打樁機動力結構設計

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湘潭大學興湘學院 畢業(yè)設計說明書 題 目： 打樁機動力結構設計 專 業(yè)： 機械設計制造及其自動化 學 號： 2010963121 姓 名： 毛文杰 指導教師： 吳繼春老師 完成日期： 2014年5月 摘要 本設計涉及了長螺旋打樁機鉆桿，其主要特征為，包括帶有通孔的桿體。在所述桿體的外壁面帶有螺旋線。當鉆入地下時，工作人員根據(jù)桿體外壁面的螺旋線直接測量到鉆頭的轉動情況和豎直行進情況。隨時調(diào)整豎直行進速度和轉動速度，以達到轉動和豎直行進速度的同步。確保所打樁體呈螺旋狀;打樁機鉆頭當需要更換或維修鉆尖和鉆鎬時，不需要使用電氣焊將鉆尖或鉆鎬從鉆頭基體上切割下，只需要松開固定鉆尖和鉆鎬的連接螺栓，可以方便的將鉆尖和鉆鎬從鉆頭基體上拆卸下來，進行更換或維修，更換和維修鉆尖、鉆鎬的時間很短，大大提高了作業(yè)率;打樁機立柱，其特征是，立柱為上段立柱和下段立柱分體結構，上段立柱和下段立柱通過連接裝置連接為一體。在轉場運輸時，只需將上段立柱以銷軸為支點彎拆下來，即達到公路運輸不超高的要求，不需要將立柱整體拆卸省時省力。提高了工作效率;改進的滑輪組，通過增加導向輪，采用擺動式滑輪，降低了鋼絲繩和滑輪的磨損。延長了使用壽命，提高了經(jīng)濟效益。 關鍵詞：打樁機、鉆頭、滑輪組 Abstract The design involves a long spiral drill hammers and its main features are: including the rod with a hole in the wall above the outer rod with a spiral line. When the burrow into the ground, the staff in vitro under the bar direct measurement of the wall of the spiral rotation of the drill bit and vertical road conditions at any time to adjust the vertical speed and rotational speed of the road, the road to reach the speed of rotation and vertical synchronization, to ensure The lanes are helical piling，hammer drill bits need to be replaced or repaired when the drill tip and the drill-ho, you do not use Dianqi Han-ho, the drill tip or drill bit from cutting the substrate, just loosen the drill tip and the drill-ho of the connecting bolts, can easily the drill tip and the drill bit matrix-ho from disassembled, replace or repair, replacement and maintenance of drill point, drill-ho for a short time, greatly improving the operating ratepile-column, and its features are: the column for the upper column and lower column sub-structure, the upper column and lower column by connecting the device is connected as one. Transport in the transition, only the upper column to remove the pin as a fulcrum to bend, that road transport does not meet the requirements of ultra-high, no need to remove the whole column saves time and effort, improve work efficiency，pulley improved by increasing the guide wheel, with swing pulleys, wire rope and pulleys reduce wear and prolong the service life and improve economic efficiency. Keywords：Pile、drill 目錄 1 緒論 ........................................................ 