靜壓樁機(jī)自行走機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)

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1、摘要 當(dāng)靜壓樁機(jī)壓完一個鋼筋混凝土樁后，需要移動到另一個位置繼續(xù)壓樁，由于施工現(xiàn)場地面凹凸不平、地質(zhì)松軟，常規(guī)的行走機(jī)構(gòu)難以適應(yīng)。步履行走機(jī)構(gòu)地步面積較大、比壓小，能有效的減少樁機(jī)的下陷所以靜壓樁機(jī)一般采用步履行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作地點(diǎn)的移動。 液壓傳動的特點(diǎn)是傳動沖擊小、運(yùn)動非常平穩(wěn)，便于實(shí)現(xiàn)樁機(jī)的啟動、制動。因此，可用液壓缸來實(shí)現(xiàn)樁機(jī)的移動。 本文中樁機(jī)的行走機(jī)構(gòu)由兩個長船支撐板和兩個短船支撐板組成，四個支撐板對稱布置構(gòu)成了樁機(jī)的底盤。長船和短船上分別有一個水平放置的液壓缸來實(shí)現(xiàn)樁機(jī)的水平移動伸縮方向上的液壓缸通過支撐架與驅(qū)動液壓缸連接起來，樁機(jī)移動時，以長船為支撐驅(qū)動長船上的液壓缸移動一

2、個單位行程，然后短船著地以短船為支撐驅(qū)動短船上的液壓缸移動一個單位，依次循環(huán)從而實(shí)現(xiàn)了樁機(jī)的移動。 關(guān)鍵詞：靜壓樁機(jī)；行走機(jī)構(gòu)；長船；短船；液壓缸 32 / 37文檔可自由編輯打印 Abstract When static pressure pile machine reinforced concrete pile when you are finished, you need to move to another location to continue piling, ground due to the constructio

3、n site of rugged, geology is soft, conventional travel agencies find it difficult to adapt. Walking system far larger, smaller than the pressure, can effectively reduce the pile machine , so static pile-pressing machine commonly used walk walking work locations agencies move. Hydraulic transmi

4、ssion with smooth transmission, easy to implement quick start, frequent braking and directional control, hydraulic cylinder to achieve the pile of available moves. Walking mechanism of pile in this article consists of two long boat support plate and consisting of two short boat support plates

5、, four support plate symmetrical arrangement constitutes the machine chassis .Long ship and short ship Shang respectively has a level placed of hydraulic cylinder to achieved pile machine of level mobile vertical direction Shang of hydraulic cylinder through support rack and level hydraulic cylinder

6、 connection up, pile machine mobile Shi, to long ship for support drive long ship Shang of hydraulic cylinder mobile a units trip, then short ship with to short ship for support drive short ship Shang of hydraulic cylinder mobile a units, followed by cycle thereby achieved has pile machine of mobil

7、e. Keywords: static pressure pile machine mobile walking system 目錄 摘要 I Abstract II 1緒論 1 1.1壓樁的必要性 1 1.2靜壓樁機(jī)發(fā)展背景及意義 1 1.3靜壓樁機(jī)行走機(jī)構(gòu)的確定 2 2伸縮液壓缸的設(shè)計(jì) 3 2.1長船對應(yīng)伸縮液壓缸的設(shè)計(jì) 3 2.1.1 液壓缸承受載荷的計(jì)算 3 2.1.2 缸筒尺寸的確定 3 2.1.3液壓泵的選擇 6 2.1.4下端蓋的設(shè)計(jì) 6 2.1.5 活塞的設(shè)計(jì) 7 2.1.6活塞桿的設(shè)計(jì) 8 2.2短船對應(yīng)伸

8、縮液壓缸的設(shè)計(jì) 8 3.驅(qū)動液壓缸的設(shè)計(jì) 9 3.1液壓缸承受負(fù)載的計(jì)算 9 3.2液壓缸尺寸的確定 9 3.3 左右端蓋的設(shè)計(jì) 10 3.4活塞的設(shè)計(jì) 12 3.5活塞桿的設(shè)計(jì) 12 3.6密封圈的選擇 12 4運(yùn)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 14 4.1支撐架的設(shè)計(jì) 14 4.2輪軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 14 4.3端蓋的設(shè)計(jì) 16 4.4軸承的選用 16 4.5滾輪的設(shè)計(jì) 17 5活塞桿末端連接的設(shè)計(jì) 18 5.1連接板的設(shè)計(jì) 18 5.2活塞桿末端連接螺栓強(qiáng)度校核 18 5.3底板連接螺栓強(qiáng)度校核 19 6底板的設(shè)計(jì) 21 6.1 短船的設(shè)計(jì) 21 6.2船、短船布

9、局的確定 23 結(jié)論 24 致謝 25 參考文獻(xiàn) 26 1緒論 1.1壓樁的必要性 良好的地基對于建筑物是十分重要的。地基堅(jiān)固穩(wěn)定，它上面的建筑物也就有了穩(wěn)定牢固的前提。在地基的建設(shè)方面如果分析的不夠全面，譬如有的部分地基深度挖的不夠，管樁數(shù)量不夠會造成地基的強(qiáng)度不夠。在這種情況下，房屋造好后，地基強(qiáng)度不足的這部分在重壓的作用下就會下沉的比其他部分多，因此會造成房屋的變形，嚴(yán)重的甚至?xí)顾?。所以，高層建筑的基礎(chǔ)工程，地基處理變得越來越重要。它不僅保證了建立在這幾十甚至幾百層高和光滑層，也能抵抗風(fēng)荷載和地震等突發(fā)因素的攻擊。向地層中壓入預(yù)制樁在基礎(chǔ)施工中已經(jīng)成為一種十分有

