45吨旋挖钻机伸缩式履带行走装置设计

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1、. . . . 目 录第一章绪论21.1 旋挖钻机的介绍21.2 旋挖钻机发展概况21.2.1 国外发展概况21.2.2 国发展概况31.3本文所作的工作5第二章履带行走架的介绍62.1履带行走装置的特点62.2履带行走装置的构造62.2.1行走架72.2.2履带92.2.3支重轮102.2.4引导轮102.2.5驱动轮102.2.6托链轮102.2.7紧装置112.3设计方案的选择11第三章履带行走架的设计计算123.1履带行走装置的设计计算123.1.1计算接地比压123.1.2行走牵引力的计算133.1.3支重轮数量的计算163.2履带架伸缩梁强度的校核173.3螺纹连接的强度计算193

2、.3.1螺栓的校核20第四章基于PRO/E伸缩式履带行走装置的建模2341 PRO/E的简介2342 支撑架的建模25第五章 结 论.29参考文献3031 / 3345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

3、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Design 45 ton The elongate and shrinkpedrail walking device of rotating drillABSTRACT：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 i

4、n the road, railway, bridge and Mega-structures 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.Second

5、ly 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

6、 efficiency. Therefore, reduce the cost of design and make the project is feasible.Keywords:The elongate and shrinkpedrail 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、施工效率高与环境污染小等特点，能够适应我国大部分地区的土壤地质条件，使用围较广，其工作环境温度一般

7、在20C40C之间。配合不同钻具，可适应于干式（短螺旋）、湿式（回转斗）与岩层（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

8、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

9、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与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，还有自动锁互扣钻杆与先进的监控仪表（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

10、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。他们的特点是作业围相对较大，并具有一机多用功能，钻孔直径一般

11、为1.53m（扩底达4.1），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 国发展概况20世纪80年代末至90年代初，国一些施工企业看到了旋挖钻进技术在基础施工中体现出

12、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与旋挖钻进施工技术。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。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年在展览馆首次展出了意大利土力公司（SOILMEC）产品，1988年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年在中国设立了代表处，开始对华的业务，并于1995年在成

13、立了独资子公司-宝峨机械工程，组装适合中国市场的宝峨BG20型旋挖钻机。1998年宝峨公司又在成立了中德合资宝峨金泰工程机械股份，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

14、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旋挖钻机生产企业来说，预示着非常好的前景。在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，这在国起到了推动作用；在五环路的基础施工中，旋挖钻机已占了绝大多数，最

15、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与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的工程中使用。2001年经纬巨力工程机械研制成功ZY120、ZY160

16、、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、银泰大厦、鞍钢高炉、等工地接受了施工考验。2003年6月天锐机械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月煤矿机械XX公司与芬兰永腾公司合作生产出XZ20型旋挖钻机，在胶济快速铁路工程中施工。2004年在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、奥运、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

17、挖钻机相继研制成功，大推动了旋挖钻机的生产和应用。目前，国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，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1.52.0m之间，而钻孔

18、灌注桩的最常用桩径一般为1.21.5m，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一样，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岩层，但对操作的要求较高，需找到加压点加压；自锁铠式钻杆，可随时加压，传递扭矩效果好。国目前生产旋挖钻机的厂商有十余家，主要有徐工科技、三一重工、经纬巨力、煤机、山河智能、天锐、北方重汽、四海、金牛、黄海、通用、新河钻机等。

19、1.3本文所作的工作本文以三一重工的SR150全液压旋挖钻机整机为研究平台，针对伸缩式履带行走架这一子项目为研究对象。课题组在广泛调研的基础上，瞄准国际知名液压旋挖钻机的技术水平，结合具体国情，吸收国外同类液压钻机的优点，研制开发出先进、可靠、实用、具有竞争能力的液压旋挖钻机。在设计的过程中，我利用互联网向知名生产工厂详细地了解了液压挖机的工作状态、工作环境和使用要求，对现有的液压挖机状况摸底，查阅有关资料。本课题采用计算机辅助设计的技术，利用Pro/E参数化建模，进一步缩短了设计周期，降低了设计成本，有助于促进了设计工作的规化、系列化和标准化，从而提高该产品设计开发能力。本课题的主要容是设计

