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湘潭大學興湘學院 畢業(yè)設(shè)計說明書 題 目：打樁機動力裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計 專 業(yè)：機械設(shè)計制造及其自動化 學 號： 姓 名： 指導教師： 完成日期： 2014年5月29日 Abstract Piling machine, machine, equipment and system, collectively referred to as "piling equipment", the main task of driving power device is the fuel chemical energy into heat energy, mechanical energy to piling machine to produce thrust ensure piling machine work and providing total body energy consumption of all machinery and equipment, and to achieve energy transformation and distribution, in order to ensure the normal work of the piling machine. In short, piling equipment is required for energy generation, transmission and consumption of all power machine, organic complex machinery equipment and systems, are piling machine heart and arteries. Mainly used to control the lifting mechanism, support mechanism, slewing mechanism etc.. Determine the composition and main parameters of the design of driving power device, operation mode, the overall selection of the shape and stability have been introduced and summarized. According to the technical index of piling equipment and some related parameters of the design of the system, the function and working principle are analyzed preliminarily determines the basic structure and main components of the power device. Component selection is carried out in accordance with the power device performance parameters, structure frame of power device are designed and calculated and checked for the relevant part, finally through the system performance checking and verification of the fever, meet the requirements of the piling machine. Keywords: piling machine power device bracket 目 錄 摘要 1 Abstract 2 第一章 緒 論 3 1.1 概述 3 1.2 打樁機的發(fā)展背景 3 1.3 打樁機的定義及工作原理 3 1.4 打樁機的種類 5 1.5 打樁機設(shè)計的目的及意義 6 1.6 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 6 第二章 總體方案設(shè)計 8 2.1 設(shè)計內(nèi)容 8 2.2 打樁機的主要性能和參數(shù) 9 2.3 打樁機的特點 9 2.4 打樁機三維建模 9 第三章 打樁機支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 11 3.1 打樁機電機支架的設(shè)計 11 第四章 打樁機動力裝置動力輸出結(jié)構(gòu)設(shè)計 12 4.1 電機的選型 12 4.1 減速器的設(shè)計 13 第五章 打樁機動力裝置油箱裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 27 5.1 液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 27 5.2 頂蓋 27 5.3 液面指示 27 5.4 液壓油箱的加熱與冷卻 27 第六章 輔助元件 29 6.1 管道 29 6.2 管接頭 29 6.3 密封件 29 6.4 濾油器 29 6.5 空氣濾清器 29 結(jié) 論 31 致 謝 32 參考文獻 33 打樁機動力裝置結(jié)構(gòu)設(shè)計 摘 要 打樁機的機械，機器，設(shè)備和系統(tǒng)等統(tǒng)稱為“打樁機動力裝置”，打樁機動力裝置的主要任務(wù)是將燃料化學能轉(zhuǎn)化為熱能，機械能使打樁機產(chǎn)生推進力保證打樁機工作和提供能量消費的全部機械設(shè)備的總合體，并實現(xiàn)能量的轉(zhuǎn)化和分配，以保證打樁機正常工作?？傊?，打樁機動力裝置是所需能量產(chǎn)生，傳遞及消耗的全部動力機器，機械設(shè)備和系統(tǒng)的有機綜合體，是打樁機的心臟和動脈。