1、1编 号无锡太湖学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）题目： 推进架及回转器设计 信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业学 号： 0923057 学生姓名： 骆红飞 指导教师： 屠德纲 （职称：XXX ）（职称： ）2013 年 5 月 25 日2无锡太湖学院本科毕业设计（论文）诚 信 承 诺 书本人郑重声明：所呈交的毕业设计（论文） 推进架及回转器设计 是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的成果，其内容除了在毕业设计（论文）中特别加以标注引用，表示致谢的内容外，本毕业设计（论文）不包含任何其他个人、集体已发表或撰写的成果作品。班 级： 机械 92 学 号： 0923057 作者姓名
2、： 2013 年 5 月 25 日I无 锡 太 湖 学 院信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业毕 业 设 计 论 文 任 务 书一、题目及专题：1、题目 推进架及回转器设计 2、专题 二、课题来源及选题依据旋喷钻机，主要用于各类软地基加固、高层建筑地下室的防渗处理、大江大河堤坝的整治、铁路公路桥墩的加固等。本课题主要着重于负责钻机推进架设计及回转器，并制作相关的三维软件，以满足设计改进、质量控制、售后服务、商 务洽谈方面的要求。另外，江苏省无锡探矿机械总厂有限公司对此系列钻机已拥有比较成熟生产制造和工艺技术的经验，使设计更具可行性，另外根据钻机市场的调研，国内外市场对此系列钻机的
3、需求正不断扩大，对钻机施工时的行走要求越来越高，因而该钻机的研发、可行性空间很大。三、本设计（论文或其他）应达到的要求： 熟悉 钻机机械技术的发展历程，特别是近十几年来国内外各种钻机新产品及新技术； 熟 练掌握推进架原理以及回转器的原理和使用； II 熟练 ug 的建模，绘制，仿真等相关操作，正真的做到把想法 变成数据及图片，再到成品的流程； 熟练钻机整体结构的 组成和分类，把握钻机未来的发展及主要研发方向。 四、接受任务学生：机械 92 班 姓名 骆红飞 五、开始及完成日期：自 2011 年 11 月 7 日 至 2012 年 5 月 25 日六、设计（论文）指导（或顾问）：指导教师 签名签
4、名签名教 研 室 主 任学科组组长研究所所长 签名系主任 签名2013 年 5 月 25 日III摘 要高架旋喷钻机是江苏省无锡探矿机械总厂有限公司开发的一款适合高压旋喷施工工艺的钻机。该机主要是为了适应旋喷工法在我国的逐步推广研制而成的。通过不同模块的组合。可以适合定喷、摆喷、旋喷等施工工艺；单重、双重、三重旋喷等各种施工要求。可用于合类软地基加固、高层建筑地下室的防渗处理、大江大河堤坝的整治、铁路公路、桥墩的加固等。钻机适应性能好，可以对钻机配套不同模块，不同钻具。钻机在某些软土层施工时，钻孔和旋喷可一次完成；旋喷提升时，在旋喷深度不高于副塔高度时（14 m），不用拆卸钻杆，可一次旋喷成桩
5、（在复杂地层应配引孔机）。采用全液压技术：钻机移位和转向、动力头变速、钻具提升和钻机起塔，均采用液压控制，操作方便灵活，维护省时、省力。移动机架采用特殊技术，使钻机在移位过程中不用枕木，大大降低工人劳动强度，降低施工成本，提高作业效率。钻机采用双卷扬机，应用电动控制，大大降低了劳动力，提高了生产效率。关键词：钻机；旋喷；动力头；工艺1Abstractjet-elevated rotary drilling rig is prospecting by Wu Xi Mineral Exploration Machinery Plant Co., Ltd. for the development o
6、f a high pressure jet grouting construction of the drilling rig. It is for promote the progressive development of adapt to spin spray method in China. Through a combination of different modules. May be suitable for directional spray, swing spray and rotating spray, construction technology, such as c
7、onstruction requirements for single, double, triple spin spray and so on. Can be used for a type of soft foundation strengthening, the high-rise building basement seepage control, rectification of the major rivers of dams, reinforcing the railway, the roads, the bridge pier and so on. Drills have go
8、od performance, the rig supporting different modules, different drill. Drill in some soft soil during the construction, drilling and rotary spray can be a complete finished one time, spray in the rotation depth of not more than bye tower height (14 m), do not have to removed the drill pipe can be fi
9、nished one time(in a complex formation should be allocated reply-hole machine). A full hydraulic technology: Drill shift and steering, dynamic components, the drill rig and the tower upgrade, are used by hydraulic control, Its a convenient and flexible operation, save time and energy. Mobile rack us
10、ing special technology, make the drilling rig do not use Woods in the process of displacement; reduce labor intensity of workers greatly; construction costs and improve operating efficiency. Drill using a dual winch, applying electrical control, brought greatly reduce the labor force and improve the
11、 efficiency of production.Keywords: drilling rig；rotating spray；dynamic components；craft2目录摘 要 .IIIAbstractIV目录 .V1 绪论 .11.1 钻机的主要用途 11.2 钻机的主要特点 .11.3 钻机的主要组成 .11.3.1 主塔 21.3.2 副塔 21.4 钻机的工作原理 .22 主塔的设计 .42.1 方案论证 .42.2 主塔架的设计 .52.2.1 设计要求 52.2.2 设计步骤 62.2.3 主塔架结构确定 62.3 底部滚轮组件的设计 .82.3.1 滚轮的设计 82.
