SWDM-25旋挖钻机钻桅变幅机构及钻桅结构设计

许用压应力ｆ ｄｒ ｌ’盯．／ｎ＝１７０ＭＰａ 经汁算最大压应力的位置在下截面底板处，此时
叮擅一：－争ｙｏ＝１３０．１，一＜【盯压】
最大拉应力的位置在上截面的导轨处，此时
叮拉。。＝曼｝（＾一ｙｏ）＝１３９．１７胁＜【盯拉】
对于切应力Ｔ有
，，ｒ ｒＭ。２。，１：．昔占一…２０．…８…６腑＜＜Ｉ【ＴＴ 】Ｊ
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■矗～万方数据
式中：Ｇ．一一下作装置总重量；
Ｆ．——桅杆油缸对Ｔ作装置的作用力； Ｌ，——点Ｇ到点Ｅ的距离； 乙——点Ｇ到点Ｈ的距离； Ｌ。——点Ｇ到点Ｏｌ的距离；
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其中，Ｌ。、Ｌ。、Ｌ；、Ｇ。、仅。、ａ ｌ已知，则Ｆ ｌ为关 于ＩＩＩ的函数，关系曲线如图９所示：
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为三角架重心到Ｅ点的水平距离。
Ｇ３＝１４．７ＫＮ，Ｇ２＝１５．７ＫＮ，Ｇｌ－３．５３ＫＮ
ＸｏＥ＝１．３５９ｍ，ＹＧＥ＝Ｉ）．６３５ｍ，ＸＦＥ＝Ｉ）．８６３ｍ，ＹＦＥ＝Ｏ．８３４ｍ， Ｈ３＝０．７４１ ｍ。
２．典型工况的确定
对旋挖变幅机构每确定一个ｄ值和０。、０。值．唯一对 应一力臂ｅ２值和一种工况。现确定典型工况如下：
【关键词】旋挖钻机；变幅机构；钻桅；结构设计
大型旋挖钻机是我国近年来引进、发展的桩工机械，逐 步取代了对环境污染严重、效率低Ｆ的其它建筑ｔ程桩孔施工 机械。旋挖钻机的钻桅变幅机构对整机布局和操纵稳定性影响 很大，它是实现钻孔位置变化及改变钻桅位置状态的关键部 件。钻桅是旋挖钻机主执行机构的重要支撑，其为钻具、调 整机构、加压系统等提供结构支撑，整个桅杆对于保证整机 的正常运行和工作质量起着至关重要的作用。因此．本文对 ＳＷＤＭ一２５旋挖钻机变幅机构以及钻桅进行了结构没汁。
Ｌ
万方数据
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置的可能性，以及制造、装配的工艺性等阒素。设汁时，首 先要满足旋挖钻机的功能要求．以及满足特殊工作尺寸的要 求，如最小变幅半径，最大运输高度等。
如图４所示在经计算得到变幅机构尺寸参数： Ｌ（；Ｆ＝１５５０ｍｍ
ＬＧｌ＝３０００ｍｍ ＬＡｃ＝ＬＥｒ＝Ｉ ２（）（）ｍｍ ＬＡｒ＝Ｌｃｒ＝２８（Ｘ）ｍｍ ＬｏＥ＝１５００ｍｍ ＬＡＲ＝２４０ｍｍ
万方数据
——矗
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危险点的应力及刚度、稳定性情况
仃。＝盯日＝８３．１２ＭＰａ
强度
ｆ＝％＝６．０１ＭＰａ
刚度
桅杆上端转角：
口：丝！！二型；４．１７。ｌｏ一．。
６ＪＥ了
蕞大挠度：ｆ＝等ｊ上弛Ｊ ＋１）＝。．６ｍｍ
许用应力、挠度及临界载衙
㈨＝吒／ｎ＝２５５坳
【吒】＿Ｏ＂ｓ／ｎ＝１７０Ｍｐａ
Ｓ１＝２２０８ｍｍ