主要用來控制起升機構(gòu)、支撐機構(gòu)、回轉(zhuǎn)機構(gòu)等。本設(shè)計打樁機動力裝置的組成及主要參數(shù)的確定，運行方式、總體選形及穩(wěn)定性做了一定的介紹與總結(jié)。根據(jù)打樁機動力裝置的技術(shù)指標及一些相關(guān)參數(shù)對該系統(tǒng)進行了方案設(shè)計，對其功能和工作原理進行分析初步確定了動力裝置的基本結(jié)構(gòu)及主要元件。按照動力裝置性能參數(shù)進行元件的選擇計算，對動力裝置的支架的結(jié)構(gòu)進行設(shè)計并對相關(guān)部分進行驗算和校核，最后通過對系統(tǒng)性能的驗算和發(fā)熱校核，滿足了該打樁機所要達到的要求。 關(guān)鍵字: 打樁機 動力裝置 支架 Abstract Piling machine, machine, equipment and system, collectively referred to as "piling equipment", the main task of driving power device is the fuel chemical energy into heat energy, mechanical energy to piling machine to produce thrust ensure piling machine work and providing total body energy consumption of all machinery and equipment, and to achieve energy transformation and distribution, in order to ensure the normal work of the piling machine. In short, piling equipment is required for energy generation, transmission and consumption of all power machine, organic complex machinery equipment and systems, are piling machine heart and arteries. Mainly used to control the lifting mechanism, support mechanism, slewing mechanism etc.. Determine the composition and main parameters of the design of driving power device, operation mode, the overall selection of the shape and stability have been introduced and summarized. According to the technical index of piling equipment and some related parameters of the design of the system, the function and working principle are analyzed preliminarily determines the basic structure and main components of the power device. Component selection is carried out in accordance with the power device performance parameters, structure frame of power device are designed and calculated and checked for the relevant part, finally through the system performance checking and verification of the fever meet the requirements of the piling machine. Keywords: piling machine power device bracket 第一章 緒論 1.1 概述 本設(shè)計介紹了一種柴油打樁機動力裝置的工作原理及組成結(jié)構(gòu)，闡述了該種打樁機的設(shè)計要點，給出了動力裝置的工作原理圖及主要零件的結(jié)構(gòu)圖，并且介紹柴油打樁機動力裝置的設(shè)計過程及主要部分的計算。打樁機的動力裝置的主要功能就是完成打樁施工?；壥讲裼痛驑稒C正是能夠完成各種要求的打樁機。打樁機動力裝置共有四大部分組成：滑軌、樁架、柴油樁錘、控制系統(tǒng)[1]。本設(shè)計說明書主要介紹了柴油打樁機動力裝置的設(shè)計過程、計算、各部件的強度校核。 為實現(xiàn)打樁機組裝和拆卸的方便，其樁架本身是由槽鋼和角鋼等型材用螺栓連接而成，為了使它移動方便采用了由槽鋼和枕木組成的簡單滑軌機構(gòu)，防止整機在移動時傾覆，設(shè)計了兩個夾緊液壓缸可以實現(xiàn)整機在導軌上的自動夾緊與松開。另外為了實現(xiàn)不同高度的打樁要求，本打樁機可以實現(xiàn)對樁錘和打樁機滑架的任意調(diào)整。 1.2 打樁機的發(fā)展背景 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(shè)項目急劇猛增, 建筑業(yè)迅速發(fā)展，大口徑基礎(chǔ)樁工程得到廣泛應(yīng)用。工業(yè)與民用建筑大量采用樁基礎(chǔ)，打樁施工越來越普遍，樁機的發(fā)展越來越快，廣泛使用與城市建筑的各種樁基礎(chǔ)工程、深基坑支護工程以及防洪工程中的防滲壩工程等各類工業(yè)與民用建筑施工[2]。由于現(xiàn)代化的高層建筑、大型橋梁和港口碼頭等結(jié)構(gòu)復雜,負荷十分巨大,對基礎(chǔ)的承載能力和防止沉陷方面的要求較高。