1、本 科 毕 业 论 文旋挖工程车钻杆动力箱部件设计姓 名 覃秋松学 院 机械工程学院专 业 机械设计制造及其自动化指导教师 冯鹤敏完成日期 2013 年 5 月上海理工大学全日制本科生毕业设计（论文）承诺书本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文）旋挖工程车钻杆动力箱部件设计是在导师的指导下，严格按照学校和学院的有关规定由本人独立完成。文中所引用的观点和参考资料均已标注并加以注释。论文研究过程中不存在抄袭他人研究成果和伪造相关数据等行为。如若出现任何侵犯他人知识产权等问题，本人愿意承担相关法律责任。承诺人（签名）：日 期：旋挖工程车钻杆动力箱部件设计摘 要最近几年以来,我国旋挖工程车取得了较快的发
2、展，但相较于国外几十年的发展历史，国内旋挖工程车在关键部件方面与国外相比还有一定的差距。本次设计的动力箱部件为旋挖工程车的关键部件，其性能的好坏直接影响整机的工作效率。虽然动力箱的发展己具备较好的性能和独特的技术，现在国内动力箱的开发能满足工程车的施工作业，但其可靠性和功能方面还需进一步的发展。本文以旋挖工程车钻杆动力箱部件为设计对象，主要包括以下几个方面的内容：（1）介绍了旋挖工程车的发展现状、主要组成部件以及工作原理。（2）根据要求，确定动力箱的传递方案，进行总体设计，并画出动力箱结构简图。（3）根据相关参数和结构简图，完成动力箱零部件的设计和标准件的选用。（4）利用 AutoCAD，So
3、lidWorks 辅助设计平台，完成了动力箱所有零部件的二维及三维建模，为进一步优化设计和系列化设计提供了依据。 （5）通过对动力箱部件的主要部分进行参数计算、强度刚度校核计算，完成整个结构设计。关键词：旋挖工程车，动力箱，部件设计. SPIN DIG TRUCK DESIGN OF POWER BOXABSTRACTIn recent years, the spin dig truck has obtained rapid development in our country, but compared with foreign decades of development history,
4、 domestic spin dig truck in terms of key components, there is still a gap compared with abroad. Power box parts for spin dig truck of this design is the key components, and its performance is good or bad directly affect the work efficiency of the machine. The development of the power box has good pe
5、rformance and unique technology, and the development of domestic power box can meet the construction work of engineering vehicle, but its reliability and functional aspects need further development.My object is based on spin dig the drill power pack truck parts and it mainly includes the following a
6、spects.（1）This paper introduces the development of the rotary digging engineering vehicles present situation, main components and working principle.（2）According to the requirements, determine the power box transmission scheme, carries on the overall design, and draw the power box structure diagram.
7、（3）According to the related parameters and the structure diagram, complete power box parts design and the selection of standard parts. （4）In order to provide the basis for the further optimization design and series design， Use AutoCAD, SolidWorks -computer aid design platform to completed the 2 d an
8、d 3 d modeling of all parts of power pack.（5）Through calculated the main part of power pack rigidity parameter, strength, and completed the structural design. Keywords：Spin dig truck，Power box, Parts design. 目 录第 1 章 绪 论 .11.1 旋挖工程车的发展简介 .11.1.1 旋挖工程车简介 .11.1.2 旋挖工程车的特点及分类 .21.2 旋挖工程车的主要构成及工作原理 .21.
9、2.1 旋挖工程车的主要构成 .21.2.2 旋挖工程车的工作原理 .51.3 旋挖工程车国内外发展现状 .61.3.1 国内发展现状 .61.3.2 国外发展现状 .7第 2 章 旋挖工程车动力箱总体设计 .92.1 设计背景 .92.2 设计的主要内容 .92.3 总体方案的确定 .92.3.1 机械传动方式 .92.3.2 分析和拟定传动方案 .112.4 总体参数 .12第 3 章 旋挖工程车动力箱零部件结构设计 .143.1 旋挖工程车动力箱部件整体结构设计要求 .143.2 齿轮轴及其组件的结构设计 .153.2.1 滚动轴承的选型 .153.2.2 调心滚子轴承的安装 .163.