2 1.1 概述 ................................................... 2 1.2 課題的研究背景 ......................................... 2 1.3 打樁機工作原理 ......................................... 2 1.4 打樁機的種類和發(fā)展情況 ................................. 3 2 鉆頭的設計 .................................................. 4 2.1 鉆頭的工作原理 ......................................... 4 2.2 鉆頭長出現(xiàn)的問題 ....................................... 4 2.3 鉆頭的設計方案 ......................................... 4 3 鉆桿的設計 .................................................. 7 3.1 鉆桿的作用及其結構 ..................................... 7 3.2 打樁過程中鉆桿常見問題 ................................. 7 3.3 解決方法 ............................................... 8 3.4 鉆桿設計的具體實施方法 ................................. 8 4 立柱的設計 ................................................... 10 4.1 立柱的工作原理 ......................................... 10 4.2 立柱存在的問題 ......................................... 10 4.3 解決的方案 ............................................. 10 4.4 具體設計方法 ........................................... 10 5 頂部滑輪組的設計 ............................................ 15 5.1 滑輪的作用和類型 ........................................ 15 5.2 滑輪組 .................................................. 17 5.3 國內(nèi)外滑輪組的背景資料 .................................. 21 5.4 滑輪組的改進案 .......................................... 21 結論 ........................................................... 23 參考文獻 ..................................................... 24 致謝 .......................................................... 25 緒論 1.1 概述 本設計主要的設計重點是打樁機頂部滑輪組、鉆頭、鉆桿和立柱的設計。闡述了打樁機頂部滑輪組、立柱、鉆頭和鉆桿的工作原理，給出了打樁機頂部滑輪組、立柱、鉆頭和鉆桿的裝配圖及主要部分零件圖，并且對其進行了些許改進，使其更加的完善。本說明書也將圍繞對打樁機部滑輪組、鉆頭、鉆桿和立柱的設計改進進行主要的講解。 1.2 課題的研究背景 研究背景 近年來,隨著我國國民經(jīng)濟的逐步增強,國內(nèi)各大城市的高層建筑、立交橋、海港碼頭、鐵路公路橋梁等基本建設項目急劇猛增,大口徑基礎樁工程得到廣泛應用。由于現(xiàn)代化的高層建筑、大型橋梁和港口碼頭等結構復雜,負荷十分巨大,對基礎的承載能力和防止沉陷方面的要求較高。根據(jù)建設部門的資料,對高層建筑基礎的處理,通常是采用箱式、地下連續(xù)墻、樁等形式作為基礎。由于打樁機結構簡單，堅固可靠，外型美觀，使用靈活，操作簡便等優(yōu)點，尤其是打樁經(jīng)濟效益好，不需降水，換土等。