20、伸缩式履带行走架，对履带架的支撑梁经行静力分析，设计其尺寸大小，并经行校核。第二章 履带行走架的介绍2.1履带行走装置的特点（1）支承面积大，接地比压小。例如，履带推土机接地比压为0.02Mpa0.08 Mpa,而轮式推土机的接地比压一般为0.2Mpa。因此，履带推土机适合在松软或泥泞场地进行作业，下限度小，滚动阻力也小，通过性能较好。（2）履带支承面上有履齿，不易打滑，牵引附性能好，有利于发挥较大牵引力。（3）结构复杂，质量大，运动惯性大，减振功能差，使得零件易损坏。因此，行驶速度不能太高，机动性能差。2.2履带行走装置的构造履带行走装置是整台机器的支承底座,用来支承钻机的所有机构,承受工作

21、装置工作过程中所产生的力,并可以作短距离转场行走。履带式行走装置如图1所示,由履带、行走减速机、驱动轮、行走架、支重轮、托链轮、紧装置、引导轮等组成。行走装置的动力由行走液压马达经行走减速机传到驱动轮,带动履带使整个行走装置运行。当运行一段时间后,履带由于磨损而伸长时,可由紧装置调整其松紧度。如调整后仍然较松时,可拆掉一节履带再调整。图1履带行走装置结构图1履带;2行走减速机;3驱动轮;4行走架;5支重轮;6托链轮;7紧装置;8引导轮2.2.1行走架行走架是履带行走装置的承重结构,一般由底架和履带架组成,通常由高强度钢板焊接而成。工程钻机用履带行走装置的行走架通常有组合式和整体式两种。(1)组

22、合式行走架组合式行走架底架为框架结构,横梁一般为焊接的箱形梁,履带架通常采用下部敞开的“门”形截面,下面安装支重轮,一端安装行走减速机和驱动轮,另一端安装引导轮。组合式行走架可做成可伸缩式履带行走装置。可伸缩式履带行走装置一般应用于10吨米以上的旋挖钻机,大型挖掘机、履带式起重机、地下连续墙抓槽机等大型设备,这些设备要求作业时稳定性要好,需要将履带向外伸出增大支承面,提高作业稳定性,运输时将履带收回减小运输尺寸,有的特大型设备运输时还需要将两个履带架拆下,以减小运输尺寸和单件运输重量。组合式行走架形式有多种,但主要应用的有两种:一种是将横梁与行走架底架焊接为一体,履带架上出方孔,将横梁插入履带

23、架方孔中,通过伸缩油缸实现履带伸缩,见图2。国三一重工、宇通重工、福田重工、南车时代重工、滨州锻压等生产的旋挖钻机均采用这种履带行走装置;抚挖、三一重工、徐工等生产的履带式起重机亦采用这种履带行走装置。另一种是将横梁分别焊接在左右履带架上,行走架底架上出方孔,将横梁插入方孔中,通过伸缩油缸实现履带伸缩,见图3。国徐工、山河智能,国外意大利土力、卡萨格兰地等生产的旋挖钻机均采用这种形式。此种形式又有多种结构。如,前后伸缩式和大小套筒伸缩式等。图2履带架上出方孔的行走架图3行走架底架上出方孔的行走架(2)整体式行走架目前工程钻机常用的整体式行走架有H型和X型两种,根据使用要求的不同,又有带回转支承