10、效而且應(yīng)用普遍的加固地基的方法。在壓樁進(jìn)行之前，建筑工程師們會利用鉆探等手段對要施工建筑樓層的地方所在的地層進(jìn)行了一番研究，建筑工程師們很清楚哪個深度有堅(jiān)實(shí)的足以承受高樓重量的地層。通過樁機(jī)把許多根鋼筋混凝土樁打入足以承受高樓重量的地層，就可以把高樓的重量通過鋼筋混凝土樁傳遞到這堅(jiān)固地層的樁基上，在這些打有鋼筋混凝土樁的地表上建設(shè)高樓便非常穩(wěn)固了。 1.2靜壓樁機(jī)發(fā)展背景及意義 隨著中國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，中國的城市化進(jìn)程也日新月異。作為城市的標(biāo)志，高層建筑的建設(shè)是必不可少的。 一方面，隨著城市建設(shè)的不斷完善，對市民對市區(qū)環(huán)境的要求也越來越高，傳統(tǒng)的錘式打樁機(jī)噪音特別大對城市環(huán)境造成很大影響

11、。另一方面，錘式打樁機(jī)打樁時振動比較大，對鋼筋混凝土樁造成一定的損壞，影響打樁質(zhì)量。 靜壓樁機(jī)與傳統(tǒng)的錘擊式、灌注式的樁機(jī)施工設(shè)備相比具有的主要優(yōu)點(diǎn)有以下幾個方面： ．靜壓樁機(jī)施工時振動小、無噪聲。這個特點(diǎn)使其可以24小時連續(xù)施工它的效率大大提高。縮短建設(shè)工期從而降低工程造價； ． 施工速度很快，同時場地整潔、施工文明程度高； ．由于送樁器與工程樁樁頭的接觸面吻合較好，送樁器在送樁過程中不會左右晃動和上下跳動，因而可以送樁較深，基礎(chǔ)開挖后的截樁量少； ． 施工中由于壓樁引起的應(yīng)力較小，且樁身在施工過程中不會出現(xiàn)拉應(yīng)力，樁頭一般都完好無損，復(fù)壓較為容易。 總之，靜壓樁機(jī)能適應(yīng)未來建設(shè)

12、施工的發(fā)展，是一種非常有開發(fā)潛力的基礎(chǔ)建筑施工設(shè)備。 靜壓樁機(jī)的工作過程是依靠樁機(jī)自身的重量將預(yù)制樁完全依靠靜載平穩(wěn)、安靜地壓入軟弱地基，是一種新型的樁基礎(chǔ)施工方法--靜壓樁工法。在沉樁過程中，樁尖直接使土體產(chǎn)生沖切破壞，樁周孔隙水受此沖切擠壓作用形成不均勻水頭，產(chǎn)生超孔隙水壓力，擾動了土體結(jié)構(gòu)，使樁周約一倍樁徑范圍內(nèi)的一部分土體抗剪強(qiáng)度降低，發(fā)生嚴(yán)重軟化（粘性土）或稠化（粉土、砂土），出現(xiàn)土體重塑現(xiàn)象，從而可容易地連續(xù)將靜壓樁送入很深的地基土層中。靜壓樁機(jī)施工時不僅具有無震動、低噪聲、環(huán)境污染小的特點(diǎn)，而且它施工質(zhì)量好、使用費(fèi)用低，是基礎(chǔ)施工的首選設(shè)備。當(dāng)靜壓樁機(jī)壓完一個鋼筋混凝土樁后，需

13、要移動到另一個位置繼續(xù)壓樁，由于施工現(xiàn)場地面凹凸不平、地質(zhì)松軟，常規(guī)的行走機(jī)構(gòu)難以適應(yīng)。步履行走機(jī)構(gòu)地步面積較大、比壓小，能有效的減少樁機(jī)的下陷所以靜壓樁機(jī)一般采用步履行走機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)工作地點(diǎn)的移動。靜壓樁機(jī)設(shè)計(jì)還包括液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法及其配置，它直接影響整機(jī)的技術(shù)性能及節(jié)能效果。 1.3靜壓樁機(jī)行走機(jī)構(gòu)的確定 傳統(tǒng)的樁機(jī)行走機(jī)構(gòu)采用機(jī)械式結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)行走功能。這種樁機(jī)由兩對齒輪在鏈條的驅(qū)動下沿齒條方向滾動。該樁機(jī)在行走過程中，噪音極大，能聽到齒輪滾動時發(fā)出的巨大聲響。樁機(jī)啟動或制動時，整個機(jī)身振動較大運(yùn)動不平穩(wěn)。 液壓傳動相對于機(jī)械傳動來說是一門新興技術(shù)，它有著機(jī)械裝置所不能比擬的許多優(yōu)點(diǎn)。此