振動錘減震效果優(yōu)良，噪音低，樁架振動小，勞動條件較好，使用，維修，保養(yǎng)方便，收效快,在建筑業(yè)中將發(fā)揮其獨特作用。 1.3 打樁機工作原理 利用沖擊力將樁貫入地層的樁工機械。由樁錘、樁架及附屬設備組成。樁錘依附在樁架前部兩根平行的豎直導桿之間，用提升吊鉤吊升。樁架為一鋼結構塔架,在其后部設有卷揚機,用以起吊樁和樁錘。樁架前面有兩根導桿組成的導向架，用以控制打樁方向，使樁按照設計方位準確地貫入地層。塔架和導向架可以一起偏斜，用以打斜樁。導向架還能沿塔架向下引伸，用以沿堤岸或碼頭打水下樁。樁架能轉動，也能移行。打樁機的基本技術參數(shù)是沖擊部分重量、沖擊動能和沖擊頻率。樁錘按運動的動力來源可分為落錘、汽錘、柴油錘、液壓錘等。 頂部滑輪組是用法蘭螺栓安裝在立柱頂部亦稱鵝頭，滑輪組中有7個滑輪，分別為沉樁，拔樁，吊鋼筋籠和吊加料多斗用。頂部滑輪采用繩索滑輪，一般用來導向和支撐。以改變繩索及其傳遞拉力的方向或平衡繩索分支的拉力?；喗M是由若干個定滑輪和動滑輪匹配而成，可以達到既省力又改變力作用方向的目的。動滑輪被兩根繩子承擔，即每根繩承擔物體和動滑輪。使用中，省力多少和繩子的繞法，決定于滑輪組的使用效果。 立柱是樁架主體，由五節(jié)卷管和導軌，爬梯，撐桿上鉸鏈，立體支撐等組成。下端用軸固定在底盤立柱支承座上，導輪采用國內(nèi)統(tǒng)一標準，適用于柴油錘和其他形式的振動錘的標準滑塊，滾輪。立柱各節(jié)的法蘭，螺栓孔均能互換，因而立柱高度可以根據(jù)沉樁的實際長度進行安裝。立柱主要用于配掛柴油樁錘，振動樁錘和鉆孔機等進行工業(yè)與民用建筑，道路，橋梁，港口和碼頭的基礎施工。 1.4 打樁機的種類和發(fā)展情況 1，振動錘打樁機。利用樁錘的機械振動力，使樁沉入地下，適用于承載較小的預制混凝土樁、鋼板樁等。 2，柴油錘打樁機。利用燃油爆炸，推動活塞，靠爆炸力沖擊樁頭，使樁沉入地下，適宜打各類預制樁。 3，蒸汽錘打樁機。利用高壓蒸汽將錘頭上舉，然后靠錘頭自重向下沖擊樁頭，使樁沉入地下。 4，靜力壓樁機。 利用機械卷揚機或液壓系統(tǒng)產(chǎn)生的壓力，使樁在持續(xù)靜壓力的作用下壓入土中，使用于一般承載力的各類預制樁。打樁機還有旋挖式樁機，是用螺旋向地下挖，然后灌樁。按樁錘運動的動力來源可分為落錘、汽錘、柴油錘、液壓錘打樁機等。 5，落錘打樁機 樁錘是一鋼質(zhì)重塊，由卷揚機用吊鉤提升，脫鉤后沿導向架自由下落而打樁動力，有單動汽錘和雙動汽錘兩種。汽錘的進排汽旋閥的換向可由人工控制，也可由裝在錘頭一側并隨錘頭。升降的凸緣操縱桿自動控制，兩種方式都可以調(diào)節(jié)汽錘的沖擊行程。 6，柴油錘打樁機 主體也是由汽缸和柱塞組成，其工作原理和單缸二沖程柴油機相似，利用噴入汽缸燃燒室內(nèi)的霧化柴油受高壓高溫后燃爆所產(chǎn)生的強大壓力驅動錘頭工作。柱塞和缸筒之間的活動間隙用彈性柱塞環(huán)密封。 7，液壓錘打樁機 以油液壓力為動力，可按地層土質(zhì)不同調(diào)整液壓，以達到適當?shù)臎_擊力進行打樁，是一種新型打樁機。 日本是從1959年開始發(fā)展振動打樁機的，但是振動打樁機由于打樁性能受土質(zhì)條件的限制，在較軟地層打樁或拔樁速度較快，而在堅硬地層和粘土層時，由于樁端阻力較大，打樁速度較慢或者幾乎不能打入，因此發(fā)展了振動沖擊式打樁機和振動噴水聯(lián)合作用的施工法。由于柴油打樁機在堅硬的地層中打樁具有很大的打擊力，顯示了它的優(yōu)越性，因此在日本的打樁工程中占據(jù)了主導地位。振動打樁機用在打入或拔出鋼板樁，以及小直徑砂樁等。可是到了六十年代后半期由于“公害”引起人們的注意，柴油打樁機被禁止在市區(qū)使用，這樣又促進了振動打樁機的發(fā)展，隨著振動打樁機承擔的打樁任務日益廣泛，打樁的地址條件更加復雜，促使了振動打樁機向大型高效能的機種方向發(fā)展。蘇聯(lián)從1934年開始研究振動參數(shù)的變化對土壤阻力的影響，并試用了用打板樁和鋼管樁的“巴金堪”型“羅斯金”型振動打樁機。1949年高爾基水電站的格型圍堰中使用了BT-5型振動打樁機，打樁條件是在飽和水的砂土中將鋼板樁打入9-12米的深度花費時間2-3分。這種新的施工法在現(xiàn)場中的使用的結果說明用振動方法打樁效果好、費用少、與氣動打樁機相比在8小時的作業(yè)時間內(nèi)氣動打樁機可打入18根樁而振動打樁機可打入31根樁施工費節(jié)約46%同時振動打樁機不需要輔助設備，如空氣壓縮機或蒸汽鍋爐、管道等，并且振動打樁機不會損壞樁頭，拔樁容易板樁可以反復使用，還可不用變換零件就能作為拔樁設備使用。由于振動打樁機具有上述優(yōu)點因此在蘇聯(lián)得到了廣泛應用?？傊驑稒C是基礎施工常用的設備之一可將鋼板柱鋼板樁，預制混凝土樁打入地基內(nèi)。由于這種機械能進行打拔樁作業(yè)具有施工效率高，經(jīng)濟性好等優(yōu)點，已被廣泛應用于打地基、圍堰工程和人工島等基礎施工。 