24、和不带回转支承之分,见图4、图5。图4H型行走架H型行走架结构简单,成本低,制造容易,但相对承载能力较小,一般用在对承载力要求不高,尤其只作为辅助行走之用,钻机钻孔时行走架不受力或受力较小的钻机。图5X型行走架X型行走架结构复杂,制造难度大,材料利用率低,成本高,但行走架承载能力大。一般用在对承载要求高的钻机,尤其由履带底盘承受工作载荷的钻机。2.2.2履带目前常用的履带主要有整体式履带、组合式履带和橡胶履带3种。(1)整体式履带整体式履带是在履带板上带啮合齿,直接与驱动轮啮合,履带板本身即为支重轮等轮子的滚动轨道,履带板之间用销轴连接。这种履带一般在大型挖掘机和履带式起重机上应用较多。整体式

25、履带的履带板大多数为铸造履带板,其特点是制造方便,拆装容易。(2)组合式履带组合式履带由链轨、履带板、销子和衬套等组成。链轨和履带板用螺栓连接。其特点是使用寿命高,履带节距小,绕转性好,不会因履带板损坏、衬套开裂或连接螺栓剪断而中止行走。此外,组合式履带零部件通用化程度高,制造成本低,维修方便,维修成本低。缺点是连接螺栓易折断。组合式履带的履带板有三筋式、两筋式和单筋式3种,工程钻机目前主要使用三筋履带板。(3)橡胶履带橡胶履带的特点是噪音低、振动小、不损坏路面、接地比压小、速度快、重量轻。它主要应用在经常在城市施工和经常在公路上行走的设备。近几年在国工程机械、农林机械、工程钻机、筑路机械方面

26、得到了广泛应用,如小型挖掘机、农机、小型钻机等。其缺点是维修成本高,一旦履带损坏需要更换整条履带。因此在使用橡胶履带设备时应特别注意。2.2.3支重轮支重轮(图6)主要承受钻机的重力以与工作装置对钻机产生的外力。在行走时还要承受由于路面不平而产生的冲击,而且工作环境恶劣,经常在泥水或尘土中行走。因此,要求支重轮密封可靠,承载能力大,表面耐磨。目前支重轮常用浮动油封来密封,其结构简单,密封效果好,使用寿命长,通常在一个大修期不需加油,减少可维护保养的工作量。图6支重轮结构图2.2.4引导轮引导轮的作用是在行走时引导履带正确绕转,防止履带跑偏和脱轨。引导轮一般布置在在钻机的前部,其密封形式一般也采

27、用浮动油封密封。2.2.5驱动轮驱动轮的主要作用是将行走减速机的动力传递给履带,带动履带行走。对驱动轮的主要要啮合平稳,即使在履带因销套磨损时仍能很好啮合。驱动轮通常放在钻机的后部,这样既可缩短履带驱动段的长度,减少功率损失,又可提高履带的使用寿命。驱动轮有整体铸造、齿圈和轮体分开铸造与锻造3种形式。后两种由于制造较为复杂,且成本高,通常较少使用,目前主要使用整体铸造驱动轮。2.2.6托链轮托链轮主要用于托起上部履带,防止履带过度下垂。托链轮的结构与支重轮类似,但其所受载荷要比支重轮小得多。因此,在托链轮数量的布置上要比支重轮少得多,一般每条履带布置1-3个托链轮,相邻两个托链轮之间的距离一般

28、为链轨节距的6-8倍。2.2.7紧装置紧装置(图7)的主要功能是保持履带具有一定的紧度,减小行走时的冲击载荷和额外的功率消耗。紧装置通常与引导轮一起使用,其形式多种多样。但目前常用的主要是液压紧,通过手摇泵对紧装置压注黄油,由油缸和柱塞对导向轮位置进行调节来达到履带的紧。紧装置的弹簧在预紧后要有适当的缓冲行程,以便当石块等硬物夹于轨链、引导轮、驱动轮之间产生过大紧力时,可以压缩弹簧,使履带松弛,起到保护装置的作用。如果履带太紧,可拧开注油嘴,从油缸中放出部分黄油进行调整。设计时,应使引导轮前后调整的距离大于履带节距的一半,以便在履带伸长较多时可以拆掉一节履带仍能连接起来。在选择紧装置时,应考虑

