联系的，在设计时，零、部件的结构尺寸不是完全由计算确定的，还要考虑结构、工艺性、经济性、装配以及标准化、系列化等要求。由于影响零、部件尺寸的因素很多，随着设计的进展，考虑的问题要更全面和合理，故后阶段设计要对前阶段设计中的不合理的尺寸结构进行必要的修改。所以，设计要边计算、边绘图、反复修改，设计计算和绘图交替进行，在设计中要贯彻标准化、系列化与通用化，可以保证互换性、减低成本

24、、缩短设计周期，是机械设计应遵循的原则之一，也是设计质量的一项评价指标。在设计过程中应熟悉和正确采用各种有关技术标准与规格，尽量采用标准件，并应注意一些尺寸需圆整为标准尺寸。同时设计中应减少材料的品种和标准件的规格。另外，通过本次设计，使自身运用各种机械绘图软件的技能得到了很大的提高，也正是运用了先进绘图软件，才使整个设计过程大大得以简化了，设计速度也得到了很大的提高。同时从这次设计也看出了一些问题：1）心态：应该保持认真的态度，坚持冷静独立的解决问题；2）基础：认真学好基础知识，扎实自己的基础知识，使面对问题时不会遇到很多挫折，从而打击自己的信心，结果使自己很浮躁，越来越不想搞这设计，应该好

25、好学习基础知识，一步一步的来，不要急功近利！在以后的工作中也应该不断的去学习，充实自己；3）树立自己的良好形象，乐观的面对生活，坚持自己的想法和意识，积极的面对工作和生活的问题。毕业设计是每一位大学生的必修课，它要求学生独立的思考问题，并将在大学期间所学的知识进行归类和深化；能够多方面的提高学生的能力，为进入社会做足准备。同时，也发现了自身很多不足的地方，还有很多以前没有掌握牢固的知识和未从涉及的领域。希望在以后的时间里，能不断的学习新知识，提升自己的能力。不能说这次设计是非常圆满的完成的，因为还有一些考虑欠妥的地方，希望老师批评指教，但至少可视为一个进步，以后还能因此有更大的进步！经过几个月

26、的努力，我相信此次毕业设计一定能成为四年的大学生活划上一个圆满的句号。参考文献1 GB/T16277-2008. 便携式铁路钢轨钻孔机机S.2008.2 吴永平 姚怀新.工程机械设计M.北京:人民交通出版社,2005.3 李冰 焦生杰.钻孔机与施工技术M.北京:人民交通出版社,2007.4 刘友才，机床夹具设计M，北京：机械工业出版社，1992 .5 吕明 庞思勤.机械制造技术基础（第2版）M.武汉理工大学出版社2010.8.5 成大先. 机械设计手册M. 第四版第4卷. 北京：化学工业出版社，2002.6 孙恒 陈作模 葛文杰.机械原理M.高等教育出版社，2006.5.7 侯书林 朱海.机械

27、制造基础（上册）M，北京大学出版社，2006.7.8 濮良贵 纪名刚.机械设计第八版M.高等教育出版社，2006.5.9 邹玉堂编著Pro/ENGINEER实用教程M机械工业出版社，200510 吴宗泽 罗圣国.机械设计课程设计手册第三版M.高等教育出版社，2006.5.11 李庆寿，机械制造工艺装备设计适用手册M，银州：宁夏人民出版社，1991.12 孟少龙，机械加工工艺手册第1卷M，北京：机械工业出版社，1991.13 李洪，机械加工工艺师手册M，北京：机械工业出版社，1990.14 马贤智，机械加工余量与公差手册M，北京：中国标准出版社，1994. 15 刘德荣，组合夹具结构简图的初步探

28、讨M，组合夹具，1982. (1).16 哈尔滨工业大学,哈尔滨市教育局,专用机床夹具设计与制造M,黑农江人民出版社，1979.12.17 东北重型机械学院，洛阳农业机械学院，长春汽车厂工人大学，机床夹具设计手册M，上海：上海科学技术出版社，1980.18 孙已德，机床夹具图册M，北京：机械工业出版社，1984：20-23.19 侯书林 朱海.机械制造基础（下册）M，北京大学出版社，2006.8.20 K. Holmberg, H. Ronkainen, A. Mattews, Tribology of thin coatings, Ceram. Int. 26(2000) 787-79521

29、 J. F. Shackelford, W. Alexander, Thermal Properties of Materials, in Materials Science and Engineering Handbook, CRC Press CCC, 2001致 谢 本次设计从开题到定稿，历时数月。设计过程中遇到很多问题，在莫亚武老师的细心帮助下都一一得以解决。在设计过程中，莫老师给予许多有益的指导和帮助。他渊博的学识，丰富的实践经验，严谨的工作作风，给我留下了深刻的印象，莫老师对我的教诲使我终生难忘。在毕业设计完成之际，向敬爱的莫亚武老师致以诚挚的谢意！四年的读书生活在这个季节即将划上

30、一个句号，而于我的人生却只是一个逗号，我将面对又一次征程的开始。四年的求学生涯在师长、亲友的大力支持下，走得辛苦却也收获满囊，在论文即将付梓之际，思绪万千，心情久久不能平静。 伟人、名人为我所崇拜，可是我更急切地要把我的敬意和赞美献给一位平凡的人，我的导师,莫老师。我不是您最出色的学生，而您却是我最尊敬的老师。您治学严谨，学识渊博，思想深邃，视野雄阔，为我营造了一种良好的精神氛围。授人以鱼不如授人以渔，置身其间，耳濡目染，潜移默化，使我不仅接受了全新的思想观念，树立了宏伟的学术目标，领会了基本的思考方式，从论文题目的选定到论文写作的指导,经由您悉心的点拨,再经思考后的领悟,常常让我有“山重水复疑无路,柳暗花明又一村”。 感谢我的爸爸妈妈，焉得谖草，言树之背，养育之恩，无以回报，你们永远健康快乐是我最大的心愿。在论文即将完成之际，我的心情无法平静，从开始进入课题到论文的顺利完成，有多少可敬的师长、同学、朋友给了我无言的帮助，在这里请接受我诚挚谢意！ 14