12、3.2 总体结构的确定 92.4 顶部滚轮组件的设计 .102.4.1 顶部滚轮的设计 102.4.2 总体结构的确定 112.5 滑动导轨的设计 .122.6 下封板组件的设计 .132.7 油缸定位组件的设计 .142.8 链条的选用 .142.9 主塔的总装图 .153 回转器的设计 .173.1 回转器介绍 .173.3 回转器设计步骤 .183.4 设计方案的选择 .183.5 主要零部件的结构及其选用 .193.5.1 各轴在回转器中的位置 193.5.2 各档齿轮在传动轴上的布置 193.5.3 反档的布置 203.5.4 轴的支承方式及轴承的选用 2033.6 回转器液压计算及
13、各转速的输出扭矩 .203.6.1 实际参数的计算 204 关键零件校核 .244.1 顶部滚轮组件主轴受力分析及轴承校核 .244.1.1 顶部滚轮组件主轴校核 244.1.2 顶部滚轮滚动轴承寿命校核 254.2 回转器主轴、齿轮及轴承校核 .254.2.1 主轴校核 254.2.2 齿轮校核 294.2.3 以下为回转器轴承寿命校核： 334.2.4 主轴有限元分析 345 结论与展望 .355.1 结论 .355.2 不足之处及未来展望 .35参考文献 .37编 号无锡太湖学院4毕 业 设 计 （ 论 文 ）相 关 资 料题目： 推进架及回转体设计 信 机 系 机 械 工 程 及 自
14、动 化 专 业学 号： 0923057 学生姓名： 骆红飞 指导教师： 屠德钢（职称：XXX ）（职称： ）2013 年 5 月 25 日56目 录一、毕业设计（论文）开题报告二、毕业设计（论文）外文资料翻译及原文三、学生“毕业论文（论文）计划、进度、检查及落实表”四、实习鉴定表78无锡太湖学院毕 业 设 计 （ 论 文 ）开 题 报 告题目： 推进架及回转体设计 信 机 系 机 械 工 程 及 自 动 化 专 业学 号： 0923057 学生姓名： 骆红飞 指导教师： 屠德钢 （职称： ）（职称： ）92012 年 11 月 14 日 10课题来源江苏省无锡探矿机械总厂有限公司11科学依据（
15、包括课题的科学意义；国内外研究概况、水平和发展趋势；应用前景等）（1）课题科学意义随着人们生活水平的日益提高,对产品的包装要求也越来越高，钻机是轻工业产业中必不可少的自动机械之一，我国近些年来包装工业发展迅速，但又在某种程度上受到机械工业发展相对滞后的影响。钻机机械发展较为缓慢，因此进行颗粒包装机的设计研究具有一定的意义。通过本次也涉及，能够是我们对钻机机械有一个铰深的了解，对推进架结构，回转体工作过程进行分析研究并有所创新，同时也培养了对我们所学知识的理解、收集、查阅文献资料的能力，发现、分析、解决问题的能力。（2）国内外发展趋势国内：我国的包装机械概况与展望目前我国包装机械企业规模偏小，技
16、术装备不是很完善，管理水平比较低，自我发展和技术设计开发能力较弱，产品品种单一。产品技术含量、附加值较低；新产品开发周期长，不能及时响应市场需求，及时提供市场、用户急需的产品。企业主要精力都花费在量的扩张上，对质的提升、科技进步的投入严重不足，产品在低水平上重复；另外，产品安全防护措施较差，安全意识不强。目前我国的包装机械产品普遍存在质量不稳定、性能单一、成本高、技术含量低的状况。但包装行业产品量广，我们的行业仍然欣欣向荣，堪称“朝阳工业” 。国外：国外包装机械业概况美国、日本、德国、意大利是世界上包装机械四大强国。美国是世界上包装机械发展历史较长的国家，早已形成了独立完整的包装机械体 系，其