29、紧装置的预紧力与行走减速机的驱动力相匹配。预紧力既不能过大,也不能过小。预紧力过大起不到缓冲作用,预紧力过小,在行走时容易出现抖动而造成行走不稳定,而且容易在履带紧时将弹簧压死。图7紧装置结构图2.3设计方案的选择本文设计了两种行走架的方案。方案一：此方案选用整体式行走架，履带架和底盘是一个整体，这个方案的特点为行走架结构简单,成本低,制造容易,但相对承载能力较小,一般用在对承载力要求不高,尤其只作为辅助行走之用,钻机钻孔时行走架不受力或受力较小的钻机。方案二：此方案选用组合式行走架，组合式行走架可分为伸缩式行走架和非伸缩式行走架。可伸缩式履带行走装置一般应用于10吨米以上的旋挖钻机,大型挖掘

30、机、履带式起重机、地下连续墙抓槽机等大型设备,这些设备要求作业时稳定性要好,需要将履带向外伸出增大支承面,提高作业稳定性,运输时将履带收回减小运输尺寸,有的特大型设备运输时还需要将两个履带架拆下,以减小运输尺寸和单件运输重量。由于三一的SR150全液压旋挖钻机总的工作重量为45T，属于较重的车型，又根据运输的需要和实际工作情况的需要，故选择伸缩式履带行走架。第三章 履带行走架的设计计算3.1履带行走装置的设计计算3.1.1计算接地比压履带行走装置的尺寸和接地比压的确定,主要考虑的是钻机工作质量、行走时的工作条件、行走速度等。由于工程钻机的行走大多是辅助功能,行走速度较慢,一般在选择或设计履带行

31、走装置时主要考虑钻机的质量和驱动能力。在确定钻机的接地比压时主要考虑钻机行走的地层条件,再根据接地比压确定履带行走装置的尺寸。目前,工程钻机主要考虑的是平均接地比压,其计算公式为:式中：p履带平均接地比压(Pa);m钻机的工作质量(kg);b履带的宽度(m);L履带的接地长度(m);g重力加速度(g=9.81 m/s2)。钻机的工作质量m=45000Kg,履带的宽度b=0.7m，履带的接地长度L=3.15m。=最大接地比压的计算，根据图8,一条履带上所受的载荷为G,偏心距为e,则履带两端的最大比压为：。履带两端的最小接地比压为：图8最大接地比压计算简图式中：G钻机的工作重量b履带的宽度(m);

32、L履带的接地长度(m);e重力的偏心距（m）0.4MPa。3.1.2行走牵引力的计算（1）总牵引力由式 得式中 P发动机功率，P=120KW；传动到驱动轮的总效率，；行走速度，KM/H；泵或马达的变量系数（如采用定量泵和定量马达，则取=1）。（2）履带行走阻力的确定 1）由于挤压土壤造成的运行阻力 在坡道上时： 式中 运行比阻力系数，； m机器的工作质量，m=45000Kg；预设的爬坡角度，=30。 所以 =0.2450009.8cos30=76383.4N 在平道时：=mg=0.2450009.8=88200N 2)坡道阻力=mgsing=450009.8sina30=220500N 3)风

33、载荷造成的阻力=qA 式中 q风压，q=250Pa； A迎风面积，A=6.5。=2506.5=1625N 4）不稳定运动时的惯性阻力=0.01mg=0.01450009.8=4410N 所以，坡道行驶外部阻力为=+=76383.4+220500+1625+4410=302KN 平道行驶外部阻力为=+=88200+1625+4410=94KN(3)阻力的计算1)驱动轮与履带的啮合阻力=（1-）=184.1KN=0.95，为履带板与驱动轮啮合效率。=184.1（1-0.95）=9.2KN2)驱动轮、导向轮轴与轴套的摩擦阻力。挖土机前进时=（+3）式中 对于履带上分支悬垂所造成的力，取=0.1=18