14、處略舉幾例 液壓傳動能實(shí)現(xiàn)機(jī)構(gòu)的平穩(wěn)工作且快速性好 采用液壓傳動的機(jī)構(gòu)調(diào)速范圍大，能滿足多種工況要求 液壓傳動系統(tǒng)易于操作且可以實(shí)現(xiàn)過載保護(hù)，還能實(shí)現(xiàn)自動化和機(jī)電液整合 液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)制造和維修方便 由于液壓傳動的突出優(yōu)點(diǎn)以及施工場地惡劣的道路環(huán)境，擬采用雙活塞桿液壓缸來驅(qū)動樁機(jī)實(shí)現(xiàn)兩個正交方向上的移動。此種行走機(jī)構(gòu)由長船部分和短船部分構(gòu)成，兩部分在伸縮液壓缸的控制下實(shí)現(xiàn)伸縮，在驅(qū)動液壓缸的驅(qū)動下實(shí)現(xiàn)樁機(jī)的平移。長船與短船交替運(yùn)行一次實(shí)現(xiàn)一個工作循環(huán)，在有序的循環(huán)作用下樁機(jī)便按照控制實(shí)現(xiàn)在泥濘場地上的移動了。 2伸縮液壓缸的設(shè)計(jì) 2.1長船對應(yīng)伸縮液壓缸的設(shè)計(jì) 2.1.1

15、 液壓缸承受載荷的計(jì)算 設(shè)樁機(jī)總質(zhì)量為Ｍ，其中配重質(zhì)量為Ｍ１，樁架為Ｍ２，質(zhì)心Ｍ１Ｍ２沿中心平面分布。有 樁機(jī)外部支撐分布情況如圖2-1 圖2-1 載荷分布 建立坐標(biāo)系根據(jù)平衡方程有： 式（2.1） 式（2.2） 式中:Ｆ１，Ｆ２，Ｆ３，Ｆ４為樁機(jī)對四個支撐架的壓力 ａ，ｂ，ｃ為各力在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值 現(xiàn)?。停保剑保玻埃簦▏崳?，Ｍ２＝６０ｔ；ｂ＝1.12ｍ（米）；ｃ＝0.45ｍ；ａ為無關(guān)值. 解上述方程得 Ｆ１＝Ｆ２＝５1０kN； Ｆ３＝Ｆ４＝39０kN； 2.1.2 缸筒尺寸的確定 為了簡

16、單明了的說明伸縮液壓缸的工作過程，現(xiàn)在將伸縮液壓缸的動作名稱簡化處理如下表 表2-1 簡化名稱 執(zhí)行的動作名稱 名稱簡化 長船支架隨縱向液壓缸的活塞桿向下移動 T1 樁機(jī)機(jī)身以長船支架為支撐向上移動 T2 長船支架隨縱向液壓缸的活塞桿向上移動 T3 記四個伸縮液壓缸的代號為記四個缸為a1,a2,a3,a4?，F(xiàn)計(jì)算a1,a2,a3,a4四個液壓缸在整個動作過程受的最大載荷。由于a1,a2缸受載大于a3,a4缸。現(xiàn)計(jì)算a1缸的最大載荷，整個動作過程T1、T3受力很小故不予計(jì)算，T1向T2過度所用時間t=0.8s,g=10，所受慣性力 =ma=m=*=2.6k

17、N 式（2.3） 相關(guān)數(shù)據(jù)如下表2-2 表2-2 執(zhí)行動作的相關(guān)參數(shù)值 執(zhí)行的動作 移動部分的速度名稱 移動部分的速度(m/s) 負(fù)載計(jì)算公式 負(fù)載值 (kn) T1 V1 0.1 - T2 V2 0.04 F=F1+ 512.6 T3 V3 0.2 Ｆ＝Ｇ １０ 表2-3 各類主機(jī)液壓執(zhí)行器常用的設(shè)計(jì)壓力 主機(jī)類型 設(shè)計(jì)壓力/MPa 各種機(jī)床 0.810 農(nóng)業(yè)機(jī)械 小型工程機(jī)械 1016 液壓機(jī) 中型機(jī)械 起重運(yùn)輸機(jī)械 2032 航空器 地質(zhì)機(jī)械 冶金機(jī)械 各類液壓機(jī)具等 約25

18、 取設(shè)計(jì)壓力=20MPa,回油腔壓力＝０．8ＭＰａ (-)=F 式（2.4） 式中F—液壓缸所受的負(fù)載 --液壓缸的效率，取=0.9 --無桿腔面積 –有桿腔面積 由于T1、T3兩過程兩過程的速度比==2, 可查得液壓缸的桿徑比==0.71，已知 =, 式（2.5） =(-)

19、 式（2.6） 式中D--液壓缸缸筒直徑 d—活塞桿直徑 經(jīng)計(jì)算得 按GB/T2348-1993將所計(jì)算的D與d值分別圓整到相近的標(biāo)準(zhǔn)直徑，以便采用標(biāo)準(zhǔn)的密封裝置。圓整后得D=20cm d=14cm 按標(biāo)準(zhǔn)直徑計(jì)算出 ==314.16 =(-)=160.22 根據(jù)液壓缸的各階段負(fù)載．速度及液壓缸的有效面積，可以計(jì)算出液壓缸工作過程各階段的壓力．流量和功率，計(jì)算時取各工作階段的回油壓力為０．8ＭＰａ 計(jì)算公式和計(jì)算結(jié)果列于下表2-4“－”表示值很小，可以忽略不計(jì) 表2-4 各動作相關(guān)參數(shù)值 執(zhí)行的動作 計(jì)