17、品 种和产量均居世界之首。10 多年来，美国始终保持着世界最大包装机械生 产和消费大 国的地位。其产品以高、大、精、尖产品居多，机械与计算机紧密结合，实现机电一体 化控制。新型机械产品中以成型、填充、封口三种机械的增长最快，裹包机和薄膜包装 机占整个市场份额的 15%，纸盒封盒包装机在市场占有率中居第二 位。一些大公司 生产的包装机械集机-电-仪及微机控制于一体，采用光电感应，以光标控制，并配有防静电装置。其大型自动包装机不仅包装容积大，课题的目的、意义；国内外技术现状及发展趋势 而且能集制袋、称重、充填、抽真空、封口等工序在一台单机上完成。德国包装机械业 多年来始终处于稳定增长状态，出口比例
18、占 80%左右。德国是世界上最大的包装机械出口国。意大利是仅次于德国的第二大包装机械出口国。 意大利的包装机械多用于食品工业，具有性能优良、外观考究、价格便宜的特点，出口比例占 80%左右。目前，世 界各国对包装机械的发展都十分重视，集机、电、气、光、生、磁为一体的高新技术产品不断涌现。生产高效率化、资源高利用化、产品节能化、高新技术实用化、科研成果商业化已成为世界各国包装机械发展的趋势。12研究内容推进架及回转器设计1推进架设计部分： 推进架装置的方案设计 推进架设计的计算及说明2回转器设计部分： 动力头的方案设计 动力头设计的计算及说明拟采取的研究方法、技术路线、实验方案及可行性分析本次毕
19、业设计首先是对钻机市场使用情况的数据进行采集工作，以确定设计的方案。其次，分析所具备的条件因素，考虑厂方的成组技术要求，进行方案的制定。最后，开始零件设计和三维绘图设计。江苏省无锡探矿机械总厂有限公司对此系列钻机已拥有比较成熟生产制造和工艺技术的经验，使设计更具可行性，另外根据钻机市场的调研，国内外市场对此系列钻机的需求正不断扩大，对钻机施工时的行走要求越来越高，因而该钻机的研发、可行性空间很大。研究计划及预期成果研究计划：2012 年 11 月 12 日-2012 年 12 月 16 日：按照任务书要求查阅论文相关参考资料，填写毕业设计开题报告书。2012 年 12 月 16 日-2013
20、年 2 月 1 日：按照要求修改毕业设计开题报告。2013 年 2 月 2 日-2013 年 2 月 21 日：学习并翻译一篇与毕业设计相关的英文材料。2013 年 2 月 22 日-2013 年 4 月 15 日：总体的结构设计。2013 年 4 月 16 日-2013 年 5 月 1 日：推进架及回转器的设计。2013 年 5 月 1 日-2013 年 5 月 20 日：毕业论文撰写和修改工作。预期成果：对该钻机推进架及回转器全面了解，定位准确，精度高，速度快。该机有主塔，液压气压控制等构成控制核心将可靠性和智能化得到很大程度的提高，能够更加有效地完成各类软地基加固、高层建筑地下室的防渗处
21、理、大江大河堤坝的整治、铁路公路桥墩的加固等。13特色或创新之处 整个钻机的机构、功能、质量都可通过三维的设计得以实现。这样可大大降低样品试制的成本和风险。在钻机进入试制前，可通过三维的模拟装配，求得整个钻机的初步性能。 该钻机属全液压动力头式高架旋喷钻机。钻机适应性能好，可以对钻机配套不同模块，不同钻具。已具备的条件和尚需解决的问题 江苏省无锡探矿机械总厂有限公司对此钻机已经拥有了比较成熟的生产制造和工艺技术上的经验。 在液压、电控、机械方面都有很强技术性指导，使设计更具可行性。指导教师意见指导教师签名：年 月 日教研室（学科组、研究所）意见教研室主任签名：年 月 日系意见主管领导签名：年
22、月 日推进架及回转器设计11 绪论 1.1 钻机的主要用途 1 钻机主要是为了适应旋喷工法在我国的逐步推广研制而成的。通过不同模块的组合，可以适合定喷、摆喷、旋喷等施工工艺；单重、双重、三重旋喷等各种施工要求。2 可用于各类软地基加固、高层建筑地下室的防渗处理、大江大河堤坝的整治、铁公路、桥墩的加固等。1.2 钻机的主要特点1 钻机适应性能好，可以对钻机配套不同模块，不同钻具。实际上 XP-30 是一种系钻机，用户可以根据自己的实际需要配置成性能价格比最优的钻机来投入施工，并且可以不断更新模块，来解决不同的旋喷工艺。2 钻机在某些软土层施工时，钻孔和旋喷可一次完成；旋喷提升时，在旋喷深度不高于
