旋挖钻机桅杆的优化设计11
旋挖机桅杆调整操作方法
旋挖机桅杆调整操作方法旋挖机桅杆调整是指调整旋挖机上的桅杆的位置和角度，以适应不同工况下的工作需求。
以下是旋挖机桅杆调整的操作方法：1. 设定工作条件：在进行桅杆调整之前，首先需要了解工作条件，包括地质情况、施工深度、土壤类型等，根据不同的工况设定调整参数。
2. 检查机器状态：在操作旋挖机之前，应该检查机器是否处于正常工作状态，包括发动机、液压系统、油温等。
确保机器没有任何故障和不良现象。
3. 伸缩桅杆：旋挖机桅杆一般都是可以伸缩的，根据需要调整桅杆的伸缩长度。
通过操作控制杆，松开油门并将伸缩杆向外拉伸或向内缩进，确保桅杆能够达到所需的工作深度。
4. 调整桅杆角度：根据工作需要，需要调整桅杆的角度。
通过控制杆和按钮，将桅杆调整到合适的角度。
通常情况下，桅杆应该保持与地面垂直或者与地面成一定角度，确保挖掘操作的稳定和安全。
5. 固定桅杆位置：一旦桅杆调整到合适位置和角度，需要确保桅杆能够保持稳定，在工作过程中不会发生松动或下沉。
通过旋转机身上的固定螺栓或螺母，确保桅杆固定在所需位置。
6. 检查桅杆调整：完成桅杆调整后，需要再次检查桅杆的位置和角度是否符合要求。
确保桅杆与地面保持平齐、垂直或者所需的角度，并且没有发生松动或移位等现象。
7. 实际操作验证：完成桅杆调整后，需要进行实际操作验证，检查桅杆是否满足需求，是否能够顺利进行挖掘作业。
在进行实际操作中，需要注意桅杆的稳定性和操作的安全性。
8. 调整与修正：在实际操作过程中，如果发现桅杆调整存在一些问题，比如不稳定、位置不准确等，需要及时进行调整和修正。
通过重新调整桅杆的位置和角度，确保旋挖机能够正常工作。
通过以上操作步骤，可以有效地进行旋挖机桅杆的调整。
在操作过程中，需要注意安全操作，遵循机器操作规范，确保自身和他人的安全。
并且应根据实际情况和工作需求，灵活调整桅杆的位置和角度，以提高施工效率和质量。
GJR400 大型旋挖钻机桅杆变幅机构铰点设计思路
工作研究·GJR400大型旋挖钻机桅杆变幅机构铰点设计思路doi:10.16648/ki.1005-2917.2020.03.005GJR400大型旋挖钻机桅杆变幅机构铰点设计思路郭军锐（甘肃省建设投资（控股）集团总公司，甘肃兰州 730050）摘要：在设计GJR400大型旋挖钻机的变幅机构铰点（包括销轴和轴套）时，除了选择合适的材料、表面参数以外，还要选择合理的配合间隙。
本文通过如何选择销轴的材料、表面粗糙度和硬度等性能参数的选用、以及铰链处保证润滑良好所需最小配合间隙的确定等，对变幅机构铰点的设计思路提出了相关建议。
关键词：变幅机构；铰点；性能参数；强度设计；配合间隙大型旋挖钻机的变幅机构主要包含大变幅和小变幅，其铰接点在桅杆变幅动作和钻机钻进工作时承受低速重载的作用，同时由于工况的复杂性，还经常需要承受巨大的冲击力。
因此，在铰点设计时，不仅要正确选择销轴的材料、表面参数以及设计强度，而且要设计合适的配合间隙。
为销轴与轴套的配合选择一个合适的配合间隙对降低整个工作装置的故障率，提升其使用寿命有重要意义。
1. 铰点的简化模型按照销轴与被铰接件接触面的数量划分，铰点常见有以下三种：图1 三个接触面图2 四个接触面图1形式包括各油缸与油缸支撑结构的铰接点、大变幅油缸与十字轴总成的铰接点、小变幅油缸和小变幅主体结构的铰接点等；图2形式包括增宽支架与上车总成的铰接点、小变幅主体结构与上车总成的铰接点等；图3形式存在于大变幅中大变幅油缸所连的两个十字轴总成与桅杆总成的铰接点。
图3 六个接触面图2形式和图3形式的受力状况相对于图1要复杂一些，为简便计算，本文中所有的计算均基于图1形式。
2. 销轴材料的选择2.1 轴类零件常用材料和性能对比目前轴类零件常用的材料有普通碳钢和合金钢。
其中，普通碳钢常用的有20号钢、35号钢、45号钢；合金钢常用的有35CrMo、40Cr、40CrNiMo。
目前在工程机械中以45号钢和40Cr使用最为广泛。
旋挖钻机钻桅及提升卷扬机构的设计
摘要旋挖钻机是一种多功能、高效率的灌注桩成孔设备，被广泛应用于水利工程、高层建筑、城市交通建设、铁路公路桥梁等桩基础工程的施工。
桅杆作为旋挖钻机主执行机构的重要支撑和受力构件，是旋挖钻机工作的重要组成部分，对于保证钻机的正常运行和工作质量起着重要作用。
