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毕业设计

ZKL600型螺旋钻立柱及起落架装置设计

时间:2018-10-24 22:27:10   作者:   来源:   阅读:5   评论:0

一、绪 论

1.1 课题背景及意义

随着全球经济的高速发展,基本建设范围的持续拓宽,以人为本和保护环境的理念及至相关法津法规实施的不断强化,使桩基础特别是现浇混凝土灌注桩基础几乎取代了其他基础,得到了广泛的应用空间。螺旋钻机因其效率高、污染少、功能多的特点,适应上述综合发展的需求,在国内外的现浇混凝土灌注桩施工中得到了广泛应用。

人工钻孔,劳动强度大,耗时长,效率低,而且所成孔直径、深度都有限制,于是需要螺旋钻机。随着社会的进步,施工中对孔要求越来越高,所以对螺旋钻机要求也越来越高,螺旋钻机就得到了肯定并且短时间飞速发展。

立柱和起落架是螺旋钻机的关键部件,高质量的立柱和起落架能有效提高螺旋钻产品的质量,降低生产成本,提高使用寿命。

作为大学生,通过对ZKL600螺旋钻机起落架和立柱的设计开发,可以熟悉工程机械的工作原理、立柱的结构、起落架的结构及其强度和稳定性的校核。

同时,通过本课题的研究,可以培养我们获取信息、综合运用理论知识、应对和处理问题的能力。是我们对四年所学知识和技能进行系统化、综合化运用、总结和深化的过程。通过考察、立题、收集素材、设计方案、工艺制作等过程,培养我们的创造能力、实践能力。促进我们养成良好的工作习惯,提高办事效率,为将来走向社会岗位奠定良好的基础。

1.2 ZKL600螺旋钻简介

ZKL600步履式长螺旋钻机适用于灌注桩、挤扩桩、软地基处理等各种基础工程,广泛应用于城建、能源、交通等中高层及桥梁基础施工方法。该机采用步履行走,360度回转。其动力头抗疲劳、过载能力强,各种钻具耐用性好。

ZKL600步履式长螺旋钻机是一种液压步履行走,电控操纵升降,三环驱动,长螺旋钻进,机械起吊塔75度角后液压辅助完成起塔的新型桩基础施工机械。

本钻机的基本结构由桩架和动力头钻进系统组成。桩架底盘采用液压步履式,自动化程度高,稳定性好,可自行前进、后退及行走油缸全缩回可360度回转;并设计有拖挂装置,可实现推移及转场,迅速方便,现场组装方便快捷。

本钻机采用后置式操纵室,视野开阔,便于操作控制。采用两个电控卷扬机,除可进行钻孔作业外,还可以用于起吊钢筋笼进行浇灌砼桩作业。钻机动力头的输出轴与螺旋钻杆为中空式,除可进行一般长螺旋施工外,安装回转接头,还可以进行注浆法和超流态砼桩施工等多种钻进施工工艺。

使用本钻机进行钻灌注桩孔作业成孔效率高、质量好、无震动、无噪音、无污染、低能耗、机械化程度高,对于穿透砂层比锤击法、沉桩法性能更好,同时还有效地避免了锤击击震动沉桩对地基挤压而危及邻近建筑物等不良影响。

因此,ZKL600系列步履式长螺旋钻机是一种特别适用于城市建设,城市改造工程,中高层建筑及交通建设中文明施工的理想设备。

1.3螺旋钻机的发展历史

螺旋钻机是在回转斗钻机和全套管钻机的基础上发展起来的,第二次世界大战前,美国CALWELD首先研制出回转斗,短螺旋钻机。二十世纪五十年代,法国BENOTO将全套管钻机应用于桩基础施工,而后由欧洲各国将其组合并不断完善,发展成为今天的多功能组合模式。

意大利土力公司首先从美国将安装在载重汽车上和附着在履带起重机上的钻机引入欧洲,动力头为固定式,不能自行安装套管,难以适应硬质土层施工,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。1975年德国宝峨公司研制了配有伸缩钻杆的BG7型钻机,该钻机直接从底盘提供动力,配置可锁式钻杆实现加压钻孔,钻孔扭矩增大,可实现在紧密砂砾和岩层的钻孔。

日本于1960年从美国引进CALWELD螺旋钻机,同时加藤制作所开发了15-H型钻机,以后开发了可配套摇管装置和抓斗的钻机;1965年日立建机研制了利用挖掘机底盘装有液压加压装置的钻机;1974年开发了利用液压履带起重机底盘由液压马达驱动的钻机;1980年日立建机与土力公司合作开发了为提高单桩承载力和扩底灌注桩的施工领域;德国宝峨的加入和日立建机与住友建机的联盟进一步促进了螺旋钻机技术在日本的发展。日本的螺旋钻机扭矩比欧洲的同类产品小。

1.4螺旋钻机的国内外研究发展现状

目前国外的螺旋钻机主要生产厂家为:德国:BAUER、LIEBHERR、Delmag、WIRTH、MGF;意大利SoilMec、MAIT、CMV、CASAGRANDE、IMT、ENTEGO;西班牙:LLAMADA。日本: HITACHI、住友、加藤;芬兰:JUNTTAN、TAMROCK;美国:APE、Ingersoll-Rand;英国:BSP等。

根据螺旋钻机的主要技术参数,如扭矩、钻孔直径、钻深、发动机功率、整机质量等,可分为以下3种类型。

目前国外的螺旋钻机主要分为以欧洲为代表的方形立柱加平行四边形连杆机构的独立式,以日本为代表的履带起重机附着式。

欧洲的独立式螺旋钻机具有以下特点:

(1)动力头由一个或多个液压马达驱动。一类为宝峨、永腾为代表,转速较低、没有高速反转。另一类以土力、迈特、卡萨为代表,动力头运转由一至两个大排量变量马达驱动,高速反转由另外一个小马达驱动。还有一类如意马,直接通过行星减速机的换档来实现高速反转甩土。前面两种结构简单,液压配管方便,成本低。后面一种液压管布管复杂,减速机结构复杂,易出故障,造价高。

(2)钻杆分为摩阻式与机锁式(间断式和齿条式两种)。阻式钻杆用于普通地层钻进,机锁式用于坚硬地层钻进。螺旋钻机工作时,钻杆同时承受拉压、剪切、扭转、弯曲等复合应力。欧阳螺旋钻机所要的伸缩钻杆均采用高强度特殊合金无缝管制造。设计制造都有一些特殊的要求。这样才能达到质量轻,传扭大、耐磨损、寿命长。

(3)立柱采用箱形结构,刚性好,重量轻。滑道多采用耐磨方形无缝管,便于传递大扭矩。立柱支撑机构有三种形式:一种为平行四边形小三角结构,其特点是变幅范围大,可整机放倒,折叠,降低运输高度和长度。缺点是前面重量偏重,稳定性稍差,不能承受超大扭矩。另一种为大三角结构,以宝峨为代表,其特点是结构简单,稳定性好,能承受大扭矩。缺点是运输时要拆开,费时,需要辅助起重设备。第三种以西班牙拉马达公司、意大利安特高为代表,虽然也是大三角支承结构,由于装有辅助起架油缸,整机也能放倒折叠,具有以上两种结构的优点,结构新颖,经济实用。

(4)主卷扬是螺旋钻机的关键部件,根据螺旋钻机的施工特点,在钻机每个工作循环(对孔下钻-钻进-提钻-回转-卸土),主卷场的结构和功能都非常重要,钻孔效率的高低、钻孔事故发生的几率,钢丝绳寿命的长短都与主卷场有密切的关系。欧洲的螺旋钻机都有钻杆触地自停和动力头随动装置以防止乱绳损坏钢丝绳。特别是意大利迈特公司的螺旋钻机,主卷扬的卷筒容量大,钢丝绳为单层缠绕排列,提升力恒定,钢丝绳不重叠碾压,从而减少钢丝绳之间的磨损,延长了钢丝绳的使用寿命。国外螺旋钻机主卷扬都采用柔性较好的非旋转钢丝绳,提高使用寿命。

(5)底盘分为专业桩架底盘(可横向伸缩,带有后支腿,立柱三点式支承,如BAUER、BSP等);螺旋钻机专业底盘(横向伸缩式底盘,如SOILMEC、CASAGRANDE、LLAMADA等);起重机履带底盘(如LIEBHERR等);挖掘机履带底盘(上车后部加长,立柱下加支腿,工作装置独立,如IMT、WIRTH、MGF等);汽车底盘(为了提高机动性,主要在城区或要求快速施工的场合使用的,如MAIT、CMV、SOILMEC等。)

可变履带间距的底盘,低重心及配重的可调整设计布置,既保证了整机的稳定性,又满足运输的要求,采用宽履带,降低接地比压及优越爬坡能力,保证了钻机现场转位所要求的机械性能。

(6)机电一体化功能的设计

A、发动机与负载相匹配(降低油耗、减少噪音)的电子控制系统;

B、手动和自动切换,监控立柱垂直度(保证柱孔垂直度)的自动纠缠系统;

C、高精度钻孔倒土回转定位(防止桩孔变形)控制技术;

D、钻孔深度(防止过放钢绳和确认孔深)测量及显示系统;

E、故障(带负载起动,卷扬过卷)检测、报警及信息显示系统;

F、整机工作状态(启动前先自动预检)动画及虚拟仪表显示系统;

G、GPS定位与移动电话数据(快速联络、及时到位)传输系统;

H、成柱过程(提高成桩质量)的反馈显示、记录、打印系统;

(7)适应施工的多种机具配置

螺旋钻机一般用于大口径短螺旋和旋挖斗钻孔施工,除此之外,钻机采用的是多用途模块式设计,还配置如下机具施工:

长螺旋(CFA)钻具、全套管与冲抓斗、液压抓斗地下连续墙、液压锤、振动锤等。

日本生产的螺旋钻机主要以附着式为主。实际上它的底盘并不是纯粹的起重机,只是外观像起重机,它的平台、吊臂、液压系统都是根据螺旋钻机的特点设计的。附着式螺旋钻机的最大特点是一机多用(即可作钻机用,也可以做起重机用)作业范围大,并且可以定装扩底装置,缺点是动力头扭矩偏小,不能长距离加压,成孔的垂直度没有独立式钻机好。

目前,国内的螺旋钻机主要生产厂家为:湖南山河智能、湖南三一、徐工、中联重科、徐州东明、北京巨力、天津宝峨、石家庄煤机、连云港黄海、哈尔滨四海、内蒙古北方重汽、宇通重工、南车时代、山东鑫国、郑州勘察等。

国内近年来利用各种方式和途径为消化吸收国外先进技术的基础上,不断创新,相继开发了多种型式的螺旋钻机。如湖面山河、徐工集团等开发的专用底盘螺旋钻机;三一重机、石家庄煤机等开发的挖掘机底盘螺旋钻机。国产螺旋钻机整体水平虽然与国外产品还有一定差距,但主要性能已接近国外先进水平,价格便宜明显,所以从2003年下半年开始,国内螺旋钻机市场已经从进口机为主变为已国产机为主。 


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