20、算公式 負(fù)載Ｆ 進(jìn)油壓力 回油壓力 所需流量ｑ 輸入功率Ｐ ＫＮ ＭＰａ ＭＰａ Ｌ／ｍｉｎ ｋＷ T1 q= v － － － 376.99 - T2 q= v ＝ Ｐ＝ｑ 512.6 18.63 0．8 150.80 46.8 T3 q= v ＝ 10 2.26 0．8 384.53 14.5 從表2-4中可以看出當(dāng)執(zhí)行T2動作時進(jìn)油腔壓力和輸入功率均達(dá)到最大值，分別為 =18.6３ＭＰａ ，Ｐ=46.8ｋＷ 需要按此參數(shù)來選用合適的液壓泵 伸縮液壓缸缸筒的外觀如圖2-2所示 圖2-2 伸縮液壓缸

21、缸筒 缸筒壁厚的強(qiáng)度校核 已知： 式（2.7） 式中：--缸筒所受的最大壓力 --為缸筒實(shí)驗(yàn)壓力 已計(jì)算 有 伸縮液壓缸的端蓋要求與缸筒焊接在一起，所以選定的缸筒材料應(yīng)具有良好的焊接性能，現(xiàn)使用45鋼通過冷拔制成無縫鋼管。查閱書目45鋼的許用應(yīng)力=230MPa 已知缸筒內(nèi)徑D=200mm選用薄壁缸筒 式（2.8） 取 2.1.3液壓泵的選擇 從表格中可以看出當(dāng)執(zhí)行T2動作時進(jìn)油腔壓力和輸入功率均達(dá)到最

22、大值，分別為 =18.6３ＭＰａ ，Ｐ=46.8ｋＷ 需要按此參數(shù)來選用合適的液壓泵 已知徑向柱塞泵的最大功率為260KW 額定壓力,可選用徑向柱塞泵 2.1.4下端蓋的設(shè)計(jì) 下端蓋通過螺紋與缸筒連接，當(dāng)液壓缸驅(qū)動質(zhì)量較大的部件時，為避免因動量大在行程終點(diǎn)產(chǎn)生活塞與端蓋的撞擊，影響工作精度或損壞液壓缸，可在下端蓋上制作一個凹腔，封閉在活塞與端蓋之間的液壓油通過凹腔時受到擠壓，在凹腔內(nèi)形成高壓來緩沖運(yùn)動，使液壓缸減速 下端蓋的外形如圖2-3 圖2-3 下端蓋 2.1.5 活塞的設(shè)計(jì) 液壓缸最小導(dǎo)向長度 Ｈ　　　　　　　 當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑

23、動面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長度H 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)液壓缸最大行程為Ｌ，缸筒直徑為Ｄ時，最小導(dǎo)向長度為 Ｈ+ 式（2.8） H取值為180mm 活塞寬度B=（0.61.0）D，取B=120mm 導(dǎo)向套滑動面長度 A=（0.61.0）d,取A=90mm 緩沖套的寬度C=H-1/2(A +B)經(jīng)計(jì)算得,C=75mm 活塞的外觀如圖2-4 圖2-4 活塞 2.1.6活塞桿的設(shè)計(jì) 活塞桿不斷的與端蓋產(chǎn)生滑動摩擦故要求其也應(yīng)該有較高的耐磨性 活塞桿是傳遞動力的重要元件，

24、要求它具有較高的強(qiáng)度和韌性，由于移動過程中可選用45#鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理表面車削、磨削后鍍0.03～0.05mm厚鉻 2.2短船對應(yīng)伸縮液壓缸的設(shè)計(jì) 由于伸縮液壓缸的負(fù)載基本無變化，為了使設(shè)計(jì)的液壓系統(tǒng)簡單明了，工作過程安全可靠，短船對應(yīng)伸縮液壓缸的各項(xiàng)參數(shù)沿用長船對應(yīng)伸縮液壓缸的參數(shù) 3.驅(qū)動液壓缸的設(shè)計(jì) 3.1液壓缸承受負(fù)載的計(jì)算 液壓缸運(yùn)動時各項(xiàng)參數(shù)值下表3-1 表3-1 基本參數(shù)值 已知量名稱 單位 已知量值 樁機(jī)對導(dǎo)軌的壓力 =Ｆ１+F3（前已經(jīng)計(jì)算） KN 900 輪轂與導(dǎo)軌靜摩擦因數(shù) 0.2 輪轂

25、與導(dǎo)軌動摩擦因數(shù) 0.1 啟動制動時間 s 0.8 樁機(jī)移動速度Ｖ ｍ／ｓ 0.05 液壓缸效率 0.9 液壓缸各工作階段所承受的負(fù)載計(jì)算值如下表3-2 表3-2工作階段負(fù)載值 工作階段 負(fù)載計(jì)算公式 負(fù)載值（ＫＮ） 啟動 F= １８０ 加速 F=+ 95.6 恒速 F= ９０ 制動 F= 84.4 3.2液壓缸尺寸的確定 驅(qū)動液壓缸的設(shè)計(jì)壓力仍然取=20MPa，回油腔壓力＝０．8ＭＰａ 由上表可知樁機(jī)啟動時液壓缸受載荷最大（Ｆ＝１８０ＫＮ） 所列平衡方程如下 -

26、)A=F 式（3.1） 式中--液壓缸的效率 A--有桿腔的面積 F—液壓缸所受的負(fù)載 得A=0.010416=104.16 A=(-) 式（3.2） 式中D--液壓缸缸筒的面積 d--活塞桿的面積 查表取d=63mm,計(jì)算后取Ｄ＝１２５ｍｍ A=(-)＝91.54 ＝＋＝２０ＭＰａ 液壓缸的外形如圖3-1 圖3-1 液壓缸 液壓缸缸筒要求具有足夠的強(qiáng)度和沖擊韌性，驅(qū)動液壓缸采用鑄鋼ZG35B 初次選定液壓缸缸筒的壁厚=12