23、副塔高度时（14 m），不用拆卸钻杆，可一次旋喷成桩。（在复杂地层应配引孔机）3 钻机采用全液压技术：钻机移位和转向、动力头变速、钻具提升和钻机起塔，均采用液压控制，操作方便灵活，维护省时、省力。4 移动机架采用特殊技术，是钻机在移位过程中不用枕木，大大降低工人劳动强度，降低施工成本，提高作业效率。5 钻机采用双卷扬机，应用电动控制，大大降低了劳动力，提高了生产效率。无锡太湖学院学士学位论文21.3 钻机的主要组成钻机主要由动力组件，包括三台电动机带三组泵，动力头部分，给进架部分，桅杆组件油箱组件，移动机架，机架，卷扬机，操纵台，电器柜及其它辅助装置组成。其中我设计的部分为桅杆组件里的回转器及
24、推进架部分。图 1.1 钻机主要部件图 1.3.1 主塔主塔主要是给动 A 头提供一个移动的载体。主塔架上装有动力头，孔口装置，顶部滚轮组件，底部滚轮组件，滑动导轨，油缸等部件，其中动力头采用链条拖动，主塔架为焊接件，要求表面平整，不得有裂纹，折皱，凹陷等缺陷，各焊缝需焊透，不得烧穿及有裂纹等缺陷，焊缝必须清理，焊接连续，焊高要求 5mm，焊后要去渣，清理打磨，去毛刺。主塔架是由钢板，钢管，槽钢等焊接而成，材料为 Q235A，45 钢。其中 Q235A为优质碳素结构钢，心部强度要求不高，用于重要的焊接结构；45 钢强度较高，塑性和韧性较好，用于制作承受较大载荷的小截面调质件和应力较小的大型正火
25、零件以及心部强度要求不高的表面淬火件。主塔架上的安装部件顶部底部滚轮组件，滑动导轨是为了拉动动力头和链条的通过而设计的，动力头的拉动采用了两条链，两端拉动，其中一链条接油缸，通过滑动导轨的一个滚轮，过顶部滚轮，连到动力头的前端接头；另一链条从一焊接板处接头引出，接滑动导轨另一滚轮，过底部滚轮组件，连接到动力头的后端接头，在油缸的压力作用下，链条拉动动力头实现其提升，从而进行钻机钻进动作。1.3.2 副塔副塔架主要是为了在旋喷时可一次提升，中途不用拆卸钻杆而设计的，有两节 5 m 的副塔架和一节 3m 副塔架，成孔时也是如此，塔架架可以根据用户的需要设计适当的高度。 （注意：当成孔深度大于钻机高
26、度时，就要拆装钻杆了，另外有一套撑杆，主要是用来支撑主塔和副塔，钻机施工时一定要安装上）副塔架是焊接件，主要由钢管，钢板焊接而成，其中钢管的材料为 20 钢，冷变形塑性高，一般供弯曲，压延用，为获得好的深推进架及回转器设计3冲压延性能，板材应正火或高温回火，用于不经受很大应力而要求很大韧性的机械零件，还可用于表面硬度高而心部要求不大的渗碳与氰化零件。副塔架上还安装了孔口装置和天车滑轮，主要是为了提升钻杆及其它器具时保持一定的稳定性和直线度，其中孔口装置通过一槽钢焊接在副塔架上，天车滑轮安装在副塔顶端。装配整台钻机时，副塔通过螺栓与主塔连接，钻机工作时，塔架由起塔油缸支撑，可绕支点旋转一定的角度
27、，再用辅助支撑组件固定，链条拉动动力头实现钻进。1.4 钻机的工作原理钻机的工作以及部件组成的认识：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、机架移 动、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实现，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。利用电器原理（电器柜）控制设备中的泵站给系统提供转速和动力支持，卷扬机组帮助实现更大范围的作业！所有这些设备合理的布局在底架上，所以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。整台钻机的工作理念是利用（40Mpa）高压水（水泥浆等）冲击岩石，对岩石进行粉碎作
