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MGZ100錨桿鉆機(jī),課題來源：北京建筑機(jī)械化研究所指導(dǎo)教師：趙偉民教授答辯人：吳麗娟,一錨桿鉆機(jī)簡介,錨桿鉆機(jī)在一些地方又稱為錨固鉆機(jī)，從型式上可分為三大類：臺車型錨桿鉆機(jī)、機(jī)載型錨桿鉆機(jī)和單體型錨桿鉆機(jī)。錨桿鉆機(jī)是實(shí)現(xiàn)錨桿支護(hù)技術(shù)的重要機(jī)械設(shè)備，隨著錨桿支護(hù)技術(shù)的飛速發(fā)展，用于鉆鑿錨桿孔的錨桿鉆機(jī)也得到了快速發(fā)展。展望它的發(fā)展，有助于不斷促進(jìn)錨桿鉆機(jī)設(shè)備的技術(shù)進(jìn)步，使其更加適應(yīng)現(xiàn)代支護(hù)技術(shù)的需要。,圖1單體式錨桿鉆機(jī)圖2履帶地盤式錨桿鉆機(jī),圖3車載式錨桿鉆機(jī)圖4輪胎底盤式錨桿鉆機(jī),1、國內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r,國內(nèi)錨桿鉆機(jī)的研制經(jīng)歷了30多年的歷程,曾先后研制出機(jī)械支腿式電動(dòng)錨桿鉆機(jī)、鉆車式錨桿鉆機(jī)、支腿與導(dǎo)軌式液壓錨桿鉆機(jī)、支腿式氣動(dòng)錨桿鉆機(jī)、非機(jī)械傳動(dòng)支腿式電動(dòng)錨桿鉆機(jī)等,目前已形成液壓式、電動(dòng)式和氣動(dòng)式3大系列。在國內(nèi)履帶式錨桿鉆機(jī)有許多類型，其特點(diǎn)主要表現(xiàn)在動(dòng)力頭大多采用了大扭矩馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，調(diào)速范圍通常為無級調(diào)速，大大提高了鉆機(jī)的性能。行走履帶由液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，提高了鉆機(jī)工作的靈活性，降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度。,2、國外的發(fā)展?fàn)顩r,國外錨桿鉆機(jī)的品種與功能多樣,技術(shù)性能優(yōu)越,可靠性高,并各有各的特點(diǎn)。美國現(xiàn)已著手開發(fā)計(jì)算機(jī)控制的全自動(dòng)錨桿鉆機(jī)。法國生產(chǎn)的是轉(zhuǎn)架式錨桿鉆機(jī),集鉆孔、安裝錨桿為一體,并具有儲存錨桿桿體的錨桿倉。芬蘭則生產(chǎn)具有樹脂注射系統(tǒng)的鉆車式錨桿機(jī),使鉆孔、安裝錨桿桿體、注入粘接劑全由機(jī)械完成,機(jī)械化程度頗高。綜觀國外錨桿鉆機(jī)設(shè)備的發(fā)展歷程，國外錨桿鉆機(jī)的發(fā)展始終與錨桿支護(hù)理論不斷完善與發(fā)展緊密相聯(lián)、相互依存、相互促進(jìn)。同時(shí)，國外錨桿鉆機(jī)的研究不斷采用新材料、新工藝，并緊密結(jié)合國情，開發(fā)的每一代產(chǎn)品都能代表當(dāng)時(shí)的世界領(lǐng)先水平。,3、錨桿鉆機(jī)的主要發(fā)展趨勢,在國內(nèi)，應(yīng)根據(jù)自身的情況對現(xiàn)有單體錨桿鉆機(jī)加以攻關(guān)研究，增強(qiáng)這些錨桿鉆機(jī)的可靠性，提高輸出功率，減輕重量，增加使用壽命，以滿足使用需要；另一方面努力攻關(guān)向智能化的臺車型錨桿鉆機(jī)方向發(fā)展。在國外錨桿鉆機(jī)的發(fā)展趨勢，一方面不斷完善現(xiàn)已普遍使用的單體錨桿鉆機(jī)，使其更可靠，更適應(yīng)現(xiàn)場需要；另一方面不斷加緊對掘錨一體化快速掘進(jìn)裝備的研究，目前已經(jīng)推廣使用了多款快速掘錨裝備。國外錨桿鉆機(jī)的研究與開發(fā)將會從這兩個(gè)方面開展，而且后者為今后發(fā)展重點(diǎn)。,二、錨桿鉆機(jī)的結(jié)構(gòu),錨桿鉆機(jī)工作原理,沖擊旋轉(zhuǎn)式錨桿鉆機(jī)鉆頭、鉆桿的旋轉(zhuǎn)是由動(dòng)力機(jī)構(gòu)經(jīng)過齒輪傳動(dòng)機(jī)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的，沖擊機(jī)構(gòu)是在沖擊錘的往復(fù)運(yùn)動(dòng)中實(shí)現(xiàn)沖擊功能的。鉆進(jìn)時(shí)，鉆頭在鉆桿的帶動(dòng)下做回轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，而沖擊錘在循環(huán)介質(zhì)的推動(dòng)下，對孔底巖石進(jìn)行沖擊破碎。