27、.5mm 液壓缸內(nèi)徑D=125mm 此缸筒屬于薄壁缸筒 薄壁缸筒壁厚應(yīng)當(dāng)滿足 = 式（3.3） 式中--液壓缸缸筒的實(shí)驗(yàn)壓力，其值取式（2.7）中的值 D--液壓缸內(nèi)徑 --鑄鋼的許用應(yīng)力，已知=160MPa 所以此缸筒壁厚滿足強(qiáng)度條件 為了防止腐蝕和提高壽命缸筒的內(nèi)表面應(yīng)鍍以30的鉻層，并在鍍后進(jìn)行拋光 3.3 左右端蓋的設(shè)計(jì) 驅(qū)動液壓缸的端蓋同時又起到導(dǎo)向套的作用，應(yīng)使用耐磨材料，可選用鑄鐵并在導(dǎo)向表面上熔堆青銅再次增加其耐磨性這里選用QT300材料來加工液壓缸的端蓋

28、。 左右端蓋的外觀如圖3-2所示 圖3-2 端蓋 左右端蓋上連接螺紋的強(qiáng)度校核 初選 粗牙普通螺紋M20，P為2.5 當(dāng)螺紋連接受力時，應(yīng)驗(yàn)算螺牙的切應(yīng)力，認(rèn)為只有一圈螺牙受力 切應(yīng)力 = 式（3.4） 式中，--螺紋所受推力（N） d1--為螺紋小徑 (m) p--為螺紋的螺距(m) 樁機(jī)啟動時液壓缸受載荷最大F=180kN，由于導(dǎo)向套上的面積變化使得液壓缸內(nèi)存在壓力損失取載荷變化系數(shù)=0.7 有四個螺栓，每個螺栓上==31.5

29、kN M20的螺紋小徑d1=d- 經(jīng)計(jì)算得，d1=17.3mm 代入公式=得32Mpa 已知6.8級普通中碳鋼螺栓的剪切強(qiáng)度為336 MPa,，設(shè)定安全系數(shù)S=1.3 許用切應(yīng)力=258MPa 可知 螺紋的剪切強(qiáng)度條件滿足 螺栓的拉應(yīng)力 ==134 Mpa 式（3.5） 許用=342 Mpa ，說明螺栓的拉伸強(qiáng)度足夠 3.4活塞的設(shè)計(jì) 液壓缸最小導(dǎo)向長度 Ｈ　　　　　　　 當(dāng)活塞桿全部外伸時，從活塞支撐面中點(diǎn)到導(dǎo)向套滑動面中點(diǎn)的距離稱為最小導(dǎo)向長度H 根據(jù)經(jīng)驗(yàn)，當(dāng)液壓缸最大行程為Ｌ，缸筒直徑為Ｄ時，最小導(dǎo)向長度為

30、 Ｈ+ 式（3.6） H取值為180mm 活塞寬度B=（0.61.0）D，取B=120mm 導(dǎo)向套滑動面長度 A=（0.61.0）d,取A=90mm 緩沖套的寬度C=H-1/2(A +B)經(jīng)計(jì)算得,C=75mm 活塞選用45#鋼 3.5活塞桿的設(shè)計(jì) 活塞桿是傳遞動力的重要元件，要求它具有較高的強(qiáng)度和韌性，由于移動過程中活塞桿不斷的與端蓋產(chǎn)生滑動摩擦故要求其也應(yīng)該有較高的耐磨性。 可選用45#鋼，進(jìn)行調(diào)質(zhì)處理表面車削、磨削后鍍鉻0.03～0.05mm厚。 3.6密封圈的選擇 常見的密封形式有間隙密封、

31、摩擦環(huán)密封、密封圈密封。 1、當(dāng)兩個有相互運(yùn)動關(guān)系的零件需要裝配時，這兩個零件應(yīng)當(dāng)采用間隙密封。 間隙密封是指利用有運(yùn)動關(guān)系的兩個零件相配合的表面間存在的微小間隙來防止泄露。為了增強(qiáng)這種裝置的密封能力，有時需要在活塞的表面上加工出幾條尺寸比較小的環(huán)形槽，來增大液壓油通過間隙時所遇到的縫隙阻力。 2、摩擦環(huán)密封是將摩擦環(huán)安裝在活塞上（摩擦環(huán)是用尼龍或其他高分子材料制成）依靠缸筒的擠壓對密封環(huán)產(chǎn)生彈力來阻止泄露。密封環(huán)密封效果較好，由它產(chǎn)生的摩擦阻力很小，使液壓系統(tǒng)驅(qū)動活塞桿運(yùn)動時產(chǎn)生的能耗比較小。同時密封環(huán)是由高分子材料制成，它可以耐高溫，并且在相對運(yùn)動產(chǎn)生磨損后可以自動補(bǔ)償。缺點(diǎn)是加