10、2.3 调心滚子轴承的配合 .163.2.4 齿轮轴的结构设计 .173.2.5 轴支承结构设计 .193.3 动力输出装置的结构设计 .203.3.1 动力输出装置中轴承的选用 .203.3.2 大齿轮的设计 .213.3.3 驱动套筒的结构设计 .233.3.4 花键套的结构设计 .243.4 箱体的结构设计 .253.4.1 箱座的结构设计 .253.4.2 箱盖的结构设计 .263.5 动力箱的润滑及密封件的选用 .273.5.1 动力箱的润滑 .273.5.2 密封件的选用 .27第 4 章 设计计算及校核 .304.1 齿轮轴的强度校核 .304.1.1 轴尺寸的确定 .304.1
11、.2 轴的强度校核 .304.2 齿轮的参数计算及校核 .304.2.1 齿轮几何尺寸的确定 .304.2.2 齿轮的弯曲疲劳强度校核 .314.2.3 齿轮的接触疲劳强度校核 .324.3 驱动套筒上传动螺钉的直径校核 .32第 5 章 三维建模辅助设计 .345.1 概述 .345.2 SOLIDWORKS 三维建模 .34第 6 章 总结 .37参 考 文 献 .39谢 辞 .40上海理工大学本科生毕业设计（论文）1第 1 章 绪 论1.1 旋挖工程车的发展简介1.1.1 旋挖工程车简介旋挖工程车又名旋挖钻机，其外形结构如图 1-1 所示，旋挖工程车是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工
12、机械。主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，旋挖工程车的额定功率一般为125450kW ，动力输出扭矩为 120400kNm，最大成孔直径可达 1.54m，最大成孔深度为 6090m，可以满足各类大型基础施工的要求。 该类钻机一般采用液压履带式伸缩底盘、自行起落可折叠钻桅、伸缩式钻杆、带有垂直度自动检测调整、孔深数码显示等，整机操纵一般采用液压先导控制、负荷传感，具有操作轻便、舒适等特点。主、副两个卷扬可适用于工地多种情况的需要。该类钻机配合不同钻具，适用于干式（短螺旋）或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业，还可配挂长螺旋钻、
13、地下连续墙抓斗、振动桩锤等，实现多种功能，主要用于市政建设、公路桥梁、工业和民用建筑、地下连续墙、水利、防渗护坡等基础施工。国内的专家认为：旋挖工程车在国内今后几年仍有很大的市场。图 1-1 旋挖工程车旋挖工程车钻杆动力箱部件设计21.1.2 旋挖工程车的特点及分类（1）特点：旋挖工程车是二战以后意大利人发明的，因使用中的高效率和可靠的质量，为业主和建筑公司带来丰厚的利润，而后欧州人、日本人等随着各国恢复建设的全面展开而大面积使用，使其更加完善，功能更多，目前己成为世界各国铁路、公路、水利、工业和民用建设施工中的主要桩基成孔工具。旋挖工程车主要用来对地基基础桩基成孔，其钻头有多种形式：如回转斗
14、、短螺旋、岩芯钻头等，根据地质条件的不同，更换不同的钻头，以达到高速、高质的成孔要求。旋挖工程车是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。广泛用于市政建设、公路桥梁、高层建筑等地基基础施工工程，配合不同钻具，适应于干式（短螺旋） ，或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业，旋挖工程车具有装机功率大、输出扭矩大、轴向压力大、机动灵活，施工效率高及多功能特点。（2）分类：小型机 选择旋挖工程车的原则应该是能满足用户目前的主要工程需求，兼顾今后可能发生的工程需求。旋挖工程车根据其主要工作参数：扭矩、发动机功率、钻孔直径、钻孔深度及钻机整机质量可以分为三种类型：扭矩 100kNm。发动机功率 17
15、0kW，钻孔直径 0.51m，钻孔深度 40m 左右，钻机整机质量 40t 左右。小型机的应用市场定位：（1）各种楼座的护坡桩；（2）楼的部分承重结构桩；（3）城市改造市政项目的各种直径小于 1m 的桩；（4）适用于其他用途的桩。小型机的市场工作量覆盖比例达到 30%以上。中型机 扭矩 180kNm，发动机功率 200kW，钻孔直径 0.81.8m，钻孔深度 60m左右，钻机整机质量 65t 左右。 中型机的应用市场定位：（1）各种高速公路、铁路等交通设施桥梁的桥桩；（2）大型建筑、港口码头承重结构桩；（3）城市内高架桥桥桩；（4）其他适用桩。中型机的市场工作量覆盖比例达到 90%以上。大型机