旋挖钻机的卷扬有主副卷扬2种，卷扬的结构采用卷扬减速机，具有卷扬、下放、制动功能，主卷扬应具有自由下放功能，且实现快、慢双速控制。
副卷扬用以提升钻具、吊放护筒、下钢筋笼等，是旋挖钻机进行正常工作的辅助起重设备。
为了防止副卷扬钢丝绳上升时自桅杆顶部脱出，在桅杆顶部设有防过卷开关，将开关信号引到电磁阀，通过控制先导油路来控制主阀副卷扬联动作，从而控制副卷扬马达的回转。
主、副卷扬应配有压绳器。
液压系统是钻机的能源转换系统, 也是钻机各职能部件的控制系统。
关键词：旋挖钻机；马达；钻桅；轴承AbstractRotary drilling rig is an equipment which can pour into hole.It is multifunction and high efficiency.Rotary drilling rig is widely used in primary engineering buildings that are water conservancy projects,heigh-rise buildings,urban transport constructions,railway,bridges and other road constructions.The important supports and force structures of rotary drilling rig are masts which are main execution structures.Masts play important roles in assuring rotary drilling rig on control and the working qualities.There are two kinds of winches in rotary drilling rig .They are the main and the secondary.The structure of winch uses winch reducer,having winching,moving down and brake.The main winch should have moving down freely and it also can bring about two-speed controls -fast and slow.The secondary winch uses in promoting drilling tool,hanging pile casing and putting reinforcing cage.The secondary winch is accessorial hoisting apparatus when rotary drilling rig is working.In order to prevent the rising secondary winch’s rope from emerging the top of masts.It’s equipped with an over-wind switch on the top of masts.So that it can send signal to solenoid pilot actuated valve.Main valve of the secondary winch is linkaging through controlling previous oilpassage so that can control the turning of the secondary winch.The main winch and the secondary winch should have knotters.Hydraulic circuit is power source changing transform system of rotary drilling rig and it’s also the control system of each parts’ function for rotary drilling rig.Keywords Rotary Drilling Rig motor drilling masts Bearing目录1 绪论 (1)1.1概论 (1)1.2旋挖钻机的三种类型 (1)1.2.1小型机 (1)1.2.2中型机 (1)1.2.3大型机 (2)1.3旋挖钻机的发展 (2)1.3.1国内产品发展现状 (2)1.3.2国内主要生产产品的技术现状分析 (2)1.4国内外旋挖钻机结构特点的探讨 (5)2 卷筒及防跑偏装置 (7)2.1钢丝绳的确定 (8)2.1.1旋挖钻机钢丝绳的使用工况及技术要求 (8)2.1.2钢丝绳分类 (8)2.2钢丝绳的计算 (9)2.3钢丝绳长度的优选 (9)2.4影响钢丝绳寿命的主要原因 (10)2.4.1钢丝绳的润滑性能和表面特性 (10)2.4.2钢丝绳与卷扬机的联结状况 (10)2.4.3导向轮的运转灵活程度 (11)2.4.4定滑轮的磨损程度及润滑 (11)2.5卷筒 (11)2.5.1卷筒直径计算 (11)2.5.2卷筒技术条件 (14)2.6防跑偏装置 (16)2.6.1引言 (16)2.6.2压绳器原理及工作过程 (16)3 液压马达 (18)3.1液压马达的分类及特点 (18)3.2液压马达的工作原理 (18)3.2.1叶片式液压马达 (18)3.2.2径向柱塞式液压马达 (19)3.3液压马达的主要技术参数 (19)3.4液压马达的选择 (19)3.4.1液压马达的计算 (19)3.4.2液压马达的特征 (21)4 轴承的计算与润滑 (23)4.1滚动轴承 (23)4.1.1主滑轮轴承的计算 (23)4.1.2副滑轮轴承的计算 (26)4.2滚动轴承的润滑 (28)4.3滚动轴承的密封 (29)5 桅杆 (31)5.1桅杆 (31)5.2各部件与钻桅的装配关系 (32)5.3钻桅计算工况的选择 (33)5.4桅杆强度计算 (34)6液压系统 (37)6.1液压系统 (37)6.2电液比例技术 (37)6.3主卷扬工作原理 (39)6.4液压控制阀的确定 (40)6.4.1液压阀选择的总体原则 (40)6.4.2方向控制阀的选用 (40)6.4.3压力控制阀的选用 (41)6.4.4流量控制阀选用 (41)结论 (42)致谢 (43)参考文献 (44)附录 (45)附录1 (45)英文资料 (45)中文翻译 (61)1 绪论1.1概论旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。
旋挖钻机桅杆的结构设计
旋挖钻机桅杆的结构设计摘要：旋挖钻机广泛应用于我国的公路、铁路、桥梁等大型建筑的基础桩施工中，具有广阔的发展前景。
在基础桩施工过程中，桅杆是旋挖钻机关键的承力部件、是钻杆和动力头安装的支撑部件、是随行架滑动的导向部件，它对旋挖钻机的安全性和施工性能具有十分重要的意义，本文主要介绍了旋挖钻机桅杆的结构、工作原理和特性分析。
关键词：旋挖钻机；桅杆；结构设计1.引言近年来随着经济的不断发展，我国旋挖钻机行业发展的速度突飞猛进，但是，与国外先进的制造技术相比，我国仍处于起步阶段，特别是在旋挖钻机桅杆的结构设计方面，我们一直处在学习、借鉴的阶段，对旋挖钻机桅杆的结构设计研究还有待进一步提高和深入。
2.旋挖钻机桅杆的结构和工作原理2.1桅杆的结构旋挖钻机桅杆的结构如图1所示，整条桅杆可以折叠，共分为五段：鹅头、上桅杆、中桅杆、主卷扬机架、下桅杆。
整机运输时，将鹅头、上桅杆、主卷扬机架、下桅杆按一定的形状折叠起来，以减小运输状态时整机的尺寸。
桅杆和鹅头这两个部件是旋挖钻机重要的部件，桅杆主要是作为钻具的运动导向，是安装随行架、动力头和钻杆的依托部件，为了提高施工钻进作业的工作效率，将动力头与加压油缸相连接，动力头采用双减速机、双马达驱动、扭矩更强，可靠性更高，当旋转钻杆钻进时可以提供较大的扭矩，以提高工作效率。
桅杆是旋挖钻机中重要的部件之一，在工作时，各种载荷最后都会施加到桅杆上，它对整机的安全性和钻孔施工质量具有十分重要的作用，同时桅杆整体的刚度也直接影响旋挖钻机的正常施工，旋挖钻机在施工过程中会有真空负压和孔壁阻力对其产生影响，在对硬土层或者岩石层钻进时要进行加压，桅杆的弯曲度过大会导致随行架、钻杆、动力头等工作装置不能沿着导轨移动，很可能导致安全事故的发生，一旦桅杆出现故障，维修时间长、成本高，对工程施工来说是一个巨大的损失。
因此，我们应该从整体上提高桅杆的刚度，防止桅杆出现变形，因而对旋挖钻机桅杆的结构进行设计、力学特性分析也就显得十分必要。