第二章 鉆頭的設計 2.1 鉆頭的工作原理 從動力頭輸出的轉矩通過鉆桿傳遞到鉆頭，進行切削土層鉆頭的直徑與設計的孔徑是一致的，考慮到鉆孔的效率一般都設計雙頭螺根據(jù)土體的不同在切削刃部分采用不同的結構和熱工藝處理。在本設計中，將對傳統(tǒng)的鉆頭進行改進這是由于傳統(tǒng)的鉆頭由于其自身的結構特點在維修和更換時會有很多的不便，將會降低工程效率通過一些結構上的改進之后會解決這些問題便于維修和更換，提高效率、節(jié)約資金。目前，建筑打樁機的鉆頭組成主要包括鉆頭基本體，鉆尖、鉆鎬、螺旋葉片等。螺旋葉片固定在鉆頭基本體上鉆尖和鉆鎬焊接在鉆頭基本體的頭部與鉆尖基本體形成不可分割的，一個整體，其中鉆頭基本體為空心結構在鉆頭基本體的頭部設有出料口，出料口外設有出料門隱蔽出料口，攪拌好的混凝土由出料口流出。 2.2 鉆頭長出現(xiàn)的問題 對于以前這種結構的打樁機鉆頭會存在以下問題：<1>在打樁過程中，鉆尖和鉆鎬磨損嚴重，很容易損壞。需要及時的修復或者更換，但是由于鉆尖和鉆鎬是焊接在鉆頭基本體的頭部與鉆頭基本體形成了不可分離的整體，所以需要使用電氣焊將鉆尖或者鉆鎬從鉆頭基本體上切割下來，然后才能進行修復或者更換。這樣的話效率低，浪費時間，將會嚴重影響建筑施工的進度。<2>出料門暴露在鉆頭的表面，很容易磨損或者刮掉，容易卡死，影響打樁機的正常工作。<3>使用的壽命短，成本高，不利于維修，作業(yè)率低。 介于以上情況,此次設計的打樁機的鉆頭，其主要的的特點是提供了一種新型的建筑打樁機鉆頭方便修復和更換鉆尖和鉆鎬本證出料門的正常工作，提高使用壽命，便于維護，提高作業(yè)率，解決以上情況。 2.3 鉆頭的設計方案 方案<1>：頭組成中包括鉆頭基本體、鉆尖、鉆鎬、螺旋葉片、出料口。螺旋葉片固定在鉆頭基本體上，鉆尖和鉆頭基本體是可以分離的，鉆尖是通過鉆尖螺栓固定在鉆頭基本體的頭部，鉆鎬與螺旋葉片是可以分離的，鉆鎬通過鉆鎬螺栓固定在螺旋葉片的頭部，鉆頭基本體為空心結構，在鉆頭基本體的頭部設有出料口，出料口外設有出料門隱蔽出料口，出料口位于鉆尖的下方。鉆尖與鉆頭基本體之間可以通過鉆尖座固定連接，鉆尖座固定在鉆頭基本體上，鉆尖固定在鉆尖座上。 出料口外設置的出料門與鉆頭基本體之間通過銷軸連接，便于打開出料門和更換出料門，沿銷軸轉動出料門可以打開出料門，露出出料口。 出料口可以設置鉆鉆頭基本體頭部的側面，出料門低于鉆尖的外面; 出料口也可以設置在鉆頭基本體的頂部，出料門與鉆尖座成為一體，鉆尖通過螺栓固定在鉆尖座上。 打開出料門，鉆尖也隨之其翻轉。 為提高工效，鉆尖上設有切削刀刃，出料口為有斜度的喇叭形。采用這種方案，當需要更換或者維修鉆尖和鉆鎬時，不需要使用電氣焊將鉆尖或者鉆鎬從鉆頭基本體上切割下來，只需要松開固定鉆尖和鉆鎬的鏈接螺栓便可以方便的將鉆頭和鉆鎬從鉆頭基本體上拆卸下來，進行更換或者維修，且更換和維修鉆頭鉆鎬的時間很短，大大提高了作業(yè)率，出料門更換方便，開合自如，不存在料門不開現(xiàn)象。解決了鉆頭到底，料門打不開堵管的問題。本設計具有結構合理提高了使用壽命，便于維修、提高作業(yè)率、成本低等特點、方便更換修復鉆尖和鉆鎬，保證出料門的正常工作。如圖2.1，圖2.2所示，其中1 鉆頭基本體、2 鉆尖、3 鉆鎬、4 螺旋葉片、5 出料口、6 鉆尖螺栓、7 鉆鎬螺栓、8 出料門、9 銷軸、10 連接法蘭、11 鉆尖座 圖 2.1 鉆頭 圖 2.2 拆分后的鉆頭 根據(jù)圖 2.1和圖 2.2，在實際中，打樁機鉆頭的組成包括鉆頭基本體1、鉆尖2、鉆鎬3、螺旋葉片4、出料口5、螺旋葉片固定在鉆頭基本體上，鉆尖和鉆頭基本體是可以分離的。鉆尖與鉆頭，基本體之間通過鉆尖座固定連接，鉆尖座11固定在鉆頭基本體1上，鉆尖通過鉆尖螺栓6固定在鉆尖座11上，鉆鎬與螺旋葉片是可分離的，鉆鎬通過鉆鎬螺栓7固定在螺旋葉片的頭部，鉆頭基本體為空心結構，在鉆頭基本體的頭部設有出料口5，出料口外設有出料門8隱蔽出料口，出料口位于鉆尖的下方，出料口設置在鉆頭基本體的側面，出料門低于鉆尖外表面，出料門口外設置的出料門8與鉆頭基本體之間通過銷軸9連接。便于打開出料門和更換出料門，沿銷軸轉動出料門可以打開出料門露出出料口。在鉆頭基本體1的尾部設有連接法蘭10，通過該法蘭將鉆頭與鉆桿，固定連接，外力驅動鉆桿旋轉，鉆頭開始工作，鉆頭鉆至預訂的位置，提起鉆桿、鉆頭、打樁料將出料門打開，通過出料口注料打樁。由于出料門8采用銷軸，9與鉆頭基本體1連接，并且出料口設置在鉆頭基本體頭部的側面，出料門低于鉆尖外表面，使得出料門1不會被卡住,不易損壞。 鉆頭使用一段時間后，易損件磨損，主要更換鉆尖2、鉆鎬3、出料門8、當鉆尖需要更換是松開固定鉆尖的鉆尖螺栓6，在鉆頭基本體上卸下鉆尖，進行更換當鉆鎬需要更換時，松開固定鉆鎬的鉆鎬螺栓7在螺旋葉片4上卸下鉆鎬進行更換，打開出料門上的銷軸9就可以更換出料門8.鉆尖2上設有切削刀刃提高鉆頭工效，出料口5為有斜度的喇叭形，外面開口大里面開口小，增大出料口的排料量不易堵料。 