动臂油缸的缸径Ｄ２＝２００ｍｍ，杆径ｄ２＝１４０ｍｍ行程
Ｓ２＝１ １００ｍｍ
四、钻桅结构的设计校核 本论文桅杆的设汁是以桅杆在水平位置按梁的强度条件来 设计的，在桅杆处于水平位置时已进行了强度校核，在此位置 是满足没计要求的。由于桅杆受轴向载筒较大，因此在满足桅 杆水平佗置强度的前提下有必要对桅杆在垂直状态卜．强度、稳 定性以及刚度的校核，并对桅杆在上作状态下进行Ｊ，弯扭组合 强度校核。校核结果如表１所示： 经汁算，桅杆结构符合各项强度性能指标，桅杆的结构 设计符合安伞性能要求。 五、结论 本文完成了对ＳＷＤＭ一２５旋挖钻机变幅机构和钻桅的结构 设计，同时进行Ｊ，变幅机构静力分析，经过没计校核，钻桅以 及变幅机构主要部件的设计是符合安全性能要求的。
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ＳＷＤＭ一２５旋挖钻机钻桅变幅机构及钻桅结构设计
３－小兵
（湖南兵器工业高级技工学校，湖南益阳 ４１３０００）
【摘要】本文针对ＳＷＤＭ一２５旋挖钻机变幅机构以及钻桅做了相关的设计与计算。通过对国内外几种典型变幅机构的比较分 析确定了变幅机构的设计方案；参照起重机粱的结构设计方法，结合桅杆的功能特点对钻桅进行了结构设计；根据相关设计参数建立 了钻桅变幅机构的力学模型。对变幅机构进行了受力分析；同时还对旋挖钻机处于各种典型工况时的钻挖变幅机构关键部件进行了受力 计算。此外，对变幅机构销轴以及桅杆连接处螺栓进行了设计。最后，全面对桅杆在工作状态与非工作状态下进行了强度、稳定性 以及刚度的校核，验证了所设计的桅杆是符合安全性能要求的。
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圈１ｆ）动臂机构受力简图 列力学平衡方程，写为矩阵形式如下：
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其中：Ｇ。为三角架的重量。Ｇ：为动臂的重量，Ｇ。为连 秆的重量。Ｆｈ、Ｆ。，为动臂对三角架的约束反力，Ｆ。。、Ｆ。， 为桅杆对三角架的约束反力，Ｘ。。、Ｙ。。为Ｇ点到Ｅ点的水平 与垂直距离，Ｘ，Ｅ、Ｙ，。为Ｆ点到Ｅ点的水平与垂直距离，Ｈ。
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Ｍ Ｌａｒｇｅ，Ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ Ｄｒｉｌｌｉｎｇ Ｒｉｇ Ｃｅｎｓｕｓｌｌｌ．Ｐｉｐｅｌｉｎｅ＆Ｇａｓ Ｉｏｕｒｎａｌ
图５桅杆结构示意图
ｂ＇
ｈ
图８桅杆受力简图
图６桅杆截面示意图 ２．桅杆水平位置强度校核 桅杆的结构是在水平ｆｉｚ置进行的设计，桅杆在处于水平位 置时，对桅杆各段进行弯剪受力分析得到桅杆油缸与桅杆的铰 接点处的弯矩最大，此时应该对该截面做强度校核。 由于设汁时是参照起重机梁的结构设计，但没有考虑各种 ·附加闪素的影“向＇囚此根据起重机梁的安全系数，取ｎ＝２·
图９ Ｆ１与的关系曲线 当ＩｌＩ＝ｏ．５５５ｒａｄ时，桅杆水平，处于运输状态，Ｆｌｍａｘ＝１． ４２．５８×Ｉ（ＰＮ 当巾＝２．２１３ｒａｄ时，桅杆前倾５。，处于工作调整最不利状态，