根據(jù)建設(shè)部門的資料,對高層建筑基礎(chǔ)的處理,通常是采用箱式、地下連續(xù)墻、樁等形式作為基礎(chǔ)。 1.3 打樁機的定義及工作原理 打樁機是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(shè)備等組成。具有貫入力強，噪聲小，沉樁質(zhì)量好，使用方便，適用于各種不同的工作環(huán)境，操作容易，機動性高，可水下作業(yè)，同時設(shè)備還具有廣闊的推廣應(yīng)用前景、節(jié)約投資、施工速度快、防護效果好等優(yōu)點，具有較好的社會效益和經(jīng)濟效益[3]。 樁錘依附在樁架前部兩根平行的豎直導桿（俗稱龍門）之間，用提升吊鉤吊升。樁架為一鋼結(jié)構(gòu)塔架,在其后部設(shè)有卷揚機,用以起吊樁和樁錘[4]。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(shè)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(zhuǎn)動，也能移行。打樁機的基本技術(shù)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。 樁是豎向(或微斜)埋入地層中而向底層巖土深處傳遞載荷的一種受力桿件,鉆孔灌注樁則是按成樁方法分類而定義的一種樁型。它是一種現(xiàn)場澆注型的鋼筋混凝土樁,系指在工程現(xiàn)場通過機械鉆孔、鋼管擠土或人力挖掘等手段在地基土中形成樁孔,并在其內(nèi)放置鋼筋籠,灌注混凝土而制成的樁。 目前，中小型建筑施工進行基礎(chǔ)打樁時，常用的方法有:1、開挖基礎(chǔ)槽灌注樁法;2卷揚機打樁機打孔灌注樁法;3、靜壓法打樁機打孔灌注樁法;4、振動錘擊法打預制樁法;5、螺旋鉆打樁機鉆孔灌注樁法[5]。 下面對每一種打樁方法分別作簡要介紹: 1、開挖基礎(chǔ)槽灌注樁法 此種方法需先放基礎(chǔ)線，然后按線挖至所需深度，其后用三花土(白灰與土的體積比為的混合物)填充且用電夯夯實，最后進行灌注。 2、卷揚機打樁機打孔灌注樁法 卷揚機打樁機由卷揚機、鋼繩、滑輪組、三角架、鋼樁體等組成，打樁時需先把前端為尖錐形狀的鋼樁體定位在設(shè)計坐標上，再由卷揚機通過鋼繩、滑輪組將其拉至一定高度，然后迅速放下，利用鋼樁體自身產(chǎn)生的重力勢能，使鋼樁體沉入土中打出一定深度的樁孔，控制卷揚機將其拉出地面并挖出鋼樁體內(nèi)的土重復進行前一次的操作，經(jīng)過反復多次操作將樁孔錘擊至設(shè)計深度，最后用混凝土灌注樁孔。 3、靜壓法打樁機打孔灌注樁法 此種方法采用專用的夾樁機構(gòu)和控制系統(tǒng)將樁體夾住，由夾樁箱直接將壓力傳給鉗口，通過油缸驅(qū)動將樁體緩緩沉入土中，直至設(shè)計深度，然后用混凝土灌注樁孔。 4、振動錘擊法打預制樁法 此種方法操作時先將預制樁吊起就位，再檢查其垂直度，然后放下振動錘，使預制樁在振動錘的錘擊下慢慢沉人土中，直至設(shè)計深度，最后用混凝土灌注樁孔。 5、螺旋鉆打樁機鉆孔灌注樁法 此種方法在施工時先將螺旋鉆桿及鉆機頭由卷揚機通過鋼繩、滑輪組吊起就位，檢查其垂直度后緩緩將其放下，通過鉆桿與鉆機頭的自重和螺旋鉆的軸向壓力，使螺旋鉆桿慢慢鉆入土中，直至鉆到設(shè)計深度，然后由卷揚機將其拉出地面，再用混凝土進行灌注。 以上各種打樁方法中，開挖基礎(chǔ)槽灌注樁法費工費時;卷揚機打樁機打孔灌注樁法施工速度慢、效率低;靜壓法打樁機打孔灌注樁法樁機由于機身自重大，對施工場地要求較高，不適宜在較狹窄或建筑物較多的地區(qū)施工，因此這種打樁機不適用于中小型建筑打樁，適用范圍窄;振動錘擊法打預制樁法對土層結(jié)構(gòu)和預制樁都有一定要求，適宜在較軟土層中施工，而對于致密的砂層與結(jié)構(gòu)較松散的細砂層或較硬的土層來說，施工難度大，而且容易損傷預制樁，因此適用范圍窄;螺旋鉆打樁機鉆孔灌注樁法和其他幾種打樁方法僅能打某一種類型的樁，功能單一[6]。 1.4 打樁機的種類 （1）蒸汽錘打樁機。樁錘由錘頭和錘座組成，以蒸汽或壓縮空氣為動力，有單動汽錘和雙動汽錘兩種。單動汽錘以柱塞或汽缸作為錘頭，蒸汽驅(qū)動錘頭上升，而后任其沿錘座的導桿下落而打樁。雙動汽錘一般是由加重的柱塞作為錘頭，以汽缸作為錘座，蒸汽驅(qū)動錘頭上升，再驅(qū)動錘頭向下沖擊打樁。上下往復的速度快,頻率高,使樁貫入地層時發(fā)生振動，可以減少摩擦阻力，打樁效果好。雙向不等作用力的差動汽錘，其錘座重量輕，有效沖擊重量可相對增大，性能更好。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(cè)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。 （2）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(qū)動錘頭工作。柴油錘按其構(gòu)造形式分導桿式和筒式。導桿式柴油錘以柱塞為錘座壓在樁帽上，以汽缸為錘頭沿兩根導桿升降。打樁時，先將樁吊到樁架龍門中就位，再將柴油錘擱在樁頂，降下吊鉤將汽缸吊起，又脫開吊鉤讓汽缸下落套入柱塞，將封閉在汽缸內(nèi)的空氣進行壓縮，汽缸繼續(xù)下落，直到缸體外的壓銷推壓錘座上燃油泵的搖桿時，燃油泵就將油霧噴入缸內(nèi)，油霧遇到燃點以上的高溫氣體，當即發(fā)生燃爆，爆發(fā)力向下沖擊使樁下沉，向上頂推，使汽缸回升，待汽缸重新沿導桿墜落時，又開始第二次沖擊循環(huán)。筒式柴油錘以汽缸作為錘座，并直接用加長了的缸筒內(nèi)壁導向，省去了兩根導桿，柱塞是錘頭，可在汽缸中上下運動。打樁時，將錘座下部的樁帽壓在樁頂上，用吊鉤提升柱塞，然后脫鉤往下沖擊，壓縮封閉在汽缸中的空氣。 并進行噴油、 爆發(fā)、沖擊、換氣等工作過程。柴油錘的工作是靠壓燃柴油來啟動的，因此必須保證汽缸內(nèi)的封閉氣體達到一定的壓縮比，有時在軟土地層上打樁時,往往由于反作用力過小,壓縮量不夠而無法引燃起爆，就需要用吊鉤多次吊起錘頭脫鉤沖擊，才能起動。