34、.4KN；轴颈中的摩擦系数，=0.08； d驱动轮和导向轮的轴颈直径，d=6.5cm； D驱动轮的节圆直径，D=88.1cm。=(184.1+318.4)0.08=1.41KN 3)履带轴销的摩擦阻力（后轮驱动，前进行驶）= 式中 履带销轴直径，=4.45cm；履带销轴中的摩擦系数，=0.25； Z驱动轮的齿数，Z=27； t履带板的节距，t=20cm。=1.53KN 4)支重轮滚动阻力和轴颈摩擦阻力。= =19.4KN 式中 m整机工作质量，m=45000Kg；轴颈的摩擦系数，=0.08； f滚动摩擦系数。f=0.05；支重轮轴颈的直径，=10.2cm；支重轮直径，=20.8cm。 两条履带

35、的阻力总和为= =2（9.2+1.41+1.53+19.4）=63KN(4)履带行走装置牵引力验算。 1)在坡道上行驶的总阻力= =302+63=365KN 2)在平道上行走的总阻力=+ =94+63=157KN 由计算结果可知，上坡行驶=368.23=365KN,故牵引力满足条件。3.1.3支重轮数量的计算由公式得式中k对支重轮重量的修正系数，k=1.11.7L履带的接地长度（m）、最后端的支重轮轴与驱动链轮轴与导向轮轴之间的距离地面的最大允许比压履带节距（m）桩机既可使用于密实的干黄土，也可用于普通粘土，根据这些条件，地面的最大允许比压为0.40.6MP,为了保证旋挖钻机不下陷，取=0.6

36、MP，K取1.1，的值为0.67m，的值为0.6m，为0.203m。6.8故圆整为7，所以支重轮的个数为7个。3.2履带架伸缩梁强度的校核在实际情况中履带架伸缩梁的受力情况十分复杂，这里将其简化为向下的压力与扭矩，受力情况如下图所示，由图可知，该梁的一端焊接在履带架上，一端是悬空的，方便插入底盘，故可以将其简化为悬臂梁的模型，如图9所示。图9简化模型图10剪力、弯矩、扭矩图旋挖钻机的上半车身重量为28t，假设质量作用在底盘的几何中心上，每根梁承担的重力为上半车身重量的四分之一。由扭矩的计算公式得：式中：F作用在梁上的力，X梁到底盘中心垂线的距离。F=68600NX=0.5m所以=34300。经

37、受力分析得该梁的剪力Q=G=68600N，弯矩为M=GX。梁的剪力图、弯矩图如图所示。由图10可知，危险截面在梁的焊接处，故对此处进行校核。由式得：式中：W截面图形的抗弯截面模量，M力对梁的产生的弯矩，T受力的作用梁产生的扭矩。，该梁的b=h=0.2m，所以 =0.0013M=Fx=75460将个数据带入公式得=62.4MPa 为了保证梁的安全性，由上述计算的结果，选择高锰钢做为梁的材料。3.3螺纹连接的强度计算螺纹连接的受力情况可分为两种，一种是受横向的剪切力，一种是受轴向的作用力。旋挖钻机履带架下的螺纹连接用于连接支重轮和履带架，故受到以轴向作用为主的力。旋挖钻机的总的工作质量为45T，每

38、一边的履带架上有7个支重轮，总的支重轮数为14个，故每个支重轮承受的力为T。旋挖钻机工作时有不稳定的载荷，所以残余预紧力=（0.61.0）F。螺栓受到的总力为式中：残余预紧力；F螺栓承受的工作载荷。F=T=3.214T=3214Kg=31500N，取=0.8F=25200N故螺栓受到的总力为=25200+31500=56700N螺栓危险截面的拉伸强度条件为式中：螺栓的总拉力；d螺栓的直径，d=22mm。考虑到螺栓在总拉力的作用下可能需要补充拧紧，故将总拉力增加30%以考虑扭转切应力的影响。=+=56700+=82710N=28.3MPa根据此结果选择中碳钢做为螺栓的材料。3.3.1螺栓的校核螺