旋挖钻机变幅机构动力学特性研究及其优化设计
工 艺与设备
旋挖钻机变幅机构动力学特性研究及其优化设计
王传华 ， 马金宁（ 合 肥市 劲旅环卫设 备有限公 司， 安 徽 合肥 ２ ３ ０ ０ ０ ０ ）
【 摘 要 】 施挖钻 机属于 大口径桩基础 工程 高端成孔 装备 的一种 ， 其技术含量 非常高 ， 并且机 电液集成度也非常高。与国外 的数十年 的发展 史
逐 渐 扩 大 。并 且 随 着 “ 十五” 、 “ 十一五” 计 划 的全 面 实施 ， 我国 的 桩 基 础 工 程 也 有 了可 观 的 发展 机 遇 。 对此 ， 也 产 生 了 大量 的
桩 基 工 程 和 一 些其 他 的桩 基 工 程 进 行 比 较 发 现 ． 这 种 工程 的
的首 要任 务 。
【 关键词 】 旋挖钻机 ； 变幅机构 ； 动力学特性 ； 优化设计 【 中图分类号 】 Ｔ Ｕ ６ ７ 【 文献标 识码 】 Ｂ 【 文章编号 】 ２ ０ ９ ５ — ２ ０ ６ ６ （ ２ ０ １ ３ ） １ ５ — ０ １ ２ ５ — ０ ２
随 着经 济 的 快速 发 展 以及 社 会 的 不 断 提 高 ，我 国 众 多基 供 了 非 常有 力 的依 据
对 Ｃ Ａ Ｔ Ｉ Ａ 软 件 以及 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ软 件 进 行 有 效 的 分 析 ．主 要 的步 骤 是 从 对 实体 进 行 造 型 开 始 直 到 对 有 限元 进 行 仔 细 的分 析 ．并 且 对 钻 杆 的 静 强 度 以及 具 有 的 动 态特 性 进 行 了具 体 的
仔 细分 析 了履 带伸 缩 底 盘 的 结 构作 为 主要 分析 的 内容 ．以 及 有 关 焊 接 工 艺及 其 重要 的研 模 型到 详 细 的 有 限元 分 析 的 步骤 ． 最终 有 效研 究 出 了履 带 式地 盘 具 有 究 内容 ． 有效结合 了 Ｎ Ｒ ２ ２ ０型 旋 挖 钻 机 的 当前 真 实 的 工作 状 应 力 以及 具 体 的 应 变情 况 ， 这样 在 进 行 地 盘 结构 的 设 计 况， 并 对 导 致 桅 杆 出现 断 裂 的原 因进 行 了有 效 分 析 ， 探 讨 了桅 的 薄 弱地 位 以及 相 关 的过 剩部 位 ， 杆 断 裂 的 具 体 防 治措 施 ： 并有 效 的 采 用 有 限元 分 析 软 件 Ｐ ｒ ｏ ／ 以及 创 新 与 改进 的过 程 中也提 供 了非 常有 力 的依 据 。
TR400D-Ⅱ旋挖钻机桅杆轻量化研究
TR400D -Ⅱ旋挖钻机桅杆轻量化研究肖 勇（北京南车时代机车车辆机械有限公司，北京 102249）［摘要］根据TR400D -Ⅱ旋挖钻机优化前的计算结果，对桅杆安全系数较大的构件选用厚度更合适的板材，并采用有限元分析软件ANSYS ，对桅杆轻量化前后分别进行提钻和钻进工况的刚度和强度分析，对计算结果进行比较，验证了优化后桅杆结构的合理性。
［关键词］旋挖钻机；桅杆；有限元分析［中图分类号］TE922 ［文献标识码］B ［文章编码］1001-554X （2014）06-0099-04Lightweight research of TR400D -Ⅱ rotary drilling rigXIAO Yong本文根据旋挖钻机的工作特点，采用工程分析软件ANSYS 的结构分析模块，对TR400D -Ⅱ型旋挖钻机在桅杆结构优化前后分别进行了提钻和钻进两个工况的刚度、强度分析计算，通过对计算结果的分析对比，验证了桅杆结构优化的合理性。
1 TR400D -Ⅱ型旋挖钻机桅杆轻量化根据TR400D -Ⅱ旋挖钻机（见图1）桅杆的有限元分析计算结果，对于安全系数过高的构件替换更适合的板材。
计算模型优化前后的结构板材如表1所示。
图1 旋挖钻机示意图表1 桅杆各段优化板厚前后对照表 mm构件名称上桅杆中上桅杆中下桅杆下桅杆后墙板侧板后墙板侧板侧板后墙板前墙板原结构厚度10101210102012优化后厚度8810881610优化后总计减重670kg 。
2 旋挖钻机的有限元模型2.1 建立有限元模型将在三维软件Solidworks 中建立的实体模型导入ANSYS 中，导入后的模型继承了原来模型中的各种属性，包括各零部件的相对位置关系和各零部件的质量信息。