柴油錘的錘座上附有燃油噴射泵、油箱、冷卻水箱及樁帽。柱塞和缸筒之間的活動間隙用彈性柱塞環(huán)密封。 （3）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。 （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。 （5）低空間落錘式液壓自動打樁機。在打樁的現(xiàn)場根據(jù)樁位的布局預先用枕木和槽鋼鋪設(shè)一段簡易導軌，并將打樁機組裝在導軌上，使自動夾緊裝置處松開狀，然后用人力將整機移至需要打樁的位置由于整機的重量較輕，采用人力就能較輕松地移動，在移動過程中松開的夾緊裝置仍能起保護作用，防止整機移動過程中可能出現(xiàn)的傾翻現(xiàn)象，當將打樁機準確地移動到需要打樁的新樁位時，通過液壓控制系統(tǒng)，使夾緊裝置將打樁機緊緊地固定在導軌上以保證打樁機能正常工作[7]。 1.5 打樁機設(shè)計的目的及意義 柴油錘樁架采用滑軌式移動，自動化程度高，可自行裝卸車，自由行走，可360度全回轉(zhuǎn)，配有最好最大的四條液壓油缸支腿，在惡劣的施工環(huán)境中展現(xiàn)其獨特的有事，增加施工時的整機穩(wěn)定性，可整機進行轉(zhuǎn)運。塔架為可折疊式箱型立柱，法蘭連接方式，塔架采用獨有的兩塊高強度錳板并且用大型折彎機折彎技術(shù)制造而成，同時立柱內(nèi)部加焊加強筋固定，增加立柱抗扭抗彎性[8]。 1.6 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢 　 由于打樁機的液壓控制系統(tǒng)及電氣控制系統(tǒng)方面已經(jīng)比較成熟，國內(nèi)外打樁機的發(fā)展主要體現(xiàn)在控制系統(tǒng)方面，微電子技術(shù)的飛速發(fā)展，為改進打樁機的性能、提高穩(wěn)定性、加工效率方面提供了可能。想比來講，國內(nèi)機型雖種類齊全，但技術(shù)含量相對較低，缺乏高技術(shù)含量的機型。 在國內(nèi)外打樁機中，按控制系統(tǒng)分類可分為三種：第一種是以繼電器為主控元件的傳統(tǒng)型打樁機，第二種是采用可編程控制器（PLC）控制的打樁機，第三種是應(yīng)用高級微處理器的高性能打樁機。在英國、美國、瑞典、荷蘭等發(fā)達國家，各類打樁機設(shè)備發(fā)展迅速，我國的打樁機主要采用可編程控制器（PLC）控制的液壓機，但是與它們還存在較大差距。所以我們要盡快研制出滿足國家需要的高效、低噪聲、無污染的打樁機。 國內(nèi)外打樁機的發(fā)展趨勢明顯，具體體現(xiàn)在： 1、 高速化、智能化、低能耗，提高打樁機的工作效率，降低生產(chǎn)成本。 2、 機電液一體化。充分合理利用機械、液壓、電子方面的先進技術(shù)，促進這個系統(tǒng)的完善。 3、 自動化、智能化。微電子技術(shù)的高速發(fā)展為打樁機的自動化、智能化提供了條件，能夠?qū)ο到y(tǒng)實現(xiàn)自動診斷和調(diào)整，具有故障預處理功能。 4、 液壓元件集成化、標準化。集成的液壓系統(tǒng)減少了管路連接，有效的防止泄漏和污染，標準化的元件為維修帶來方便[9]。 第二章 總體方案設(shè)計 2.1 設(shè)計內(nèi)容 圖1. 1 本次設(shè)計主要任務(wù)有機械結(jié)構(gòu)、主要零部件的設(shè)計。 打樁機的動力裝置要求能夠承受一定的載荷與沖擊，滿足強度和剛度的同時還應(yīng)該節(jié)省材料，降低生產(chǎn)成本，提高其經(jīng)濟效益。 為了使打樁機操縱簡單可靠，減輕工人的勞動強度，本打樁機的電氣控制系統(tǒng)采用PLC控制，滿足打樁機自動打樁的要求，提高工作效率[10]。 目前打樁機有多種形式，其行走機構(gòu)分履帶式、輪胎式、軌道式等多種結(jié)構(gòu)，為了滿足高效率、打樁方便、便于拆卸等要求，其行走機構(gòu)選用軌道式。 2.2 打樁機的主要性能和參數(shù) 1、樁錘重量 2700kg 2、錘頭重量 1200kg 3、最大提升高度 15000mm 4、最大錘擊能力 900kg 5、每分鐘錘擊次數(shù) 55 6、油箱容量 33L 7、油料消耗量 2kg/h 8、機動力輸出軸所需的功率：Pz=28.0606kW 9、機體外形尺寸 長 10551mm 寬 2300mm 高 36100mm 2.3 打樁機的組成及特點 柴油錘打樁機特點如下： 1．該柴油打樁機油耗低,靈敏可靠地層愈硬,樁錘跳的愈高廣泛使用于水泥管樁、木樁、金屬樁、混凝土預制樁、灌注樁、夯擴樁、灰土擠密樁等樁種施工，適用性非常廣泛，性價比極高，一機多用[11]。 2．柴油錘樁架為兩條液壓變幅油缸支撐，可自行起落主架，行走、回轉(zhuǎn)、對位準確、可靠，施工效率高，勞動強度低，另有兩根高強度的斜撐桿，保持塔架的絕對穩(wěn)定。 3．樁機采用裝卸與運輸安裝相結(jié)合的方式，整體性強，場地轉(zhuǎn)移方便，費用低，適合野外施工，可免去租吊機的費用[12]。 4．整機的電氣、液壓、操縱、監(jiān)視儀表均集中在司機室內(nèi)，司鉆人員操作簡單方便，視野開闊。 2.4 打樁機動力裝置三維建模 總體驅(qū)動方案 ⑴ 可選驅(qū)動方案 ① 內(nèi)燃機——機械驅(qū)動 ② 內(nèi)燃機——電力驅(qū)動 ③ 內(nèi)燃機——液壓驅(qū)動 ④ 內(nèi)燃機——液力——機械驅(qū)動 ⑵ 確定驅(qū)動方案 ① 樁機作業(yè)驅(qū)動方案 (內(nèi)燃機)——電力——機械驅(qū)動 ② 起升作業(yè)驅(qū)動方案 (內(nèi)燃機)——電力——液力——機械驅(qū)動 ③ 底盤驅(qū)動方案 (內(nèi)燃機)——電力——液力——機械驅(qū)動 ⑶ 總體驅(qū)動原理 ① 總體驅(qū)動框圖 會轉(zhuǎn)盤 減速器 動力頭機電動機 變幅液壓缸 液壓泵 液壓泵電動機 電網(wǎng)或 發(fā)電機 液壓泵電動機 驅(qū)動輪 減速器 真空泵 真空泵電動機真空泵 1、液位計 2、空氣濾清器 3、回油過濾器 4、油箱裝置 5、電機支架 6、電動機 7、減震墊 8、起吊板 9、電機支座 10、齒輪泵吸油濾油器 11、變量泵濾油器 第三章 打樁機支架的結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖1. 