所有易損件都是可以拆卸的，在鉆頭上更換，不需要使用電氣焊，縮短更換時間，方便實用。 方案<2>:此方案只做假單的介紹，此方案的不同之處是出料門的位置，其余部分與方案<1>相同，只是此方案的出料口設置在鉆頭基本體1的頂部，出料門8與鉆尖座11成為一體，鉆尖2通過螺栓6固定在鉆尖座11上，打開出料門鉆尖也隨之以其翻轉，扣上出料門8，鉆尖2、鉆尖座11與鉆頭基本體1成為一個固定整體。 第三章 鉆桿的設計 3.1 鉆桿的作用及其結構鉆桿的設計 鉆桿的作用是在作業(yè)中傳遞動力轉矩時，鉆頭切削土層同時將切下來的泥土通過鉆桿軸送到孔外形成孔柱狀。 鉆桿的結構一般是中心為一定直徑的無縫鋼管，外面焊接一定螺距的旋片，由于鉆桿本身不承擔切削土層的任務為減少螺旋葉片與孔壁的的摩擦力，因此鉆桿的直徑往往比鉆頭直徑小20-30mm，螺旋葉片的厚度及螺距則根據(jù)螺桿強度、土層狀況、機械壽命等因素，確定鉆桿的分節(jié)長度一般為2.5-5m不等。如圖3.1所示，其中 1 螺旋葉片、2六角鏈接頭、3六角連接套筒 圖3.1 鉆桿內(nèi)部結構 鉆桿與鉆桿的鏈接可采用階梯法鏈接，也可用六角套筒并通過錐銷鏈接。如圖3.2所示，其中 1 銷 、2 六角套筒鏈接。 圖3.2 六角套筒 3.2 打樁過程中鉆桿常見問題 在建造樓房、橋梁建筑時，往往需要打樁，目前使用的長螺旋打樁機采用鉆頭、鉆桿和動力機構構成。由于不同地方的地層構造不同，當鉆頭進入地下時，工作人員不能看到鉆頭，不能根據(jù)鉆頭所處地層的構造達到鉆頭轉動與行進速度的同步，造成所打樁不呈螺旋狀。 3.3 解決方法 介于這種情況，此設計的目的就是提供一種能在不同地層構造情況下使樁體呈螺旋狀的長螺旋打樁機鉆桿。為實現(xiàn)上述目的設計的鉆桿為包括帶有通孔的桿體，且在桿體的外壁面帶有螺旋線。且所述的螺旋線為螺旋突起，且所述的螺旋線為螺旋凹槽，所述的螺旋線為與桿體外壁不同顏色的螺旋顏色層，所述的螺旋線的螺距100mm-1600mm所述的桿體直徑為120mm-800mm。 此設計的打樁機鉆桿與以前的技術相比，具有以下特點1、由于桿體的外壁面帶有螺旋線，該螺旋線的螺距與鉆頭的螺距相等，當鉆入地下時，工作人員根據(jù)桿體外壁面的螺旋線直接測量到鉆頭的轉動情況和豎直行進情況，可以隨時的調(diào)整豎直行進速度和轉動速度，以達到轉動和豎直行進速度的同步，確保所打樁體呈螺旋。2、由于螺旋線的螺距為100mm-1600mm，所述桿體的直徑120mm-800mm，針對不同螺距的鉆頭，可以選用不同螺距的鉆桿。 3.4 鉆桿設計的具體實施方法 結合圖形對此長螺旋打樁機鉆桿的結構和使用原理做進一步的說明。 如圖所示，此打樁機的長螺旋鉆桿包括帶有通孔1的桿體2，在桿體的外壁面上帶有螺旋線3。根據(jù)桿體加工的需要，螺旋線3可以為螺旋突起，可以是螺旋凹槽，也可以是與桿體外壁不同顏色的螺旋顏色層。 螺旋線3的螺距與鉆頭的螺距相等，為了適合于不同螺距和不同直徑的鉆頭，螺旋線3的螺距為100mm-1600mm桿體的直徑為120mm-800mm。當使用時，將鉆桿連接于鉆頭和動力裝置之間，當轉入地下時，工作人員根據(jù)桿體外壁面的螺旋線直接測量到鉆頭的轉動情況和豎直行進情況，隨時調(diào)整豎直行進速度和轉動速度，以達到轉動和豎直行進速度的同步確保所打樁體呈螺旋狀。如圖3.3所示，其中 1 通孔、2 桿體、3 螺旋線 圖 3.3 鉆桿 第四章 立柱的設計 4.1 立柱的工作原理 目前，在人們使用的液壓打樁機的一側固定安裝有立柱，立柱為整體結構，立柱的下部與液壓打樁機的機體連接，中上部通過立柱斜支桿連接在液壓打樁機上，立柱斜支桿通過銷軸與立柱上的銷軸孔鉸接，立柱為兩根平行的槽形鋼軌道，在平行的槽形鋼軌道上連接有液壓錘滑板，液壓錘滑板可以在槽形鋼軌道上運行。 4.2 立柱存在的問題 該液壓打樁機由于立柱較高，并固定在液壓打樁機的一側，轉場運輸在公路上行駛時，超高的立柱與跨越公路的線纜相沖突，同時超高的立柱也無法通過橋涵，必須將立柱整體拆卸下來進行運輸，拆卸及安裝時非常繁雜、勞動強度大。費事費力。 4.3 解決的方案 這回設計的目的主要是提供一種轉場運輸時不需要整體拆卸的液壓打樁機立柱。其實現(xiàn)方法是通過將立柱分為上段立柱和下段立柱結構，上段立柱和下段立柱通過連接裝置連接成一體。連接裝置有一上固定板、下固定板、和動板，上固定板連接在上段立柱上，下固定板連接在下段立柱上，動板的上段與上固定板連接，在下固定板和動板上有螺絲孔和銷軸孔，下固定板和動板上的螺絲孔相對應，下固定板和動板上的銷軸孔與立柱上的銷軸孔相對應，或者在下固定板和動板上有螺絲孔，下固定板和動板上的螺絲孔相對應，或者有一鉸鏈，鉸鏈連接在立柱的一側，在立柱的另一側連接有連接板，連接板通過螺絲連接，或者有連接板，連接板對應連接在上段立柱和下段立柱的側面，連接板通過螺絲連接。