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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(jiǎn)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(tái)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(guó)內(nèi)的發(fā)展?fàn)顩r,國(guó)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(guó)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(jí)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(guó)外的發(fā)展?fàn)顩r,國(guó)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(guó)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(guó)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(chǔ)存錨桿桿體的錨桿倉(cāng)。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(guó)外錨桿鉆機(jī)設(shè)備的發(fā)展歷程，國(guó)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(guó)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(guó)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(shì),在國(guó)內(nèi)，應(yīng)根據(jù)自身的情況對(duì)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(tái)車型錨桿鉆機(jī)方向發(fā)展。 在國(guó)外錨桿鉆機(jī)的發(fā)展趨勢(shì)，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(chǎng)需要；另一方面不斷加緊對(duì)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(guó)外錨桿鉆機(jī)的研究與開發(fā)將會(huì)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(duì)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）按承載角為60的情況計(jì)算。 當(dāng)=60時(shí)： Fa=（1.225Fa+2.2676Fr）fa M=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(hào)為 ：013.30.710。,Fa=（1.225Fa+2.2676Fr）fa M=1.225Mfa Fa=（1.225Fa+2.676Fr）fa =33.24N M=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(hào)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(hào)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(duì)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(duì)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，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(huì)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(huì)傾翻的平衡方程為：,經(jīng)計(jì)算滿足設(shè)計(jì)要求,敬請(qǐng)各位老師 多多指導(dǎo),