为了便于分析计算，在保证传力路线与实际相符的情况下，对原CAD 模型进行简化，简化原则［1］如下；（1）整机力学模型的形状与实际结构保持几何相似，对非承载件和不影响整体传力路线的仅受［收稿日期］2014-02-11［通讯地址］肖勇，北京市昌平火车站西500米北京南车时代机车车辆机械有限公司重力作用的部件或零件进行简化，简化后缺失的质量以质量点的形式添加在模型相应位置上；（2）与上车连接的回转支承及下车视为刚性静止体，在简化模型中删去；（3）整机的载荷和支承条件符合力学平衡条件；（4）除重力外，所有载荷均转化为集中载荷。
SWDM-25旋挖钻机钻桅变幅机构及钻桅结构设计
图 ３变幅机构方案三 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 前ｉ ￣方案均 采用平 行四边 ＋三角架结构 ，通过—个平行 ｇ ｉ ＇ 能否正常工作 ，而且 还对转 台的设 计和 布置 以及整体性能有着 四边形连杆机构与三角架连接 ，用两个油缸驱动实现工作装置 很 大 的影 响 。下面对 三种 变幅 方案 进行 比较 分析 ： 的工作半径变化 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 ｌ 示 ，变 幅液压 缸装 于动臂 的前 所 下方 ，动臂 下支撑点（ 与转 台的铰点 ） 设在 回转 中心 的前 下方 ，
￣
，
图 ２变幅机构方案二
在总体方案 设计 中必 须全 面考虑机器的功能要求 ，结构布
ＸＮ ＯＧＵ ＩＮ Ｎ Ｃ Ｎ
２ ０年 第 ５期 ０ １
置 的可能性 ，以及制造 、 配的工艺性 等因素 。设计时 ，首 许用压应力 ｆ ＝１ ／＝ ７ ＭＰ 装 盯］ ３ ｎ １Ｏ ａ ＂ 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 经 计算最大压应 力的位置在下截面底板处 ，此 时 求 ，如最 小变 幅 半径 ，最 大运 输 高度 等 。
【 键 词 】 旋 挖 钻 机 ；变 幅 机 构 ；钻 桅 ； 结 构 设 计 关
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 率低下的其它 建筑工程桩孔 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 Ｓ ＷＤＭ一 ５ 挖钻机变 幅机构 以及钻 桅进行 了结 构设汁 。 ２旋
45T旋挖钻机桅设计
目 录第1章 绪 论...1.1 旋挖钻机简介1.1.1结构简介1.1.2工作原理1.1.3旋挖钻机的分类第2章 旋挖钻机桅杆的设计2.1 桅杆的结构和功用简介2.2 桅杆的方案选择2.3桅杆截面的方案选择2.4卷扬的安放2.5旋挖钻机桅杆结构特征分析2.6旋挖钻机桅杆结构设计计算2.6.1 45T选挖钻机整机参数2.6.2 45T旋挖钻机桅杆强度校核1）桅杆受力及应力计算2）桅杆稳定性计算3）桅杆刚度校核第3章 旋挖钻机桅顶设计3.1 桅顶工作原理分析3.2钢丝绳的选取3.3 桅顶的设计计算3.3.1滑轮尺寸的确定3.3.2销轴的计算3.3.3支架形状等强度设计计算3.3.4轴承的设计计算3.4 桅顶的结构设计3.4.1支架的结构设计3.4.2滑轮的结构设计3.4.3销轴的结构设计致谢参考文献英文翻译45T旋挖钻机桅设计摘要：旋挖钻机是一种功能多、效率高、污染少的灌注桩成孔设备。
桅杆为钻具提供运动导向、位置调整、动力传递，且承受钻机钻进时的各种载荷。
桅杆中的中桅杆、滑轮架以及钻挖系统中的动力头是旋挖钻机的关键部件，中桅杆是钻挖系统和车体的联接件，承受钻具工作时产生的巨大弯矩作用；滑轮架安装于旋挖钻机的最高位置，且质量较大，为主、副卷扬钢丝绳的运动进行导向；动力头驱动钻杆旋转工作，承受载荷且工况复杂。