28、业。高压 直线水柱经过回转 器的回转形成高压的螺旋水柱进行更大压力更大空间的作业，旋喷钻机因此而得名！部件间的连接：电器柜与电动机（泵站）连接，对其进行工作控制；泵站油路连接液压操纵台实现整个液压系统的控制；利用油管连接各个组件油缸或者马达实现各个规定的动作（即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和回油由油箱实现；当工作的高度很大时，可连 接安装主副塔架，利用卷扬机组和天车滑轮进行钻杆的调用安装。另外卷扬机组则用于调用钻杆和一些辅助性的物品，提高了效率。无锡太湖学院学士学位论文42 主塔的设计2.1 方案论证主塔的结构主要是根据零部件选择和装配确定的，动力头的拉动可以采用
29、单排链，也可以采用双排链，根据所选择的链条及其型号设计相应的滚轮结构和顶部底部滚轮组件，导轨和滚轮的安装位置也可以进行受力情况进行设计，主塔架的设计也是根据其上零部件的安装位置确定的，在受力较大的地方有加强筋或板。推进架及回转器设计5方案一：这以结构采用单排链拉动动力头，底部滚轮组件安装在主塔架端部，安装在主塔架的端部，缩短了主塔架的长度。在滑动导轨运动经过部分焊接较宽的支撑板，筋板，支撑板的数量较少。图 2.1 方案一此种方案缩短了主塔架的长度，但底部滚轮的安装可靠度不是很高，链条也需要长点，适合油缸的行程不是太大的工作要求。 方案二：仍采用单链拉动动力头，但底部滚轮安装在主塔架内部，但主塔
30、架采用较多窄的支撑板焊接，增强了支撑能力，安装也比较方便，可在较大油缸行程下使用。综合比较我采用方案二。 二 者 同 样 都 采 用 了 倍 增 原 理 ， 以 下 是 推 进 架 示 意 图 及 倍 增 原 理 示 意 图：无锡太湖学院学士学位论文6图 2.2 推进架工作示意图推进架是支承孔口装置、动力头等部件，完成动力头加压和提升动作的部件。加压升缸于给进架内部，活塞杆通过滑动导轮、上下滚轮组拉动链条，由链条将作用力传递给动力头。 如图 2.2，当换向阀 2 扳向上时，起塔油缸向上伸出与支撑组件相配合，将主塔立起。另外有一套撑杆，主要是用来支撑桅杆和副塔，桅杆升起后，必须立即用两根支撑钢管
31、支撑好，扳紧桅杆下端紧固螺母，方可开动钻机。桅杆要下降回位时，首先必须先卸下支撑杆，扳开桅杆紧固螺母，才可扳动液压操纵阀，以下降桅杆。换向阀 2 扳向下，起塔油缸回缩与支撑组件相配合，将主塔平放好，然后固定住。加压提升油缸位于给进架内部，活塞杆通过滑动导轮、上下滚轮组拉动链条，由链条将作用力传递给动力头。利用倍增原理，油缸的位移传到动力头上时为原来的两倍。当加压提升油缸伸长 X 时，滑动导轮向下移动距离为 X，图中滚轮 2 两边的链条同时象滑轮一样伸长 X，对于链条 b 来说就等于移动了 2X，于是链条带动回转器提升了2X。同上，当加压提升油缸缩短 X 时，链条 a 也带动回转器向下移动了 2
32、X。这就是倍增原理了。2.2 主塔架的设计2.2.1 设计要求设计主塔架需要考虑节省材料，装配合理，为主塔架上安装的零部件提供合理的放置空间，最重要的是满足受力要求，保证工作时的强度和刚度。主塔架采用焊接作为连接件,用两工字钢对接来组成塔架结点。在受力较大的部分加加强筋，连接板等。在需要推进架及回转器设计7安装滚轮，油缸等零部件的位置设计合理结构。2.2.2 设计步骤a. 简单的分析主塔的受力主塔架受力包括：自身的重力，动力头，孔口装置及滑轮滚轮等的重力，链条的拉力，支撑油缸的提升力等。b.主塔架结构的确定采用工字钢作为主支撑，使用槽钢作筋，在受力较大的地方加腹板或者筋板。如放置动力头的位置，放置孔口装置的位置，放置滚轮组件的部分等受力较大的部分。在需要放置外部连接件的地方加焊所需要的支撑部分。如安装底部滚轮组件部分，安装顶部滚轮组件部分，安装链条接头部分，安装底部定滑轮部分，安装起塔油缸部分，安装支架部分等，为油缸和链条通过部分留有适当的运动空间。焊接滑动导轨，长度为油缸的行程。2.2.3 主塔架结构确定主塔架的二维图如下：无锡太湖学院学士学位论文8图 2.3 主塔架二维图