39、栓的最大应力计算安全系数为式中：螺栓材料的对称循环拉压疲劳极限，见表1，MPa；试件的材料常数，即循环应力中平均应力的折算系数，对于碳素钢，=0.10.2，对于合金钢，=0.20.3；拉压疲劳强度综合影响系数，如忽略加工方法的影响，则，此处为有效应力集中系数，见表2，为尺寸系数，见表3；S安全系数，见表4最小拉应力为式中：预紧力；d螺栓的直径。，式中取0.3则 =47250N=124MPa应力幅为=12MPa表1螺纹连接件常用材料的疲劳极限材料疲劳极限/MPa材料疲劳极限/MPa10Q215351602201702202203001201501201601702204540Cr25034032

40、0440190250240340其中=3.9，=0.76=5.13表2材料的/MPa40060080010003.03.94.85.2表3螺纹连接件的尺寸系数直径d/mm16202428324048566472801.000.810.760.710.680.630.600.570.540.520.50取=200MPa，=0.2则=1.281.2所以此螺栓安全。表4 螺纹连接的安全系数S受载类型静载荷变载荷松螺栓连接1.21.7紧螺栓连接受轴向与横向载荷的普通螺栓连接不控制预紧力的计算M6M16M16M30M30M60M6M16M16M30M30M60碳钢5442.52.52碳钢12.58.58

41、.58.512.5合金钢5.7553.43.43合金钢106.86.86.810控制预紧力的计算1.21.51.21.5铰制孔用螺栓连接刚：=2.5，=1.25铸铁：=2.02.5刚：=3.55.0，=1.5铸铁：2.53.0第四章 基于PRO/E伸缩式履带行走装置的建模41 PRO/E的简介Pro/Engineer 是美国PTC公司的产品，于1988年问世。10多年来，经历20余次的改版，已成为全世界与中国地区最普与的3D CAD/CAM系统的标准软件，广泛应用于电子、机械、模具、工业设计、汽车、航天、家电、玩具等行业。 Pro/E是全方位的3D产品开发软件包，和相关软件Pro/DESING

42、ER（造型设计）、Pro/MECHANICA（功能仿真），集合了零件设计、产品装配、模具开发、加工制造、钣金件设计、铸造件设计、工业设计、逆向工程、自动测量、机构分析、有限元分析、产品数据库管理等功能，从而使用户缩短了产品开发的时间并简化了开发的流程；国际上有27000多企业采用了PRO/ENGINEER软件系统，作为企业的标准软件进行产品设计。下面就Pro/ENGINEER的特点进行简单的介绍。（1）主要特性全相关性：Pro/ENGINEER的所有模块都是全相关的。这就意味着在产品开发过程中某一处进行的修改，能够扩展到整个设计中，同时自动更新所有的工程文档，包括装配体、设计图纸，以与制造数据

43、。全相关性鼓励在开发周期的任一点进行修改，却没有任何损失，并使并行工程成为可能，所以能够使开发后期的一些功能提前发挥其作用。基于特征的参数化造型：Pro/ENGINEER使用用户熟悉的特征作为产品几何模型的构造要素。这些特征是一些普通的机械对象，并且可以按预先设置很容易的进行修改。例如：设计特征有弧、圆角、倒角等等，它们对工程人员来说是很熟悉的，因而易于使用。装配、加工、制造以与其它学科都使用这些领域独特的特征。通过给这些特征设置参数（不但包括几何尺寸，还包括非几何属性），然后修改参数很容易的进行多次设计叠代，实现产品开发。（2）数据管理：加速投放市场，需要在较短的时间开发更多的产品。为了实现