2 3.1 電機支架的設(shè)計 電機支架用于電機起支撐和固定電機的作用。本次的支架結(jié)構(gòu)設(shè)計采用的是立體方形結(jié)構(gòu)，由等邊角鋼、D1型方形鋼管、槽鋼、方形斜墊以及起吊板組成，所選用的鋼的材料是Q235-A抗拉強度（σb/MPa）：375-500[15]。通過焊接的方式組成。 第四章 打樁機動力裝置電動機的選擇 圖1. 3 機動力是打樁機主要的工作機構(gòu)。它由電動機和減速器組成。機動力電動機高速旋轉(zhuǎn)通過減速器后，回轉(zhuǎn)盤通過其內(nèi)部的套筒式主軸驅(qū)動各個油泵運轉(zhuǎn)，實現(xiàn)打樁機打樁的主運動。 4.1電動機的選型 電動機輸出功率的計算 ⑴ 機動力輸出軸所需的功率：Pz=28.0606kW ⑵ 傳動裝置總效率ηD∑ 機動力功率流如下圖所示： 由文獻[3]表9-1以及文獻[14]表3-1查得： 撓性聯(lián)軸器：η1=0.99 單級行星齒輪減速器：η2=0.98 單級圓柱齒輪減速器：η3=0.98 ηD∑=0.99×0.98×0.99×0.98=0.9413 動力頭輸入軸所需功率 Pi： Pi=PzηD∑=28.06060.9413=29.8105kW 電動機的額定功率P與電動機輸出功率P'之間有以下關(guān)系： P≥KP' 式中K為功率儲備系數(shù)，取K=1.2則: P≥1.2×29.8105=35.7726kW 選擇動力頭電動機功率為37kW，查文獻[13]表16-2: 選用Y250M-6型，額定功率37kW，滿載轉(zhuǎn)速980r/min。 4.2減速器的設(shè)計 4.2.1傳動方案的擬定 根據(jù)傳動裝置各部分的相對位置，綜合考慮工作機的性能要求、工作條件和可靠性，以使結(jié)構(gòu)簡單、尺寸緊湊、加工方便、傳動效率滿足要求等，選擇兩級漸開線行星齒輪傳動和展開式一級圓柱齒輪傳動串聯(lián)而成，機構(gòu)傳動方案簡圖如圖3-1所示。 1. 電動機 2.兩級行星齒輪傳動 3.單級圓柱直齒齒輪傳動 4.樁錘 圖3-1 傳動方案簡圖 4.2.2運動和動力參數(shù)的計算 傳動比的計算及分配 (1) 電動機滿載轉(zhuǎn)速980r/min 工作機的轉(zhuǎn)速為15r/min (2) 總傳動比i=nn'=98015=65.3 (3) 傳動比分配：行星齒輪減速器傳動比為：i1=18.1 圓柱齒輪減速器傳動比為：i2=3.6 (4) 傳動裝置運動參數(shù)計算 ① 軸1(行星齒輪傳動輸出軸) P1=P?η1?η2=37×0.99×0.98=35.8974kW n1=ni1=98018.1=54.14r/min T1=9550P1n1=9550×35.897454.14=6336.787N?m ② 軸2(圓柱齒輪傳動輸入軸) P2= P1?η1=35.8974×0.99=35.5384kW n2=n11=54.141=54.14r/min T2=9550P2n2=9550×35.538454.14=6273.414N?m ③ 軸3(圓柱齒輪減速器輸出軸) P3= P2?η3=35.5384×0.98=34.8276kW n3=n2i2=54.143.6=15.03r/min T3=9550P3n3=9550×34.827615.03 =22129.313N?m ④ 將以上數(shù)據(jù)列表 軸號 轉(zhuǎn)速n (r/min) 功率P (kW) 轉(zhuǎn)矩T (N?m) 傳動比i 效率η 電機軸 980 37 360.561 18.1 1 3.6 0.9702 0.99 0.98 軸1 54.14 35.8974 6336.787 軸2 54.14 35.5384 6273.414 軸3 15.03 34.8276 22129.313 4.2.3行星齒輪減速器的設(shè)計計算 傳動比的計算及分配 ⑴ 計算總傳動比 總傳動比i=18.1 因為行星輪數(shù)目cs=3時，傳動比范圍只有iAHB=2.1~13.7，故選用NGW型兩級行星齒輪傳動。 ⑵ 傳動比的分配 分配原則是各級傳動等強度和獲得較小的外型尺寸，在NGW型兩級行星齒輪傳動中，用角標1表示高速級參數(shù)，2表示低速級參數(shù)。設(shè)高速級與低速級外嚙合齒輪材料、齒面硬度相同，則σHlim1=σHlim2；取行星輪數(shù)目cs=3；齒面工作硬化系數(shù)ZW1=ZW2；低速級內(nèi)齒輪分度圓直徑db2與高速級內(nèi)齒輪分度圓直徑db1之比值以B表示，并取B=db2db1=1.2；取載荷不均勻系數(shù)KC1=KC2；取齒寬系數(shù)φα2φα1=1.2。 因為動載系數(shù)KV、接觸強度計算的齒向載荷分布系數(shù)KHβ及接觸強度計算的壽命系數(shù)ZN的三星乘積KV1KHβ1ZN2KV2KHβ2ZN1等于1.8~2.0，故取KV1KHβ1ZN2KV2KHβ2ZN1=1.9。 所以A=cs1φα2KC1KV1KHβ1ZN2ZW2σHlim22cs2φα1KC2KV2KHβ2ZN1ZW1σHlim12=1.2×1.9=2.28 E=AB3=2.28×1.23=3.94 在使用文獻[8]圖6-9，查出NGW型兩級行星齒輪傳動的傳動比分配i1=4.5，i2=ii1=18.14.5=4.0 4.2.4 高速級配齒計算 ⑴ 配齒計算 通常行星齒輪數(shù)目cs=3，過多會使其載荷均衡困難，過少又發(fā)揮不了行星齒輪傳動的優(yōu)點，由于i1=4.5距可能達到的傳動比極限值較遠，所以可不檢驗鄰接條件。 各齒輪數(shù)按傳動比條件公式ia1c1b1za1cs=c進行配齒計算，計算中根據(jù)ia1c1b1并適當調(diào)整，使c等于整數(shù)，再求出za1應(yīng)盡可能取質(zhì)數(shù)，并使za1/cs≠整數(shù)。 