這樣在鉆頭上存在的旋轉(zhuǎn)方向上的旋轉(zhuǎn)力和軸心方向上的靜壓力及沖擊力聯(lián)合作用，使巖石在破碎時(shí)，內(nèi)部裂隙得到擴(kuò)張，在裂隙尖角出現(xiàn)應(yīng)力集中，同時(shí)在高頻的沖擊力作用下，應(yīng)力波在巖石內(nèi)部還來不及擴(kuò)散，并出現(xiàn)應(yīng)力集中，這兩種情況的出現(xiàn)，使巖石強(qiáng)度大大降低，并隨著旋轉(zhuǎn)力的作用，出現(xiàn)大塊大塊的崩落現(xiàn)象，破碎效果非常明顯。,沖擊旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)有如下優(yōu)點(diǎn)：,鉆進(jìn)效率高鉆壓和扭矩小具有較好的防斜效果有效地提高了鉆頭的使用壽命,1工作裝置,馬達(dá)－鏈輪－鏈條行走機(jī)構(gòu)示意圖,鉆桿自動(dòng)更換裝置,因?yàn)殂@桿的重量較重，而且一般都采用手工裝卸。所以，鉆桿處理是較危險(xiǎn)的工作，而自動(dòng)的鉆桿處理系統(tǒng)是一種全液壓鉆桿自動(dòng)裝拆系統(tǒng)，它免除了所有的手工作業(yè)，因而減輕了勞動(dòng)強(qiáng)度，避免了意外事故的發(fā)生，并且可節(jié)約相當(dāng)多的非生產(chǎn)時(shí)間。,錨桿自動(dòng)更換機(jī)構(gòu),2伸縮變幅機(jī)構(gòu),,此變幅機(jī)構(gòu)的主要工作元件是兩個(gè)液壓缸和兩個(gè)回轉(zhuǎn)支承及伸縮臂，其相互配合伸縮旋轉(zhuǎn)可以實(shí)現(xiàn)鉆水平孔、垂直孔、有一定仰角的斜孔和有一定俯角的斜孔，滿足各種工況的需求。（如左圖）,三重要的計(jì)算及分析,1、回轉(zhuǎn)支承的選型與計(jì)算回轉(zhuǎn)支承所承受的作用力包括總軸向力Fa,總側(cè)翻力矩M，在力矩作用平面內(nèi)的總徑向力Fr。如果主機(jī)做提升動(dòng)作，則提升載荷應(yīng)乘以提升慣性系數(shù)K（K=1.25）。按靜態(tài)工況下所承受的作用力選型并校核安裝螺栓強(qiáng)度，按動(dòng)態(tài)工況下所承受的作用力校核壽命。（1）按承載角α為60°的情況計(jì)算。當(dāng)α=60°時(shí)：Fa′=（1.225Fa+2.2676Fr）faM′=1.225Mfa,,根據(jù)計(jì)算選用單排四點(diǎn)接觸球式（01系列）回轉(zhuǎn)支承；編號為：013.30.710。,Fa′=（1.225Fa+2.2676Fr）faM′=1.225MfaFa′=（1.225Fa+2.676Fr）fa=33.24NM′=Mfa=33.34N.m,2零部件的有限元分析,以上四輻圖可看出：最大位移發(fā)生在第一節(jié)臂與第二節(jié)連接處，最大應(yīng)變發(fā)生在臂的上部鉸點(diǎn)處，最小應(yīng)力發(fā)生在臂的中下部，所以經(jīng)分析得此臂的設(shè)計(jì)是合理的。,棘爪的最大應(yīng)力為143.4MPa，選擇的材料是45號鋼，屈服應(yīng)力為355MPa，安全系數(shù)在2.4以上。為保證棘爪的工作可靠性及其使用壽命，在材料的選擇和結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)上都留有一定的富余。,棘輪的最大應(yīng)力為129.1MPa，發(fā)生在棘輪輪齒的根部。使用的材料是45號鋼，屈服應(yīng)力是355MPa，安全系數(shù)約為2.7。因?yàn)榧喪且粋€(gè)操作頻繁的零件，且經(jīng)常與棘爪之間發(fā)生摩擦、碰撞，所以安全系數(shù)取的較大一些，以提高棘輪的強(qiáng)度，增加其使用壽命。,四整機(jī)的穩(wěn)定性分析a、水平道路中整機(jī)行走的穩(wěn)定性,經(jīng)Solidwords對整機(jī)質(zhì)量屬性分析，整機(jī)的重心落入彈子盤內(nèi)，且重心坐標(biāo)在X方向和Y方向的偏心非常小，所以整機(jī)在水平道路上行走時(shí)整機(jī)的穩(wěn)定性良好。,b、整機(jī)的縱向穩(wěn)定性分,當(dāng)整機(jī)在下坡行走時(shí)，對整機(jī)的縱向穩(wěn)定性影最大，故縱向穩(wěn)定性的分析只考慮此種情況。,設(shè)下坡時(shí)傾角為α，由圖解法可知，當(dāng)整機(jī)不致傾翻時(shí)的,所以滿足設(shè)計(jì)要求,,c鉆孔時(shí)整機(jī)的穩(wěn)定性分析,因?yàn)檎ｃ@進(jìn)時(shí)立柱的前端是插入土中的，有立柱前端作為支撐點(diǎn)，所以起拔鉆桿時(shí)一般不會影響鉆機(jī)的穩(wěn)定性，故只需進(jìn)行正常鉆進(jìn)時(shí)的穩(wěn)定性分析。采用平衡法計(jì)算，整機(jī)不會傾翻的平衡方程為：,經(jīng)計(jì)算滿足設(shè)計(jì)要求,敬請各位老師多多指導(dǎo),