有益效果，當采取上述方案時，立柱分為上段立柱和下段立柱，打樁時將上段立柱豎起，并通過螺絲與下段立柱連接為一個整體，液壓錘滑板可以在上段立柱和下段立柱構成的立柱上自由上、下；轉場運輸時，將上段立柱向一側放到，或者將上段立柱從下段立柱取下，是液壓打樁機的整體高度降低，處于運輸?shù)臉烁咭詢?nèi)，不需要整體拆卸，達到了本實用新型的目的。該打樁機立柱結構簡單，在轉場時，只需要將上段立柱以銷軸為支點彎折下來，即達到公路運輸不超高的要求，不需要將立柱整體拆卸省時省力，提高了工作效率。 4.4 具體設計方法 （1）在液壓打樁機的一側固定安裝有立柱，立柱的下部與液壓打樁機的機體連接；中上部通過立柱斜支桿10 連接在液壓打樁機上，立柱斜支桿10 通過銷軸7與立柱鉸接，立柱為二根平行的槽形鋼軌道，槽形鋼的槽口對外，在兩根平行的槽形鋼軌道上連接有液壓錘滑板，液壓錘滑板騎跨在二根槽形鋼軌道之間的空檔中，立柱為上段立柱1 和下段立柱6 分體結構，上段立柱1 和下段立柱6 通過連接裝置連接為一體。連接裝置有一上固定板2、下固定板5 和動板3，上固定板2 連接在上段立柱1 外側的槽口上，并與槽形鋼的槽口平齊；下固定板5 連接在下段立柱6 外側的槽口上，并與槽形鋼的槽口平齊，動版3 的上段與上固定板2 連接，在下固定板5 和動板3 上有螺絲孔和銷軸孔，下固定板5 和動板3 上的螺絲孔相對應，下固定板和動板3 由螺絲4 固定，下固定板5 和動板3 上的銷軸孔與立柱上的銷軸孔相對應，銷軸7 穿過立柱斜支桿10、下固定板5 和動板3 的銷孔，當擰掉螺絲4 后，上段立柱1 能以該銷軸7 為支點轉動。如圖4.1所示， 1 上段立柱、2 上固定板、3 動板、4 螺絲、5 下固定板、6 下段立柱、7 銷軸、10 立柱斜支桿 圖 4.1 立柱 （2）主要特點是下固定板6 和動板3 上有螺絲孔，下固定板6 和動板3 上的螺絲孔相對應，下固定板6 和動板3 通過螺絲4 固定。其它的實施情況和（1）中相同，在液壓打樁機的一側固定安裝有立柱，立柱的下部與液壓打樁機的機體連接；中上部通過立柱斜支桿10 連接在液壓打樁機上，立柱斜支桿10 通過銷軸7 與立柱鉸接，立柱為二根平行的槽形鋼軌道，槽形鋼的槽口對外，在兩根平行的槽形鋼軌道上連接有液壓錘滑板，液壓錘滑板騎跨在二根槽形鋼軌道之間的空檔中，立柱為上段立柱1 和下段立柱6分體結構，上段立柱1 和下段立柱6 通過連接裝置連接為一體。連接裝置有一上固定板2、下固定板5 和動板3，上固定板2 連接在上段立柱1 外側的槽口上，并與槽形鋼的槽口平齊；下固定板5 連接在下段立柱6 外側的槽口上，并與槽形鋼的槽口平齊，下固定板5 連接在下段立柱6 外側的槽口上，并與槽形鋼的槽口平齊，動版3 的上段與上固定板2 連接，下固定板6 和動板3 上有螺絲孔，下固定板6和動板3 上的螺絲孔相對應，下固定板6 和動板3 通過螺絲4 固定。如圖4.2所示，其中 1 上段立柱、2 上固定板、3 動板、4 螺絲、5 下固定板、6 下段立柱 圖4.2 立柱 （3）主要特點是二根槽形鋼的槽口均向內(nèi)，液壓錘滑板騎跨在二根槽形鋼軌道之間的空擋中，液壓錘滑板通過滾輪在槽形鋼的槽內(nèi)運動，連接裝置由鉸鏈8 和連接板9構成，鉸鏈8 連接在二根立柱的后外側，在二根立柱的前外側連接有連接板9，連接板9 通過螺絲連接。其它的實施情況和（1）中相同，在液壓打樁機的一側固定安裝有立柱，立柱的下部與液壓打樁機的機體連接；中上部通過立柱斜支桿10 連接在液壓打樁機上，立柱為二根平行的槽形鋼軌道，槽形鋼的槽口對外，在兩根平行的槽形鋼軌道上連接有液壓錘滑板，液壓錘滑板騎跨在二根槽形鋼軌道之間的空檔中，立柱為上段立柱1 和下段立柱6 分體結構，上段立柱1 和下段立柱6 通過連接裝置連接為一體。連接裝置有一上固定板2、下固定板5 和動板3，上固定板2 連接在上段立柱1 外側的槽口上，并與槽形鋼的槽口平齊，下固定板5 連接在下段立柱6 外側的槽口上，并與槽形鋼的槽口平齊，動版3 的上段與上固定板2 連接。如圖4.3所示，其中 1 上段立柱、鉸鏈8、連接板9 圖4.3 立柱 (4) 主要的特點是連接裝置由鉸鏈8 和連接板9 構成，鉸鏈8 連接在一根立柱的左外側，在另一根立柱的右外側連接有連接板9，連接板9 通過螺絲連接。其它與的實施情況和（2）相同，在這里就不再重復。如圖4.4所示，其中 1 上段立柱、6 下段立柱、8 鉸鏈、9 連接板 圖 4.4 立柱 (5)主要的特點是連接裝置由上，下連接板9 構成，上、下連接板9 對應連接在上段立柱1和下段立柱6 的側面，連接板9通過螺絲連接。其它的實施情況和（2）相同，在這里就不再重復了。如圖4.5所示，其中 1 上段立柱、6 下段立柱、9 連接板 圖 4.5 立柱 第五章 頂部滑輪組的設計 5.1 滑輪的作用和類型 一，滑輪的主要作用是導向和支撐，以改變鋼絲繩的走向，從而改變所傳遞拉力的方向。也可用來平衡鋼絲繩分支的拉力、或者組成滑輪組達到省力或增速的目的。根據(jù)滑輪的軸線是否運動，有定滑輪和動滑輪之分。只利用滑輪的轉動來均勻鋼絲繩拉力的滑輪叫做均勻滑輪。