則ia1c1b1za1cs=4.5×za13=34所以za1=23 zb1=c?cs-za1=34×3-23=79 zc1=12zb1-za1=1279-23=28 這些符合za1取質(zhì)數(shù)，za1/cs≠整數(shù)，zb1/cs≠整數(shù)，且zb1/zc1及za1/zc1無公約數(shù)，c/cs≠整數(shù)的NGW型配齒要求。 采用高變位，因ia1c1b1=4.54,所以太陽輪取正變位，行星輪和內(nèi)齒輪取負變位，即 即xa1=0.3，xc1=xb1=-0.3。 如果ia1c1b1<4，太陽輪為負變位，行星輪和內(nèi)齒輪正變位，即xc1=xb1=-xa1。 4.2.4.1按接觸強度初算A1-H1傳動的中心距a和模數(shù)m 輸入轉(zhuǎn)矩T1=9550Pn1=9550×37980=360.561N?m 因傳動中有一個或兩個基本構(gòu)件浮動作為均載機構(gòu)，且齒輪精度低于6級，所以取載荷不均勻系數(shù)KC=KCH=KCF=1.15。 在一對A1-H1傳動中，小齒輪（太陽輪）傳遞的扭矩TA1=T1csKC=360.5613×1.15=138.215N?m 全為硬齒面的外嚙合，在對稱、中等沖擊載荷時：7級精度，使用的綜合系數(shù)K=2.0-2.8；8級精度，K=3.0-4.0。 考慮動力頭減速器的加工和使用的實際條件，取K=2.4。 齒數(shù)比 u=zc1za1=2823=1.22 太陽輪和行星輪的材料用40Cr鋼表面淬火，齒面硬度HRC50-55（太陽輪）和HRC45-50(行星輪)，由文獻[5]圖6-4得接觸疲勞強度極限σHlim=1600Nmm2。 齒寬系數(shù)φα=ba (GB 10090-88) 規(guī)定為：0.22、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.6。因齒面硬度HB>350,則取φα1=0.5。 按接觸強度初算中心距a公式： a=484u?13KTAφασHlim2umm 計算中心距 （內(nèi)嚙合用”-”表示）： a1=484×1.22+132.4×138.2150.6×16002×1.22=60.330mm 模數(shù)m=2aza1+zc1=2×60.33023+28=2.37，取模數(shù)m1=3 4.2.4.2計算A-C傳動的實際中心距和嚙合角αAC' 實際中心距 aAC1=m12za1+zc1=3223+28=76.5mm 因是直齒輪高變位，則 YAC1=a'-aAC1m1=76.5-76.53=0 cosαAC'=aAC1a'cosα=cos20° 所以αAC'=20° 4.2.4.3計算C-B傳動的中心距和嚙合角αCB' 實際中心距： aCB1=m12zb1-zc1=3279-28=76.5mm 因為中心距變動系數(shù)YCB1=a'-aCB1m1=76.5-76.53=0，所以嚙合角αCB'=20°。 4.2.4.4幾何尺寸計算 按高變位齒輪傳動的幾何計算A、C、B三輪的幾何尺寸。 ⑴ 分度圓直徑 da1=m1za=3×23=69mm dc1=m1zc=3×28=84mm db1=m1zb=3×79=237mm ⑵ 齒頂高 haa1=ha*+xa1m1=1+0.3×3=3.9mm hac1=ha*+xc1m1=1-0.3×3=2.1mm hab1=ha*-?ha*-xb1m1=1-0.16-(-0.3)×3=3.42mm 式中?ha*=7.551-xb2zb=7.55×1+0.3279=0.16 ⑶ 齒根高 hfa1=ha*+c*-xa1m1=1+0.25-0.3×3=2.9mm hfc1=ha*+c*-xc1m1=1+0.25-(-0.3)×3=4.7mm hfb1=ha*+c*+xb1m1=1+0.25+(-0.3)×3=2.9mm ⑷ 齒高 ha1=haa1+hfa1=3.9+2.9=6.8mm hc1=hac1+hfc1=2.1+4.7=6.8mm hb1=hab1+hfb1=3.42+2.9=6.32mm ⑸ 齒頂圓直徑 daa1=da1+2haa1=69+2×3.9=76.8mm dac1=dc1+2hac1=84+2×2.1=88.2mm dab1=db1-2hab1=237-2×3.42=230.16mm ⑹ 齒根圓直徑 dfa1=da1-2hfa1=69-2×2.9=63.2mm dfc1=dc1-2hfc1=84-2×4.7=74.6mm dfb1=db1+2hfb1=237+2×2.9=242.8mm 4.2.4.5驗算A-C傳動的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度 強度計算所用公式同定軸線齒輪傳動，但確定KV和ZV所用的圓周速度用相對于行星架的圓周速度vH=πda1n11-1i11000×60ms 則vH=π×69×980×1-14.51000×60=2.75m/s KV=1+0.093vHza1100 =1+0.093×2.75×23100=1.06 動載系數(shù)速度系數(shù)ZV由文獻[8]表6-11查得ZV=0.964。 ⑴ 確定計算公式中的系數(shù) 使用系數(shù)kA=1 齒間載荷分布系數(shù)kHβkFβ 彎曲強度計算時，kFβ=1+θb-1μF 接觸強度計算時，kHβ=1+θb-1μH 式中 μF及μH——齒輪相對于行星架的圓周速度vH及大齒輪齒面硬度HB2對kHβkFβ的影響系數(shù)，查文獻[8]表6-29選取μF=0.8、μH=0.8。 θb——星輪數(shù)目對kHβkFβ影響系數(shù)。 對于圓柱直齒輪或人字齒輪行星傳動，如果行星架剛性好，行星輪對稱布置或者行星輪采用調(diào)位軸承，則使太陽輪和行星輪的軸線偏斜可以忽略不計，θb值可由文獻[8]圖6-10查取。 