44、这种效率，必须允许多个学科的工程师同时对同一产品进行开发。数据管理模块的开发研制，正是专门用于管理并行工程中同时进行的各项工作，由于使用了Pro/ENGINEER独特的全相关性功能，因而使之成为可能。（3）装配管理：Pro/ENGINEER的基本结构能够使您利用一些直观的命令，例如“啮合”、“插入”、“对齐”等很容易的把零件装配起来，同时保持设计意图。高级的功能支持大型复杂装配体的构造和管理，这些装配体中零件的数量不受限制。（4）易于使用：菜单以直观的方式联级出现，提供了逻辑选项和预先选取的最普通选项，同时还提供了简短的菜单描述和完整的在线帮助，这种形式使得容易学习和使用。ProE包含了许多的

45、功能模块，本设计中主要用到以下三个模块：（1）ProEngineer Pro/Engineer是该系统的基本部分，其中功能包括参数化功能定义、实体零件与组装造型，三维上色实体或线框造型棚完整工程图产生与不同视图（三维造型还可移动，放大或缩小和旋转）。Pro/Engineer是一个功能定义系统，即造型是通过各种不同的设计专用功能来实现，其中包括：筋（Ribs）、槽（Slots）、倒角（Chamfers）和抽空（Shells）等，采用这种手段来建立形体，对于工程师来说是更自然，更直观，无需采用复杂的几何设计方式。这系统的参数比功能是采用符号式的赋予形体尺寸，不像其他系统是直接指定一些固定数值于形体

46、，这样工程师可任意建立形体上的尺寸和功能之间的关系，任何一个参数改变，其也相关的特征也会自动修正。这种功能使得修改更为方便和可令设计优化更趋完美。造型不单可以在屏幕上显示，还可传送到绘图机上或一些支持Postscript格式的彩色打印机。Pro/Engineer还可输出三维和二维图形给予其他应用软件，诸如有限元分析与后置处理等，这都是通过标准数据交换格式来实现，用户更可配上Pro/Engineer软件的其它模块或自行利用 C语言编程，以增强软件的功能。它在单用户环境下(没有任何附加模块)具有大部分的设计能力，组装能力(人工)和工程制图能力(不包括ANSI，ISO， DIN或 JIS标准)，并且

47、支持符合工业标准的绘图仪(HP，HPGL)和黑白与彩色打印机的二维和三维图形输出。Pro/Engineer功能如下：特征驱动（例如：凸台、槽、倒角、腔、壳等）；参数化（参数=尺寸、图样中的特征、载荷、边界条件等）；通过零件的特征值之间，载荷/边界条件与特征参数之间（如表面积等）的关系来进行设计。支持大型、复杂组合件的设计(规则排列的系列组件，交替排列，ProPROGRAM的各种能用零件设计的程序化方法等)。贯穿所有应用的完全相关性(任何一个地方的变动都将引起与之有关的每个地方变动)。其它辅助模块将进一步提高扩展 ProENGINEER的基本功能。（2）ProASSEMBLYPro/ASSEMB

48、LY是一个参数化组装管理系统，能提供用户自定义手段去生成一组组装系列与可自动地更换零件。Pro/ASSEMBLY是 Pro/ADSSEMBLY的一个扩展选项模块，只能在 Pro/Engineer环境下运行，它具有如下功能：1 在组合件自动零件替换(交替式)；2 规则排列的组合(支持组合件子集)；3 组装模式下的零件生成(考虑组件已存在的零件来产生一个新的零件)；4 Pro/ASSEMBLY里有一个 Pro/Program模块，它提供一个开发工具。使用户能自行编写参数化零件与组装的自动化程序，这种程序可使不是技术性用户也可产生自定义设计，只需要输入一些简单的参数即可；5 组件特征(绘零件与，广组

49、件组成的组件附加特征值如：给两中零件之间加一个焊接特征等）。（3）Pro/ENGINEER Mechanism Dynamics Pro/ENGINEER Mechanism Dynamics虚拟地仿真运动组件的加速力和重力的反作用力了解动力效应，工程师无需等待实物样机就能测试产品的动力耐久性，利用 Pro/ENGINEER 机构动力学仿真，可以虚拟地仿真运动组件的加速力和重力的反作用力。而且，您可以综合考虑诸如弹簧、电动机、摩擦力和重力等动力影响，相应地调整产品性能。无需背上研制样机的高昂费用负担就能获得最大的设计信心。 功能与益处：综合考虑弹簧、阻尼器、电动机、摩擦力、重力和定制的动力负载