根據(jù)制造方法，滑輪有鑄造滑輪、焊接滑輪、熱軋滑輪等。 （1）鑄造滑輪，有鑄鐵和鑄鋼兩類。承受負荷不大的小尺寸滑輪（D<350mm），一般制成實體的滑輪，其材料為HT150 鑄鐵，鑄鐵滑輪工藝性好，廉價；承受負荷大的大尺寸滑輪一般采用球鐵（如QT42-10）或鑄鋼（如ZG230-450、ZG270-500 或ZG35Mn 等），鑄成帶筋、孔和帶輪輻的結構。這種滑輪具有較高的強度和沖擊韌性。 （2）焊接滑輪，目前多數(shù)焊接滑輪是先將鋼板壓制成繩槽形狀，由數(shù)快壓制成形的鋼板拼成一個整圓后再與輻板焊接而成。另一種是軋制繩槽鋼焊接滑輪，先由熱軋機軋制出各種規(guī)格的條狀繩槽鋼，然后將其卷制成圓環(huán)形，再與輻板，輪轂焊接制成滑輪。這種滑輪的結構簡單，強度高，抗沖擊能力好，材料利用率高，重量輕，特別是軋制繩槽鋼滑輪，繩槽幾何精度高，硬度適中，可提高鋼絲繩使用壽命。 （3）熱軋滑輪是國外八十年代中期出現(xiàn)的一種新型滑輪。熱軋滑輪是旋轉的圓形鋼板上用火焰將其邊緣加熱，然后使用特殊的工藝將鋼板外緣直接軋制成滑輪的繩槽，和輪轂焊接制成滑輪。熱軋滑輪重量輕、強度好、精度高、繩槽表面硬度較高。熱軋滑輪已在我國港口機械中大量使用，已有系列產(chǎn)品。 （4）帶尼龍繩槽襯墊雙輻板壓制滑輪，這種滑輪的兩片幅板采用4-6mm 的普通碳素鋼鋼板壓制成型，并用脹鉚和過盈配合工藝使之與滑輪輪轂連成一體而成，滑輪輪緣繩槽裝有可拆卸的繩槽襯墊。其優(yōu)點自重輕，繩槽耐磨性好，無噪音。 二，滑輪直徑和繩槽 1.滑輪的直徑 為了提高鋼絲繩的使用壽命，滑輪的圈繞直徑應滿足： 式中D —滑輪的最小圈繞直徑（mm）； h —與機構工作級別和鋼絲繩結構有關的系數(shù)，見下表； d—鋼絲繩直徑（mm）； D—滑輪槽底直徑（mm）。 均衡滑輪的直徑，對橋式類型起重機取D 相同，對于臂架起重機應小于0.6 Dmin滑輪繩槽的形狀和尺寸在很大程度上影響著鋼絲繩的使用壽命，應滿足：鋼絲繩與槽繩有足夠的接觸面積；鋼絲繩在繞進繞出滑輪時，能順利通過而不會卡住，也不會脫出，鋼絲繩相對繩槽有一偏角（≤4°）時，不脫槽、不磨邊，能正常工作。 三，滑輪的效率 1,鋼絲繩繞過滑輪時,產(chǎn)生僵性阻力今兒軸承摩擦阻力,從而增加功的消耗。當鋼絲繩上繞滑輪時,由于曲率的改變,繩股間及鋼絲間發(fā)生相對滑移,產(chǎn)生摩擦,加之鋼絲繩的彈性,這些都阻礙著它不能立刻適應滑輪繩槽的曲率,且向外偏移一定量。同樣,當鋼絲繩繞出滑輪時也不能立刻恢復直線狀態(tài),而是向里產(chǎn)生一偏離值,如圖所示5.1,這就使繞入分支的力臂增大,繞出分支的力臂減小。要是滑輪轉動,必須增大繞出分支的拉力,這樣的阻力稱之為僵性阻力W 。 式中：λ——僵性系數(shù),與鋼絲繩直徑、結構、材料及滑輪直徑有關。一般用實驗方法確定。在一般條件下取λ=0.01；S——鋼絲繩繞入邊拉力。由于鋼絲繩拉力對軸承產(chǎn)生壓力，當滑輪轉動是產(chǎn)生摩擦阻力距，鋼絲繩繞過滑輪運動所需克服的摩擦阻力位W 為 式中：μ——軸承的摩擦系數(shù)； d——軸承的名義直徑； D——滑輪直徑； 因此，總阻力為 式中：e——阻力系數(shù)，e≈0.02（滾動軸承）； e≈0.05（滑動軸承）。 如圖5.1所示 圖 5.1 滑輪 2, 滑輪的效率 1）定滑輪的效率 由于繞入滑輪分支和繞出分支端拉力的行程相同由圖6.2a 可知，其效率為 2）動滑輪的效率 重物Q 懸掛在滑輪心軸上，鋼絲繩繞出分支端拉力P 的行程為Q的2倍 如圖5.2b所示 圖 5.2 滑輪 故其效率為 而 故 比較 即動滑輪的效率比定滑輪高。在設計中，為簡化計算，滑輪的效率取同一值。 即 η=0.98（用滾動軸承的滑輪）； η=0.95（用滑動軸承的滑輪）。 5.2 滑輪組 1、滑輪組的類型 滑輪組按其作用可分為省力滑輪組和增速滑輪組。省力滑輪組如圖5.3，通過它可以用較小的驅動力產(chǎn)生很大的提升力，即用較小的力吊起較重的貨物。它是起重機中最常見的滑輪組。增速滑輪組如圖5.4，它可以使被驅動的貨載獲得高于驅動部件的速度，驅動部件以較小的行程，可使被驅動的貨載得到較大的行程。增速滑輪組主要用于液壓今兒氣力驅動的起升機構中，如叉車的起升機構?；喗M根據(jù)構造又分為單聯(lián)滑輪組和雙聯(lián)滑輪組。 單聯(lián)滑輪組中，鋼絲繩的一端固定，而另一端繞入卷筒，結構簡單、質(zhì)量輕，但當卷筒卷入或放出鋼絲繩時，鋼絲繩沿卷筒軸向移動，貨物作垂直運動的同時還伴隨有水平運動，用于橋式起重機時，會使貨重載荷在兩主梁上分配不均勻，給裝卸、安裝作業(yè)的操作帶來不便。因此單聯(lián)滑輪組多用于臂架類型的起重機如圖5.5。 雙聯(lián)滑輪組中，我們可以將其看作由兩個單聯(lián)滑輪組對稱布置而成。每個單聯(lián)滑輪組承受起省載荷的1/2。