φd=φaa1da1=0.5×76.569=0.554 查文獻[8]圖6-10選取θb=1.16 kFβ=1+1.16-1×0.8=1.13 kHβ=1+1.16-1×0.8=1.13 齒間載荷分布系數(shù)kHαkFα： 先求端面的重合度：εa=12πz1tanαa1-tanα+z2tanαa2-tanα 其中：αa1=cos-1da1cosαdaa1=cos-169×0.939776.8=32.4° αa2=cos-1dc1cosαdac1=cos-184×0.939788.2=26.5° 則：εa=12π23tan32.4°-tan20°+28tan26.5°-tan20° =12π23×0.6346-0.3640+28×0.4986-0.3640 =1.59 因為直齒的重合度εγ=εa，所以kHα=kFα=0.645εγ=0.645×1.59=1.026 節(jié)點區(qū)域系數(shù)：zH=zH'-0.00833β-8 式中zH'=4.880.71-Y2，Y=xC+xAzA+zC=0 所以zH=4.88×0.71-02-0.00833×0-8=2.53 查文獻[5]表6.4得彈性系數(shù)：ZE=189.8Nmm2 接觸強度計算的重合度系數(shù)：Zε=4-εa3=4-1.593=0.896 接觸強度計算的螺旋角系數(shù)：Zβ=cosβ=cos0=1 接觸強度計算的壽命系數(shù)ZN：因為當量循環(huán)次數(shù)Ne>5×107，則ZN=1。 最小安全系數(shù)：取SHmin=1。 潤滑劑系數(shù)ZL：考慮用N46(30號)機械油作為潤滑冷卻劑，按文獻[8]表6-10，取ZL=0.93。 粗糙度系數(shù)ZR：按文獻[8]表6-12，取ZR=0.94。 齒面工作硬化系數(shù)：ZW=1。 接觸強度計算的尺寸系數(shù)：ZX=1。 ⑵ A-C傳動接觸疲勞強度驗算 計算接觸應(yīng)力：σHAC=Ftd1bu+1ukAkVkHαkHβ?ZHZEZεZβ =2000T1d12×0.6a×1.22+11.22×1×1.06×1.13×1.026×2.53×189.8×0.896×1 =2000×360.56692×0.6×76.5×1.22+11.22×1.228943×430.25382 =1168.8Nmm2 計算許用接觸應(yīng)力σHP，按文獻[8]式6-13： σHP=σHlimZNSHminZLZVZRZWZX 及強度條件：σH≤σHP 則：SHminσHZNZLZVZRZWZX≤σHlim 1×1168.81×0.93×0.964×0.94×1×1=1386.0Nmm2 <σHlim=1600Nmm2 所以，計算結(jié)果，接觸強度通過。除Cr鋼外，還可以使用40MnB、50SiMn等代用，如使用20CrMnTi滲碳淬火鋼制造，安全欲度更好。 ⑶ A-C傳動彎曲疲勞強度驗算 按文獻[8]式6-15齒根應(yīng)力為： σF=FtbmnKAKVKFβKFαYFaYSaYεYβNmm2 式中： YFa——齒形系數(shù)，由文獻[8]圖6-5查取為YFa1=2.37，YFa2=2.89； YSa——應(yīng)力修正系數(shù)，由文獻[8]圖6-6查取為YSa1=1.7，YSa2=1.47； Yε——彎曲強度計算的重合度系數(shù) Yε=0.25+0.75εα=0.25+0.751.59=0.831 Yβ——彎曲強度計算的螺旋角系數(shù)，因為是直齒，取Yβ=1。 σF=2000T1d1×0.6amn×1×1.06×1.13×1.026×2.37×1.7×0.831×1 =2000×360.5669×0.6×76.5×3×4.117=312.47Nmm2 考慮到行星輪輪齒受力可能出現(xiàn)不均勻，齒根最大應(yīng)力：σFmax=σF×1.5=468.70Nmm2 由強度條件：σFP≥σFmax σF≈σFlimYSTSFmin≥σFmax SFmin——彎曲強度計算的最小安全系數(shù)，推薦值為：1.4~3，取SFmin=1.4 YST——應(yīng)力修正系數(shù)，YST=2 則：σFlim≥σFmaxSFminYST=468.7×1.42=328.1Nmm2 由文獻[5]圖6-7得，40Cr表面淬火，σFlim=350Nmm2。彎曲強度驗算也通過。 4.2.4.6驗算C-B傳動的接觸疲勞強度和彎曲疲勞強度 ⑴ 根據(jù)A-C傳動的σHAC來確定C-B傳動的接觸應(yīng)力σHCB，因為C-B傳動的內(nèi)嚙合，u=zBzC=7928=2.8，所以: σHCB=σH2.8-12.81.22+11.22=694.7Nmm2 ⑵ 核算內(nèi)齒輪材料的接觸疲勞強度 σHlim≥σHCBZNZLZVZRZWZXSHmin=694.71×0.93×0.964×0.94×1×1×1=824.3Nmm2 由文獻[5]圖6-4得，40Cr表面淬火σHlim=1600Nmm2≥824.3Nmm2，內(nèi)齒輪用40Cr表面淬火，齒面硬度HRC48~55，接觸材料符合強度要求。 ⑶ 彎曲疲勞強度的驗算 只對內(nèi)齒進行驗算，按文獻[8]式6-15計算齒根應(yīng)力，其大小和A-C傳動的外嚙合一樣 σF=FtbmnKAKVKFβKFαYFaYSaYεYβNmm2=312.47Nmm2 齒根最大應(yīng)力：σFmax=σF×1.5=468.70Nmm2 由強度條件得 σFlim≥σFmaxSFminYST=468.7×1.42=328.1Nmm2 由文獻[5]圖6-7得，40Cr 滲碳淬火，σFlim=350Nmm2。C-B傳動彎曲強度驗算合格。 4.2.5低速級配齒計算 4.2.5.1配齒計算 通常行星齒輪數(shù)目cs=3，過多會使其載荷均衡困難，過少又發(fā)揮不了行星齒輪傳動的優(yōu)點，由低速級計算得i2=4距可能達到的傳動比極限值較遠，所以可不檢驗鄰接條件。 各齒輪數(shù)按公式ia2c2b2za2cs=c進行配齒計算，計算中根據(jù)ia2c2b2并適當調(diào)整，使c等于整數(shù)，再求出za2應(yīng)盡可能取質(zhì)數(shù)，并使za1/cs≠整數(shù)。 則ia2c2b2za2cs=4×za23=37所以za2=29 zb2=c?cs-za2=37×3-29=83 zc2=12zb2-za2=1283-29=27 這些符合za2取質(zhì)數(shù)，za2/cs≠整數(shù)，zb2/cs≠整數(shù)，且zb2/zc2及za2/zc2無公約數(shù)，c/cs≠整數(shù)的NGW型配齒要求。 