50、，以评估产品性能。使用设计研究来优化机构在一组输入变量下的性能，创建准确的运动包络，以用于干涉和空间声明研究中。通过动力学分析获得准确的测量值，以设计更坚固、更轻和更高效的机构，直接从动力学仿真中创建优质动画。42 支撑架的建模支撑架的建模过程：（1）利用拉伸工具，拉伸出支撑架的雏形。图11支撑架雏形（2）利用孔工具，画回转支承的孔。（3）利用壳工具，去除支撑架部的材料，是壁厚为50mm，并去除四个端面，以便梁的插入。图12加工孔，去除部材料后的支撑架（4）利用拉伸工具，去除两边的材料。（5）利用道圆角工具，倒出圆角。（6）利用拉伸工具，拉伸出支承盘。图13拉伸出支撑盘的支撑架（7）利用拉伸工

51、具，拉伸出一个螺栓孔。（8）利用阵列工具，阵列出孔的特征。图14完整的支撑架装配零件加入第一个零件时，将约束类型设置为缺省，如图15所示图15设置约束类型 加入第二个零件时，由于履带架可以在支撑架上移动，在定义装配类型时，应定义成滑动杆如图15所示，这样装配完成后履带架还可以移动。图16定义装配类型定义完装配类型后，单击履带架梁的中心线，再单击支撑架空的中心线，系统自动选用对齐的约束，同理，使第二根梁也与空对齐，再将履带架移动到合适的位置，单击确定按钮，完成装配。第五章 结 论旋挖钻机的行走装置是整个机械的支撑部分，承受桩机的自重和挖掘时的反力，它既能稳定地在地面上工作，同时又能在工作时做厂运

52、行和转移工地时做运输性运行。本文首先对行走装置牵引力进行了计算，由于钻机在前进和工作中需要受到各方面的阻力，因此旋挖钻机的总牵引力应该大于在各种状态下所受的各种阻力的总和，同时在爬坡时其牵引力还必须小于履带与地面之间的附着力，以避免其打滑。钻机在前进和爬坡时的速度经过验算，符合牵引力的要求，能用于实际中。然后在旋挖钻机底盘的结构设计中，根据钻机参数，选择和设计各个零部件。其中四轮一带（驱动轮、导向轮、支重轮、拖链轮、履带）在我国市场上已经有部分标准化，因此可根据打桩机型号和参数进行选择。 最后，借组计算机辅助工程技术对履带行走装置进行PRO/E三维建模，为进一步优化设计提供了分析数据和结论通过

53、毕业设计，不仅培养了我们正确的设计思想，也同时让我们掌握了工程设计的一般程序和方法，锻炼了我们灵活综合运用知识的能力。通过对它的设计计算，我了解了履带行走装置的工作原理、传动系统方案和常用机械零部件件的选用设计等等。借助计算机辅助技术的研究方法和研究结果可以作为以后工程上研制类似结构的参考。参考文献1周建钊主编.底盘结构与原理M. ：国防工业. 2006.52周良德、朱泗芳主编.现代工程图学M.：科学技术.2002.93罗迎社主编.材料力学M.：理工大学.2007.74孔德文等.液压挖掘机M. ：化学工业. 2007.15克利等.底盘结构与设计M. ：化学工业.2007.16濮良贵，纪名刚.机械设计（第七版）M.：西北工业大学机械原理与机械零件教研室，高等教育，20007恒，作模.机械原理（第六版）M.：高等教育，2001.8/T2983.22001，履带式推土机总成. ：机械科学研究院.2009.49吴宗泽,罗圣国.机械设计课程设计手册M.第三版.:高等教育, 2006.10诸文农主编.履带推土机结构与设计M，：机械工业，1986.12l