16、 扭矩 240kNm，发动机功率 300kW，钻孔直径 12.5m，钻孔深度 80m。钻机整机质量 100t 以上。大型机的应用市场定位：（1）各种高速公路、铁路桥梁的特大桥桩；（2）其他大型建筑的特殊结构承重基础桩。大型机的市场工作量覆盖比例达到 10%以上。1.2 旋挖工程车的主要构成及工作原理 上海理工大学本科生毕业设计（论文）31.2.1 旋挖工程车的主要构成旋挖工程车是集机电液一体化的高端工程机械，旋挖工程车的主要构成：桅杆总成、动力头、副卷扬、主卷扬、变副机构、上车体、底盘等组成，如图 1-2 所示。图 1-2 旋挖工程车主要构成(1)底盘组件 底盘组件由加强型上车体和可扩展行走部
17、组成。上车体是钻机的机架，为整机的安装基础。上车体的中心装有液压系统的“中心回转接头”，将装于上车的液压系统工作油液传递到履带行走机构和履带伸缩机构。行走部由履带行走机构和履带伸缩机构组成，主要由行走减速器、行走马达、驱动轮及张紧装置、履带、支重轮、托链轮、导向轮等部件组成。由液压系统供给行走马达压力油，行走马达通过行走减速器带动驱动轮旋转，从而使整个履带行走机构实现前进、后退、左转弯、右转弯或原地旋转等动作。履带伸缩机构由液压缸、H 梁、液压缸滑轨等组成。(2)动力头 动力头工作原理如图 1-3 所示，动力头是钻机主要的工作机构，也是本次毕业设计的主要内容。它由两组减速器及液压马达、主减速器
18、组成。动力头液压马达高速旋转通过减速器减速以后，减速器输出端的小齿轮和主减速器的大外齿轮啮合，形成终级减速。回转支承的回转通过其内部套筒式主轴内键驱动钻杆旋转，实现钻杆钻孔工作的主运动。动力头变量马达通过与卡特底盘配置的变量泵相匹配，使钻杆转速可在设计范围内根据工作载荷情况自动调整。动力头减速器采用低速大转矩运转方式，用于正旋挖工程车钻杆动力箱部件设计4常钻孔作业。动力头的液压回路上装有大口径补油阀，可有效地向马达补油，防止液压马达中形成真空造成气蚀。气蚀会造成零件表面损伤，加剧磨损，它是影响马达使用寿命的主要因素。动力头性能的优劣直接影响到钻机的钻进能力。图 1-3 动力头工作原理简化图(3
19、)主副卷扬 主卷扬是在钻进过程当中完成钻杆和钻头下放和提升等功能的机构，而副卷扬的主要功能是完成工地上所需的焊机钻头等附属物品的起吊。卷扬机构主要由液压马达、内藏式卷扬减速器、卷扬筒、钢丝绳、压绳器等组成。卷扬减速器内部自带片式摩擦片液压制动器，主要功能是停车制动；液压马达上带有液压制动阀。主卷扬的最大拉力由钻杆、钻斗、砂土的重量及起拔钻斗时阻力决定。(4)变幅及钻桅变幅机构 由动臂、三角形联结体、支承杆、变幅缸、桅杆缸部件组成。动臂下端、支承杆下端、变幅缸下端分别铰接于回转平台前端，上端分别铰接于三角形联接体的两个角端。三角形联接体另一角通过转盘和中桅杆下端铰接在一起。通过桅杆缸的伸缩，可以
20、改变桅杆在垂直平面里的角度。动臂回转台支承杆一三角形联接体通过销轴铰接，互相组成一个平行四边形机构。在变幅缸伸缩改变桅杆的工作幅度时，可保证和桅杆相联的三角形联接体只产生平行移动，不会产生自身的任何转动。桅杆是钻机的重要工作装置，是钻杆、动力头、加压缸的安装支承部件及其工作进尺的导向部件。桅杆左右两侧焊有导轨，对钻杆和动力头的工作进尺起导向作用。桅杆上装有主卷扬和加压缸，桅杆支承着动力头，通过加压缸推动动力头在桅杆导轨上滑行。桅杆上顶端装有滑轮架，滑轮架上的滑轮用以改变卷扬钢丝绳运动方向。滑轮架为可折叠式，运输状态时，将其折叠安装，以减少运输状态时整机的外形尺寸。整个桅杆分为上、中、下 3 段，为可折叠式。运输时，将上段、下段折叠安装，减小其运输状态整机长度，并提高了钻机装车和卸车时行走稳定性。(5)液压系统 如图 1-4 所示，液压系统是钻机的能量转换系统和钻机各执行元件的动力源。发动机输出的动力通过液压系统将其转换为推动钻机各执行元件运动的驱动力，并对各执行元件的运动进行有效地控制。液压系统利用了卡特原有的液压系统主控制回