32、工要求有點(diǎn)高加工成本較高，安裝和拆卸都不是很方便適用于高壓、高速或密封性能要求較高的場合 3、密封圈密封是依靠橡膠或塑料的擠壓產(chǎn)生彈性使各種形狀截面的環(huán)形圈貼緊在有相對運(yùn)動關(guān)系的兩個零件的配合表面之間來防止泄漏。常用的密封圈有O形、Y形、V形等。它構(gòu)造非常簡單，制造方便，加工成本低 在相對運(yùn)動產(chǎn)生磨損后有自動補(bǔ)償能力，這使得密封圈的工作性能可靠，它可以廣泛地安裝在缸筒和活塞之間、缸蓋和活塞桿之間、活塞和活塞桿之間、缸筒和缸蓋之間。 4運(yùn)動機(jī)構(gòu)的設(shè)計(jì) 4.1支撐架的設(shè)計(jì) 支撐架在伸縮方向上承受樁機(jī)的重量，在水平方向上受到液壓缸壓力的驅(qū)動，運(yùn)動過程中受到很大的載荷和樁機(jī)啟動、制動

33、造成的沖擊，所以支撐架應(yīng)該有較高的抗壓強(qiáng)度和韌性?？蛇x用鑄鋼為材料來加工支撐架，其中一個軸孔兩端要求加工出螺紋來安裝端蓋。 支撐架外觀如圖4-1所示 圖4-1 支撐架 4.2輪軸的設(shè)計(jì)及強(qiáng)度校核 輪軸強(qiáng)度校核 輪軸采用45鋼，極限應(yīng)力=355MPa，安全系數(shù)s=1.6 許用應(yīng)力 ==222MPa 式（4.1） 輪軸受力如下圖4-2 圖4-2 輪軸受力圖 輪軸三段階梯的直徑初步選定為86，90，98,長度=60mm,=80mm 作用在輪軸上的力F=510Kn，平均分配在軸

34、承兩側(cè)===255Kn。軸所受剪力以及力矩的簡圖如下圖4-3所示 圖4-3 力矩簡圖 對軸建立平衡方程有＝０ +(+-(+=0; +(+-(+=0; 式（4.2） 式中各參數(shù)值見圖4-2 得==255Kn,對輪軸的最大彎矩M==15.3kNm 對于圓形截面,抗彎截面模量=,D為圓直徑 軸的最大正應(yīng)力發(fā)生在距中性層最遠(yuǎn)的地方，即 = 式（4.3） 式中M--最大彎矩 --抗彎截面模量 由公

35、式可知與成反比，承受彎矩的截面最小直徑為90 ==72900= 式（4.3） 有 ===210Mpa 計(jì)算結(jié)果表明，該輪軸的彎曲正應(yīng)力足夠。 輪軸的切應(yīng)力強(qiáng)度校核 輪軸所受的切應(yīng)力 = 式（4.4） ==255Kn,軸最小直徑86 A==5809 經(jīng)計(jì)算的=43.9Mpa，軸的最大切應(yīng)力=1.33=58.4 Mpa 已知許用切應(yīng)力=88.3 Mpa， 說明軸的切應(yīng)力足夠 4.3端蓋的設(shè)計(jì) 端蓋僅

36、起固定軸承的作用，可選用HT200端蓋上應(yīng)加工出螺紋 4.4軸承的選用 滾動軸承的作用是將相對運(yùn)動為轉(zhuǎn)動的軸與軸座之間的滑動摩擦變?yōu)闈L動摩擦，以此來減少軸與軸座之間的摩擦損失實(shí)現(xiàn)回轉(zhuǎn)運(yùn)動的平穩(wěn)連續(xù)的一種精密的機(jī)械元件。滾動軸承是一種標(biāo)準(zhǔn)件它由內(nèi)圈、外圈、滾動體和保持架四部分組成。 滾動軸承的四部分各有各的作用，內(nèi)圈采用基孔制配合，與其他零件的軸向配合并一起做回轉(zhuǎn)運(yùn)動。外圈采用基軸制配合，與其他零件的軸承座相配合，作用是起支撐用的。軸承與其他零件的配合制，是根據(jù)配合要求選定的，可以選擇過盈配合、過渡配合、間隙配合；滾動體是依靠保持架的作用將各個滾動體均勻地分布在外圈和內(nèi)圈之間，滾動體的數(shù)量

37、和形狀大小都會很大程度上影響著滾動軸承的使用性能和壽命。保持架的作用是使?jié)L動體均勻分布，防止?jié)L動體之間發(fā)生碰撞甚至脫落，從而影響軸承的性能以及壽命。另外，保持架還起引導(dǎo)滾動體旋轉(zhuǎn)起潤滑作用。 樁機(jī)的重量很大，移動過程中輪軸轉(zhuǎn)速很慢 可選用圓錐滾子軸承，圓錐滾子軸承具有以下特點(diǎn)： 圓錐滾子軸承可以承受比較大的徑向載荷，還可以承受一定的軸向載荷 圓錐滾子軸承與角接觸球軸承相比，不僅極限轉(zhuǎn)速低，而且承載能力大。 其不僅能夠限制軸或外殼在一個方向的軸向位移而且還能夠承受一個方向的軸向載荷，所以靜壓樁機(jī)采用圓錐滾子軸承是非常合適的 在機(jī)械結(jié)構(gòu)上圓錐滾子軸承承載能力是由外圈的滾道角度決定的，外