為了均衡兩個單聯(lián)滑輪組的拉力和長度，設有均衡滑輪或均衡梁。因為兩根鋼絲繩對稱繞入卷筒，所以避免了單聯(lián)滑輪組中卷筒支座收載不均和貨物水平移動的缺點，但體積大，質(zhì)量加重，這種滑輪組多用于橋梁類型起重機。如圖5.3，圖5.4，圖6.5所示 圖 5.3 省力滑輪組 圖5.4 增速滑輪組 圖5.5 裝設導線輪的單輪滑輪組 2.滑輪組的倍率 滑輪組的倍率m 就是滑輪組省力或增速的倍數(shù)。 對省力滑輪組 對增速滑輪 圖 5.7 是省力單聯(lián)滑輪組的展開圖。如果不計及鋼絲繩繞過滑輪的阻力，則鋼絲繩每一支所受的力相等，根據(jù)平衡條件 式中：Q——起升載荷； i——滑輪組鋼絲繩的承載分支數(shù)。 由此可見，單聯(lián)滑輪組的倍率數(shù)值等于鋼絲繩的承載分支數(shù)及m=i。 同理，雙聯(lián)滑輪組的倍率數(shù)值等于承載分支數(shù)的二分之一， 即 . 如圖5.6、圖5.7所示 圖 5.6 雙聯(lián)滑輪組 圖5.7 滑輪組展開圖 3.滑輪組的效率 在圖5.6 所示的單聯(lián)滑輪組的展開圖中，設起重量為Q，承載分支數(shù)為i。倍率m=i若不計阻力損失時，則每分支的拉力相等。即 如考慮滑輪阻力的損失，鋼絲繩每根分支中的拉力不相等，設各滑輪的效率為η，則 根據(jù)平衡條件 故 滑輪組的效率為 滑輪組的效率與倍率和滑輪的效率有關，不同倍率時的滑輪組效率列于下表中 不同倍率的滑輪組效率 軸承形式 滑輪效率 η 滑輪組效率 η 滑輪組倍率 m 2 3 4 5 6 7 8 滾動軸承 0.98 0.99 0.98 0.97 0.96 0.95 0.935 0.916 滾動軸承 0.95 0.975 0.95 0.925 0.90 0.88 0.84 0.80 5.3 國內(nèi)外滑輪組的背景資料 由于在七十年代末到八十年代中期，國內(nèi)很多公司開始陸續(xù)引進日本的PD-9 與PD-100 型三支點履帶式打樁機，由于在日本，打入式的樁體用鋼管，起吊時采用一點吊，而在我國，打入式的樁體一般用混凝土，起吊時，考慮樁的抗彎強度，必須采用二點吊，為此，對樁架的頂部滑輪組進行了改進，以滿足施工需要，在實踐中，發(fā)現(xiàn)由于混凝土樁的長度不同，吊點位置有變化，另外，樁的起吊初試位置變化及起吊中位置的變化，往往使滑輪與鋼絲繩之間產(chǎn)生劇烈摩擦，使滑輪及鋼絲繩很快磨損，對此，我又想到了進一步的改進。 5.4 滑輪組的改進方案 首先要增加導向輪,如圖5.8所示 圖 5.8 滑輪組內(nèi)部結構 如圖5.8 所示，樁的吊點位置變化，使吊樁鋼絲繩夾角不同，吊點中心距大時，夾角α大，吊點中心距小時，夾角α小。將樁從放置位置吊到樁錘中心，鋼絲繩角度β也從大到小變化，由于導向輪表面光滑無槽，鋼絲繩可在其上任意動或移動，因此不論鋼絲繩角度α或β如何改變，均可保證鋼絲繩中心與滑輪中心一致，減少了鋼絲繩與滑輪的磨損。 其次，采用擺動式滑輪。將軸承座固定在頂部滑輪架上，鋼絲繩通過擺動式滑輪空心轉軸的孔，到達滑輪槽中，在起吊樁時，可以滿足鋼絲繩的角度變化。如圖5.9所示 圖 5.9 滑輪槽結構 通過以上的兩種方法改進之后，將會得到很好的效果，大大降低了鋼絲繩和滑輪的磨損，延長了使用壽命，提高了經(jīng)濟效益。在沒有改進之前，每打1000 根樁，就需要更換滑輪、鋼絲繩，改進后，可以打3000 根才更換一次，節(jié)約資金。 結論 本次設計的題目是打樁機動力裝置結構設計，所以本書主要內(nèi)容都圍繞著打樁機鉆頭、鉆桿、立柱三大部分進行設計，其他部分都是輔助理解，這三個部分主要特點是： 1、 鉆頭的設計使得當需要更換或者維修鉆尖和鉆鎬時，不需要使用電氣焊將鉆尖或者鉆鎬從鉆頭基本體上切割下來，只需要松開固定鉆尖和鉆鎬的鏈接螺栓便可以方便的將鉆頭和鉆鎬從鉆頭基本體上拆卸下來，進行更換或者維修，且更換和維修鉆頭鉆鎬的時間很短，大大提高了作業(yè)率，出料門更換方便，開合自如，不存在料門不開現(xiàn)象，解決了鉆頭到底，料門打不開，堵管的問題。 2、 鉆桿的設計中，主要特點桿體的外壁面帶有螺旋線，該螺旋線的螺距與鉆頭的螺距相等，當鉆入地下時，工作人員根據(jù)桿體外壁面的螺旋線直接測量到鉆頭的轉動情況和豎直行進情況，可以隨時的調(diào)整豎直行進速度和轉動速度，以達到轉動和豎直行進速度的同步，確保所打樁體呈螺旋狀。 3、立柱的設計主要是考慮到了立柱過高的因素，運輸時由于過高而帶來的不方便，通過連接裝置將立柱分成兩部分，且便于裝拆的特點，大大提高了效率，且滿足運輸要求。 4、頂部滑輪組的設計中，主要是為了保證鋼絲繩中心與滑輪中心一致，減少了鋼絲繩與滑輪的磨損，從而考慮增加導向輪。 參考文獻 [1] 成大先. 機械設計手冊(第2 卷、第4 卷) . 北京：化學工業(yè)出版社,1994. 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