Ｆ１Ｉｌｌｉ。－－２．８８５８×１０５Ｎ
对平行四边形双摇杆机构进行受力分析，受力简图如图 ｌｏ所示。其中（ａ）为连杆受力简图，（ｂ）为动臂受力简图，（ｃ）为 三角架受力简图。
一、变幅机构总体方案设计 １．变幅机构结构方案的确定 变幅机构的结构形式与布置方案不仅关系到整个变幅装置 能否正常工作，而且还对转台的没计和布置以及整体性能有着 很大的影响。下面对三种变幅方案进行比较分析：
图ｌ变幅机构方案一
图２变幅机构方案二
图３变幅机构方案三 前两种方案均采用平行四边ｆ三角架结构，通过—个平行 四边形连杆机构与三角架连接，用两个油缸驱动实现ｔ作装置 的Ｔ作半径变化以及桅杆角度的调整，其中变幅油缸伸缩改变 工作装置的工作幅度，桅杆油缸伸缩改变桅杆在垂直平面里的 角度。该结构变幅范围大，可整机放倒，折叠，降低运输 高度和长度。方案一如图１所示，变幅液压缸装于动臂的前 下方，动臂下支撑点（与转台的铰点）没在回转中心的前下方， 并高于转台平面。方案二如图２所示，变幅油缸上铰点与三 角架铰接通过驱动三角架使工作装置平移。此方案，变幅液 压缸通过驱动三角架实现变幅，由于三角架离转台距离较远， 变幅液压油缸的位置需布置在转台的较前方，这就增大了转台 的设计难度。方案三如图３所示，在转台上升起一横向支柱， 变幅油缸安装在这上面驱动桅杆的变幅，这一没计可以加大两 个变幅油缸安装距离，增大钻桅的稳定性，能承受大扭矩。 但该设计使转台的设计复杂，且升高了运输时的整机高度， 运输时需要拆卸桅杆，安装时需起重设备辅助，费时费力。 与方案一比较．该方案的工作半径不能变化，没有起到 工作装置的真正变幅作用，在工作装置重量相同的情况下， 最大倾翻力矩： Ｍｍａｘ＝Ｇ ０．Ｌｍａｘ 其中，Ｌｍａｘ为工作装置到整机倾翻线的最大距离。 方案一其最大倾翻力矩出现在工作装置在垂直位置时，而 方案三的最大倾翻力矩出现在其工作装置前倾，变幅油缸最大 行程时，显然町知ＬＩｍａｘ＜Ｌ，ｍａｘ所以该方案的最大倾翻力矩较 大。经过上面的比较分析，采用图ｌ所示的机构作为本次的变幅 机构。 ２．变幅机构参数的设计计算 在总体方案设计中必须全面考虑机器的功能要求，结构布
根据典型工况的确定，可求得变幅机构各铰点的危险受力 情况。
３．桅杆与动臂油缸缸径、杆径以及行程的确定 根据前面各种Ｔ况的计算与分析．由变幅机构各铰点的危 险受力情况，可知液压缸的最大推力出现的工况状态，由结 构的对称性可设计采Ｊ｛ｊ双液压缸推动。经汁算可得到： 桅杆油缸的缸径Ｄｌ＝２００ｍｍ，杆径ｄｌ＝１４０ｍｍ行程
工况４平行四边形机构处于最高位置，桅杆水平时，变 幅机构离底盘最近．钻桅变幅机构仪受到上作部分的重力作用， 主卷扬钢丝绳处千松弛状态：
工况５甲行四边形机构处于最高位置．桅杆垂直（工作 时）桅杆垂直，旋挖钻机处于钻进状态，钻具受到最大转矩
２４８ ｋＮ·ｍ；
工况６平行四边形机构处于最高位置，桅杆向前倾ｓｏ时 （工作时）。
械，２１Ｘ）５，３６（Ｉ（》Ｘ ７５＂７５． 『６１６ 吕惠娴．ＢＧ２５型旋挖钻机的国产化改造及合理应用『１１，生产