38、圈的滾道角度角度越大軸承的承載能力越大。 圓錐滾子軸承一般是屬于分離型的，即由帶滾子與保持架組件的內(nèi)圈組成的圓錐內(nèi)圈組件可以與圓錐外圈（外圈）分開安裝。 圓錐滾子軸承普遍應(yīng)用于航天、機(jī)械、運(yùn)輸、汽車等行業(yè)。 本樁機(jī)的圓錐滾子軸承選用類型代號為30218型其內(nèi)徑為90mm,外徑為160mm,厚度為30mm 4.5滾輪的設(shè)計(jì) 滾輪是用來在導(dǎo)向軌上滾動用的，用來承受樁機(jī)的重量，對其可靠性要求較高可選用鑄鋼來加工，裝配時滾輪與輪軸的配合應(yīng)該選用過盈配合?？捎脽釢q或冷縮法進(jìn)行裝配 5活塞桿末端連接的設(shè)計(jì) 5.1連接板的設(shè)計(jì) 液壓缸驅(qū)動樁機(jī)移動的反力通過螺栓完全作用在連接板上，所以連接板上

39、承受很大的載荷和沖擊，這就要求連接板有較高的強(qiáng)度和韌性。選用45鋼為材料，并經(jīng)過調(diào)質(zhì)處理，使連接板孔周圍的硬度達(dá)到240280HB,來提高連接板的可靠性。 連接板的外觀如圖5-1所示 圖5-1 連接板 下面對連接板的擠壓強(qiáng)度經(jīng)行校核 連接板的材料使用45號鋼 其受到的擠壓強(qiáng)度 式（5.1） 式中：連接板受到的擠壓力，為90kN 為擠壓面積 ==553 式 （5.2）

40、 式中h--上孔軸線方向上的長度，h=22mm d—與上孔相連接的螺栓直徑,d=16mm 經(jīng)計(jì)算=163MPa 已知許用擠壓應(yīng)力=300MPa ，說明連接板的擠壓強(qiáng)度滿足條件 5.2活塞桿末端連接螺栓強(qiáng)度校核 活塞桿端部與連接板處的螺栓強(qiáng)度計(jì)算 圖5-2 選取8.8級的優(yōu)質(zhì)螺栓 螺栓的剪切強(qiáng)度=,可得 式（5.3） 式中：--螺栓所受剪力，=90kN --許用切應(yīng)力， --螺紋的公稱直徑 經(jīng)計(jì)算，=16.1mm 查螺紋標(biāo)準(zhǔn)后取

41、 5.3底板連接螺栓強(qiáng)度校核 連接板上地腳螺栓傾覆力矩的校核 連接板地腳螺栓受傾覆力如圖5-3所示 圖5-3 平衡條件為 式（5.4） 式中：力臂a=110mm,b=40mm 傾覆力F=180Kn 螺栓個數(shù)Z=2 螺栓所受拉力=33Kn 螺栓直徑應(yīng)滿足 式（5.5） 式中:—螺栓所受拉力 --螺栓的許用 已知6.8級普通中碳鋼螺栓的許用=342 Mpa 經(jīng)計(jì)算得，11.1mm 查表取m

42、m 地腳螺栓剪切強(qiáng)度校核 地腳螺栓所受的剪力如圖5-4所示 圖5-4 地腳螺栓所受的剪力圖 螺栓所受剪力 = 式（5.6） 式中：F--連接板上全部螺栓所受的總剪力，F(xiàn)=180Kn Z--螺栓的個數(shù)，Z=4 計(jì)算得=45kN 螺栓的切應(yīng)力 ==398MPa 式（5.7） 式中：--螺栓所受剪力，=45kN --螺紋的公稱直徑， mm 已知6.8級普通中碳鋼螺栓的

43、剪切強(qiáng)度為384 MPa，設(shè)定安全系數(shù)S=1.3 則許用切應(yīng)力 =295MPa 式（5.8） ，說明螺栓剪切強(qiáng)度不足 現(xiàn)取螺栓直徑為mm，則螺栓的切應(yīng)力==224MPa 螺栓剪切強(qiáng)度符合條件 6底板的設(shè)計(jì) 6.1 短船的設(shè)計(jì) 短船四個支撐部分的受力分析 設(shè)樁機(jī)總質(zhì)量為Ｍ，其中配重質(zhì)量為Ｍ１，樁架為Ｍ２，質(zhì)心Ｍ１Ｍ２沿中心平面分布。有 短船的外觀如圖6-1所示 圖6-1 短船 建立坐標(biāo)系根據(jù)平衡方程有： 式（6.1）

44、 式（6.2） 式中1:Ｆ１，Ｆ２--樁機(jī)對四個支撐架的壓力，前面已經(jīng)計(jì)算Ｆ１=510kN；Ｆ2=390kN； ａ，ｂ，ｃ--各力在直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值 Ｍ１＝１２０ｔ，Ｍ２＝６０ｔ； ｂ＝1.12ｍ；ｃ＝0.45ｍ；ａ為無關(guān)值 解上述方程得：d=1.13m 復(fù)雜工況下樁機(jī)穩(wěn)定性測試 初選斜坡傾角=，大風(fēng)形成的外載荷 預(yù)制樁的重量,當(dāng)?shù)醣鄣跗痤A(yù)制樁時吊臂受到慣性力的影響，取載荷系數(shù)=1.1 樁機(jī)在斜坡工作時的受力情況如圖6-2所示 圖6-2 樁機(jī)受力圖 抗傾覆穩(wěn)定性的條件:

45、 式（6.2） 式中：--樁機(jī)第j組抗傾覆的力矩 --樁機(jī)第i組造成傾覆的力矩 =cosd+ cos(d-c); 式（6.3） =sin+ sin++ 式（6.4） 式中：d=1.13m c=0.45m = =3m =6m =8m =12m 經(jīng)計(jì)算得=1737kNm =1330kNm 顯然，樁機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性滿足條件 現(xiàn)計(jì)算樁機(jī)在斜坡上工作所允許的最大傾角 當(dāng)傾角=時，=1719 kNm =1700kNm 樁機(jī)的抗傾覆穩(wěn)定性滿