采用高變位，因ia2c2b2=44,所以太陽輪取正變位，行星輪和內(nèi)齒輪取負變位，即 即xa2=0.3，xc2=xb2=-0.3。 4.2.5.2按接觸強度初步算A-C的中心距a和模數(shù)m 輸入轉(zhuǎn)矩：T2=T1i1η=360.56×4.5×0.98=1590.07N?m 因為傳動中有一個或兩個基本構(gòu)件浮動作為均載機構(gòu)，且齒輪精度低于6級，所以取載荷不均勻系數(shù)KC=KCH=KCF=1.15 在一對A-C傳動中，太陽輪傳遞的扭矩： TA2=T2csKC=1590.073×1.15=609.53N?m 全為硬齒面的外嚙合，在對稱、中等沖擊載荷時：7級精度，使用的綜合系數(shù)K=2.0~2.8；8級精度，K=3.0~4.0。 考慮動力頭使用的實際條件，取K=4.0，齒數(shù)比u=ZC2ZA2=2729=0.93 太陽輪和行星輪的材料用45號鋼表面淬火，齒面硬度HRC40~50（太陽輪）和HRC40~50（行星輪），由文獻[5]圖6-4得σHlim=1100Nmm2。 齒寬系數(shù)φα=ba (GB 10090-88) 規(guī)定為：0.22、0.25、0.3、0.35、0.4、0.45、0.5、0.6。因齒面硬度HB>350,則取φα2=0.60。 按接觸強度初算中心距a公式： a=484u?13KTAφασHlim2umm 計算中心距 （內(nèi)嚙合用”-”表示）： a2=484×0.93+134.0×609.530.6×16002×0.93=111.634mm 模數(shù)m=2aza2+zc2=2×111.63429+27=3.98 取模數(shù)m2=4 4.2.5.3計算A-C傳動的實際中心距和嚙合角 實際中心距： aAC2=m22za2+zc2=4229+27=112mm 因是直齒輪高變位，則 YAC2=a'-aAC2m2=112-1124=0 cosαAC2'=aAC2a'cosα=cos20° 所以αAC2'=20° 4.2.5.4計算C-B傳動的中心距和嚙合角αCB' 實際中心距： aCB2=m22zb2-zc2=4283-27=112mm 因為中心距變動系數(shù)YCB2=a'-aCB2m2=112-1124=0，所以嚙合角αCB2'=20°。 4.2.4.5幾何尺寸計算 按照高變位齒輪傳動的幾何計算 A、B、C三輪的幾何尺寸。 ⑴ 分度圓直徑 da2=m2za=4×29=116mm dc2=m2zc=4×27=108mm db2=m2zb=4×83=332mm ⑵ 齒頂高 haa2=ha*+xa2m2=1+0.3×4=5.2mm hac2=ha*+xc2m2=1-0.3×4=2.8mm hab2=ha*-?ha*-xb2m2=1-0.16-(-0.3)×4=4.56mm 式中?ha*=7.551-xb2zb=7.55×1+0.3282=0.16 ⑶ 齒根高 hfa2=ha*+c*-xa2m2=1+0.25-0.3×4=3.8mm hfc2=ha*+c*-xc2m2=1+0.25-(-0.3)×4=6.2mm hfb2=ha*+c*+xb2m2=1+0.25+(-0.3)×4=3.8mm ⑷ 齒高 ha2=haa2+hfa2=5.2+3.8=9mm hc2=hac2+hfc2=2.8+6.2=9mm hb2=hab2+hfb2=4.56+3.8=8.36mm ⑸ 齒頂圓直徑 daa2=da2+2haa2=116+2×5.2=126.4mm dac2=dc2+2hac2=108+2×2.8=113.6mm dab2=db2-2hab2=332-2×4.56=322.88mm ⑹ 齒根圓直徑 dfa2=da2-2hfa2=116-2×3.8=108.4mm dfc2=dc2-2hfc2=108-2×6.2=95.6mm dfb2=db2+2hfb2=332+2×3.8=339.6mm 第五章 油箱裝置的結(jié)構(gòu)設(shè)計 圖1. 4 液壓油箱的作用是駐村液壓油、分離液壓油中的雜志和空氣，同時還起到散熱作用。 5.1、液壓油箱的結(jié)構(gòu)設(shè)計 液壓油箱在液壓系統(tǒng)中的主要作用為儲油、散熱、分離油中所含空氣及消除泡沫。選用油箱首先要考慮其容量，一般移動式設(shè)備取泵最大流量的倍數(shù)，固定式設(shè)備取倍；其次考慮油箱油位，東系統(tǒng)全部液壓油缸伸出后油箱面不得低于最低油位，當油缸回縮以后不得高于最高油位；最后考慮油箱結(jié)構(gòu)，傳統(tǒng)油箱內(nèi)的隔板并不能起沉淀臟物的作用，應(yīng)沿著油箱縱軸線安裝一個垂直隔板。此隔板一端和油箱面板之間留有空位使隔板兩邊空間連通，液壓泵的進出油口布置在不連通的一端隔板兩側(cè)，使進油和回油之間的距離最遠，液壓油箱多起一些散熱作用[16]。 5.2、頂蓋 在液壓油箱頂蓋上安裝馬達閥組空氣濾清器時，要十分牢固。液壓油箱同它們的接合面要平整光滑，將密封耐油橡膠密封墊圈以及液態(tài)密封橡膠放入期間，以防雜質(zhì)、水、空氣侵入并防止漏油。液壓油及液壓馬達的底座要與上頂蓋分開。 5.3、液面指示 在箱的側(cè)面安裝液面指示計，指示最低最高油位。指示計選用溫度計的，以更準確的觀察液壓油箱的情況。 5.4、液壓油箱的加熱與冷卻 為提高液壓系統(tǒng)工作的穩(wěn)定性，使系統(tǒng)在適宜溫度下工作，液壓油溫度保持在30-50度的范圍內(nèi)[17]。 第六章 輔助元件 6.1、管道 管道是用管子、管子連接件和閥門等連接成的用與輸送氣體、液體或帶固體顆粒的流體的裝置。管道選用鋼絲編織的液壓膠管。 6.2、管接頭 管接頭是液壓系統(tǒng)中連接管路裝在液壓元件上的零件，這是一種在流體通路中能裝拆的連接件的總稱。主要包括：焊接式、卡套式和擴口式?？紤]到裝拆方便，工作壓力小雨40Mpa，選用卡套式管接頭。 6.3、密封件 密封件是防止流體或固體微粒從相鄰接合面間泄漏以及防止外界雜質(zhì)如灰塵與水分等侵入機器設(shè)備內(nèi)部的零部件的材料或零件。各種密封其性能影響因素是不同的，如機