关键词：旋挖钻机，中桅杆，滑轮架，动力头45T Rotary drill mast designAbstract：Rotary drilling rig is a multi-function,high efficiency and less pollution into the pile hole equipment.As rotary drilling rig's key part,the mast is to provide drill-oriented campaign,position adjustments,and power transmission.The mast is bearing the loads when drilling;pulley yoke is to guide wire rope of the main and auxiliary winch.The pulley yoke is weighty,but installed at the highest position.The power drive drives the kelly bar,but it only has one buffer device.Keywords:rotary drilling rig，middle-mast，pulley-yoke，power drive第1章 绪论1.1旋挖钻机简介1.1.1结构简介旋挖钻机一般由行走机构（履带底盘）、工作机构（主副卷扬、桅杆总成、伸缩式钻杆等）、回转机构、动力机构（回转动力头）、操作控制机构组成（具体结构如图1-1所示），其工作的核心元件是动力头、钻杆和钻头。
基于有限元的旋挖钻机桅杆结构优化分析
基于有限元的旋挖钻机桅杆结构优化分析旋挖钻机是一种建筑工程中进行成孔作业的施工机械。
桅杆具有运动导向、位置调整、动力传递的作用，并且承受钻机钻进时的各种载荷。
因此，对旋挖钻机桅杆部分的失效分析及结构改进至关重要。
首先对桅杆分析研究，分析出桅杆断裂的原因。
接下来从有限元分析方法入手，利用Pro/E进行建模并用Ansys进行分析计算，得出了桅杆的危险区域应力分布情况，并依次进行了桅杆的结构改进措施，与优化前进行分析对比，得到优化后的结果。
标签：旋挖钻机；桅杆；有限元；优化分析1 前言旋挖钻机是一种用于成孔作业的工程机械，适应性强，在很多种地基基础施工中得到了广泛应用。
旋挖钻机通过底部的桶式钻头的回转破碎岩土，并将其装入钻头内，然后再由将钻头提出孔外卸土，这样循环往复，不断地取土、卸土，直至钻至设计深度。
近年来，我国在旋挖钻机的相关技术方面的发展较快，但总体水平与国外仍有较大差距。
由于旋挖钻机的自身特殊性，桅杆等构件是否稳定直接决定了整机的工作时间和工作效率，因此对机器构件的要求较为严格。
合理进行结构设计，利用软件对其进行模拟仿真和优化分析，都有利于提高我国旋挖钻机技术的整体水平。
2 关键部件存在问题及分析本文着重对旋挖钻机的桅杆进行分析，桅杆存在的问题主要有以下几点：（1）桅杆在旋挖钻机中具有重要作用，工作过程中桅杆承受较多的载荷。
如果桅杆的弯曲过大，将导致动力头无法在导轨上正常滑动，从而引起严重的安全事故。
（2）桅杆出现故障后，维修起来很不方便，所需要的时间长、成本高，因此提高桅杆整体的刚度是旋挖钻机正常工作的重要保证。
（3）桅杆连接着钻杆、钻具，并且承受钻具工作时的弯矩作用，容易被破坏。
2.1 桅杆失效形式如图1所示，目前桅杆出现问题区域常常位于桅杆、油缸和三角形中间部分，即桅杆塞焊口处被撕裂。
右下角图中的桅杆虽然未发生断裂，但有明显裂纹，已经处于失效状态，不能继续使用。
图1 旋挖钻机桅杆断裂部位2.2 桅杆失效原因分析桅杆的受力复杂，受力状况恶劣。
旋挖钻机桅杆截面优化设计
旋挖钻机桅杆截面优化设计
钱文君;张旭楠;杜浩然;刘超勤;王海金
【期刊名称】《机械管理开发》
【年(卷),期】2024(39)3
【摘要】旋挖钻机是一种用于施工和钻探的工程机械设备,由于其经常面对复杂工况,需要对旋挖钻机的杆截面进行优化设计,以提高杆的抗弯能力和抗扭能力。
通过对常用的凹箱形截面和大圆角方形截面进行理论计算及有限元分析,确定最优截面形状,选取极端钻进工况和极端提钻工况,计算杆上最大的应力值和挠度值,得到含待优化未知数的表达式,并利用许用应力和许用变形对未知量进行约束,求得截面宽高比和板厚的最优解。
【总页数】4页(P29-32)
【作者】钱文君;张旭楠;杜浩然;刘超勤;王海金
【作者单位】吉林大学机械与航空航天工程学院;徐工集团工程机械股份有限公司【正文语种】中文
【中图分类】TD402
【相关文献】
1.基于有限元的旋挖钻机桅杆结构优化分析
2.旋挖钻机桅杆疲劳试验机的设计与研究
3.JS150旋挖钻机桅杆有限元分析与优化设计
4.GJR400大型旋挖钻机桅杆变幅机构铰点设计思路
5.旋挖钻机桅杆的结构设计