46、足條件 當(dāng)傾角=時，=1712 kNm =1822kNm ，樁機(jī)有發(fā)生傾覆的危險 所以樁機(jī)在斜坡上工作所允許的最大傾角= 樁機(jī)短船長度的確定 產(chǎn)生傾覆的力矩為 =sin+ sin++ 式（6.5） 式中各參數(shù)值同上一方程，有=1330kNm 抗傾覆力矩和=cos(+)X 要求 即X=0.75m 考慮到安全系數(shù)現(xiàn)取X=1.3m 設(shè)短船長度為,兩短船的間距為 =2X=2.6m =2d=2.26m 6.2長船、短船布局的確定 記樁機(jī)兩長船的間距為，長船與短船的軸線方向相距的最小距離為,最大距離為,短船移動一

47、次的最大距離為 樁機(jī)支撐的布局如圖6-3所示 圖6-3長船、短船布局圖 圖中，=++ 式 （6.6） =- 式（6.7） 現(xiàn)取=0.5m =1.1m 可知：=0.6m,=4.2m 長船的參數(shù)設(shè)定 長船的長度記為,長船移動一次的距離記為 壓樁過程中受力較為復(fù)雜且有一系列的振動應(yīng)當(dāng)以樁機(jī)兩長船為支撐進(jìn)行壓樁操作，取大值比較穩(wěn)定 可取=5m ,=1.2m 結(jié)論 本論文對靜壓樁機(jī)行走機(jī)構(gòu)進(jìn)行了設(shè)計(jì)

48、，在設(shè)計(jì)進(jìn)行之前作者到施工場地進(jìn)行了實(shí)地考察。當(dāng)時正在工作的是一個錘式打樁機(jī)，它的行走機(jī)構(gòu)為機(jī)械傳動的。兩對齒輪在鏈條的驅(qū)動下沿齒條方向滾動。該樁機(jī)在行走過程中，噪音極大，能聽到齒輪滾動時發(fā)出的巨大聲響。樁機(jī)啟動或制動時，整個機(jī)身振動較大運(yùn)動不平穩(wěn)。 本論文采用雙活塞桿液壓缸來驅(qū)動樁機(jī)實(shí)現(xiàn)兩個正交方向上的移動，液壓缸可以將液壓能轉(zhuǎn)換為機(jī)械能，使執(zhí)行機(jī)構(gòu)完成直線運(yùn)動。液壓缸構(gòu)造單一、工作可靠、傳動穩(wěn)定。用它實(shí)現(xiàn)往復(fù)運(yùn)動時，不必安裝減速機(jī)構(gòu)，傳動時產(chǎn)生的間隙比較小，由于它具有上述優(yōu)點(diǎn)，使得它在各種機(jī)械產(chǎn)品中得到廣泛的應(yīng)用。在設(shè)計(jì)液壓缸時由于活塞桿與支撐架、端蓋均有摩擦，對活塞桿完成加工后在其表面

49、鍍了一定厚度的鉻層以此來增強(qiáng)活塞桿的耐磨性。靜壓樁機(jī)的重量很大液壓缸必須產(chǎn)生很大的壓力才能驅(qū)動樁機(jī)移動，這就使得液壓缸的缸筒直徑比較大。驅(qū)動液壓缸形狀不單一可選用鑄鋼為材料進(jìn)行制作。靜壓樁機(jī)的尺寸很大使得樁機(jī)上的各種零件尺寸都比較大。因此，對于裝配精度要求高的零件來說，對其形位誤差的控制顯得格外重要。 現(xiàn)市場賣的比較流行的靜壓樁機(jī)的長船移動距離是一次最遠(yuǎn)2.4米和短船行走距離是每一次最遠(yuǎn)距離為0.6-0.8米。所以靜壓樁機(jī)移動速度是相當(dāng)緩慢的，在大型施工時需要不斷對樁位和樁機(jī)的整機(jī)移動，所以樁機(jī)操作次數(shù)比較頻繁，操作工人勞動強(qiáng)度和工作壓力會很大。經(jīng)過多次壓位移動，本來含水量大的土質(zhì)會變?yōu)橄鹌?/p>

50、土,影響樁機(jī)的移動.這時移動靜壓樁機(jī)是需要消耗大量能量的。根據(jù)這種情況，設(shè)計(jì)人員應(yīng)該將樁機(jī)構(gòu)造部分的設(shè)計(jì)作為工作的重點(diǎn)。 綜上所述，提高步履式靜壓樁機(jī)的行走速度和將轉(zhuǎn)向結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)得更加簡單和容易就變?yōu)樵O(shè)計(jì)師的主要任務(wù)。 參考文獻(xiàn) [1] 蔡春源,機(jī)械設(shè)計(jì)手冊.遼寧科技技術(shù)出版社.1993. [2] 何清華,曾益毘. 靜力壓樁機(jī)機(jī)身的自動調(diào)平系統(tǒng)研究[J]. 建筑機(jī)械. 2000(11) [3] 張揚(yáng),汪耀武,高厚榮. 某工程靜壓樁機(jī)施工陷機(jī)處理措施[J]. 施工技術(shù). 2010(S1) [4]

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