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旋挖钻机桅杆[实用新型专利]
![旋挖钻机桅杆[实用新型专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/02e059cbdd36a32d7275814f.png)
专利名称：旋挖钻机桅杆
专利类型：实用新型专利
发明人：田江泽
申请号：CN201120497822.7申请日：20111202
公开号：CN202417322U
公开日：
20120905
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本实用新型提出了一种旋挖钻机桅杆，包括上桅杆和中桅杆；其中，上桅杆和中桅杆通过铰接轴铰接；旋挖钻机桅杆还包括可拆卸连接件；上桅杆折桅后，通过可拆卸连接组件与中桅杆固定连接；可拆卸连接件的中心轴与铰接轴的轴向垂直。
本实用新型结构简单实用，安装快捷，可以解决钻机运输时上桅杆晃动的现象。
申请人：北京市三一重机有限公司
地址：102206 北京市昌平区沙河镇辛庄桥北清路三一产业园
国籍：CN
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节点应变分布图
三、静力学分析
▪ 工况二：钻进工况
▪ 动力头转矩：220KN.m； ▪ 加压油缸压力：160KN; ▪ 桅杆底部和桅杆与支撑油缸相接触一侧被约束
三、静力学分析
▪ 施加参数载荷
A3=T1XH1 A4=(T1+T2)XH1 假设两面上的力都作用在距离为L的 线上 L=H2+(T1+T2)/2+T2+T1/2 F1=M/L P3=F1/A3 P4=F1/A4
二、桅杆的建模
二、桅杆的建模
▪ 生成网格
▪ 自由网格划分 （MSHKEY,0 ）
▪ 四面体单元 （MSHAPE,1,3D ）
▪ 开始划分（VMESH,ALL ） ▪ 23105个单元，46811个节
点,152个关：极限提钻
▪ 钻头停止转动，桅杆受到最大压力200KN ▪ 桅杆底部和桅杆与支撑油缸接触一侧被约束
二、桅杆的建模
▪ 生成截面图形 所用命令：ASBA
二、桅杆的建模
▪ 通过拉伸生成箱体 所用命令：VEXT
二、桅杆的建模
▪ 生成各支撑管
▪ 移动局部坐标系:WPAVE ▪ 旋转局部坐标系:WPROTA ▪ 生成管状实体：CYLIND
二、桅杆的建模
▪ 去掉支撑管多余部分
▪ 生成切割面：A ▪ 切割支撑管：VSBA ▪ 删除多余部分：VDELE
▪ 旋挖钻机的主要结构
钻杆
桅杆
动力头 钻头
卷扬
平行四边形 变幅机构
回转机构
履带底盘
一、旋挖钻机简介
▪ 桅杆基本结构
鹅头
上桅杆
中桅杆
下桅杆
二、桅杆的建模
▪ 1、软件名称：ANSYS
▪ 2、材料特性：
▪ 材料：16Mn钢
材料密度：7850kg/m3
▪ 弹性模量：206GPa 泊松比：0.3
▪ 屈服强度：320MPa
▪ 3、单元类型：solid92
▪ 4、确立各基本尺寸
二、桅杆的建模
名称
此段桅杆高 度 长度
宽度
箱体壁厚
支撑管半径
支撑管厚度
斜支撑管的 倾斜角度
代号 H1
H2 H3 BH R GH CR
数值 950mm
350mm 630mm 20mm 39mm
9mm 45o
二、桅杆的建模
▪ 生成截面图形 所用命令：K
四、桅杆的优化
▪ 以等效应力最小为目标函数的优化分析
▪ 在后处理模块中定义最大等效应力和总体积 ▪ 定义设计变量、状态变量和目标函数
体积不大于0.065328立方米 ▪ 设置优化前的控制选项 ▪ 执行优化分析
四、桅杆的优化
▪ 优化结果分析
优化前后应力分布对比
四、桅杆的优化
▪ 优化结果分析
优化前后节点位移分布对比
三、静力学分析
▪ 施加约束与载荷
▪ 约束侧面和底面 ▪ 施加均布载荷
SFA,5,1,PRES,P3 SFA,22,1,PRES,P4 NSEL,S,LOC,Z,-H1 SF,,PRES,P （由于是参数建模，只需将之 前定义的压力F=200E3，改 为F=160E3，于是P也就改变 了大小）
三、静力学分析
五、结论
▪ 本文采用流行的工程分析软件ANSYS软件， 在合理简化的前提下利用ANSYS实体建模 功能直接建立了桅杆的局部实体有限元模 型，并通过有限元静力强度分析，获得了 桅杆节点应力、节点位移分布情况，并对 其结构进行了优化。
谢谢各位老师！
三、静力学分析
▪ 施加参数载荷
▪ S=2x(A1-A2) ▪ 其中A1=T1XT1+T2XH3 ▪ A2=(T1-2XBH)XT1+(T2-2XBH)X
(H3-2XBH) 则S可求，又因F=200KN P=F/S 也可求。 命令流： ▪ F=200E3 ▪ A1=T1*T1+T2*H3 ▪ A2=(T1-2*BH)*T1+ ▪ (T2-2*BH)*(H3-2*BH) ▪ P=F/(2*A1-2*A2)
四、桅杆的优化
▪ 优化结果分析
▪ 桅杆壁厚减少了19.94%、 ▪ 管的厚度增加了19.72%、 ▪ 支撑管倾斜角度增加了
0.14%、 ▪ 高度减少了4.95%、 ▪ 宽度减少了2.43%、 ▪ 长度减少了12.63%、 ▪ 最大应力增加了34.19%、 ▪ 总体积减少了29.54%。
参数 BH GH R CR H1 H2 H3 SMAX VTOT
四、桅杆的优化
▪ 进入优化处理器 ▪ 定义设计变量的变化范围
OPVAR,变量，DV,min,max
▪ 定义状态变量的范围
SV
▪ 定义目标函数
OBJ
▪ 设置优化前的控制选项 ▪ 执行优化
OPEXE
名称
代号
壁厚
BH
管厚
GH
桅杆高度
H1
桅杆宽度
H2
桅杆长度
H3
管半径
R
斜支撑管倾
CR
斜角度
原始尺寸
变化范围
三、静力学分析
▪ 施加约束与载荷
▪ 约束侧面和底面 DA,18,ALL DA,7,ALL NSEL,S,LOC,Z,0 D,ALL,ALL
▪ 施加均布载荷P NSEL,S,LOC,Z,-H1 SF,,PRES,P
三、静力学分析
▪ 结果显示
节点应力分布图
三、静力学分析
▪ 结果显示
节点位移分布图
三、静力学分析
体积最小
原始参数
0.16012E-01m
0.02m
0.10775E-01m
0.009m
0.30079E-01m
0.038m
49.0620
450
0.90298m
0.95m
0.34149m
0.35m
0.55045m
0.63m
0.17713E+09P a
0.46030E-01m3
0.132E+09Pa
0.653280E01m3
0.02m 0.009m 0.95m
0.016~0.022 m
0.008~0.012 m
0.9~1.1m
350mm
300~400mm
630mm
550~700mm
38mm
30~40mm
45o
40o~50o
四、桅杆的优化
▪ 优化结果分析
优化前后应力分布对比
四、桅杆的优化
▪ 优化结果分析
优化前后节点位移分布对比
体积最小
原始参数
0.20954E-01m
0.02m
0.80255E-02m
0.009m
0.34125E-01m
0.038m
49.0290
450
0.95309m
0.95m
0.38743m
0.35m
0.59570m
0.63m
0.12313E+09P a
0.64912E-01m3
0.132E+09Pa
0.653280E01m3
四、桅杆的优化
▪ 优化结果分析
▪ 桅杆壁厚增加了4.77% ▪ 管的厚度减少了10.83% ▪ 支撑管半径减少了10.20% ▪ 支撑管倾斜角度增加8.95% ▪ 高度增加了0.33% ▪ 宽度增加了10.69% ▪ 长度减少了5.44% ▪ 最大应力减少了6.72% ▪ 总体积减少了0.64%
参数 BH GH R CR H1 H2 H3 SMAX VTOT
▪ 结果显示
节点应力分布图
三、静力学分析
▪ 结果显示
节点位移分布图
三、静力学分析
▪ 结果显示
节点应变分布图
四、桅杆的优化
▪ 以体积最小为目标函数的优化分析
▪ 在后处理模块中定义最大等效应力和总体积 定义最大等效应力：NSORT,S,EQV *GET,SMAX,SORT,,MAX
定义总体积：ETABLE,EVOL,VOLU SSUM *GET,VTOT,SSUM,,ITEM,EVOL
旋挖钻机桅杆的优化设计
学院：机械工程学院 姓名：高乾晟 学号：G601010130 指导教师：周丽
一、旋挖钻机简介
▪ 什么是旋挖钻机？ ▪ 旋挖钻机是一种建筑基础工程中成孔作业的施工
机械。主要适于沙土、粘性土、粉质土等土层施 工。在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基 础施工中得到广泛应用。
一、旋挖钻机简介