1、目 录引言.1第 1 章 绪论1.1 旋挖钻机简介41.2 本设计的主要内容5第 2 章 液压缸2.1 液压缸简介62.2 液压缸类型62.3 液压缸工作原理82.4 液压缸的组成9第 3 章 液压系统设计3.1 液压系统的确定143.2 液压系统的设计要求143.3 液压缸的设计计算15第 4 章 液压系统保养4.1 旋挖钻机液压系统的保养32致谢35参考文献.36附录37145T 旋挖钻机变幅机构液压缸设计内容摘要:本文主要介绍了旋挖钻机变幅机构液压缸的设计。液压缸的设计包括了系统工作压力的确定、液压缸活塞直径的确定和活塞杆直径的确定、液压缸壁厚和外径的计算、缸盖厚度的确定、缸体长度的确定
2、以及活塞杆稳定性的验算。本文结合传统设计和计算机辅助工程技术，先依据经验公式计算，确定了液压缸安装方案，设计了液压缸活塞及活塞杆尺寸参数，校核了匹配的连接螺栓，销轴等；完成了变幅及变角度液压缸的设计计算。然后利用 AutoCAD，Pro/Engineer 辅助设计平台，完成了液压缸所有零件的二维及三维建模。通过分析的数据校核了先前的设计，同时为进一步优化设计和系列化设计提供了依据。关键词:变幅液压缸，变角度液压缸，AutoCAD，Pro/Engineer 45T spiral drill luffing mechanism design of hydraulic cylinderContent
3、 abstract:This design is mainly introduced the rotating drill luffing mechanism design of hydraulic cylinder. The design of hydraulic cylinder including ensure pressure system of the hydraulic cylinder piston, piston rod diameter and the diameter and wall thickness and diameter of hydraulic cylinder
4、 cylinder, the thickness of the calculation of the length, and the cylinder piston rod stability of calculation. In this thesis, by the use of traditional design and computer-aided engineering（CAE）, firstly based on experience of the formula calculation to determined the installation scheme of the h
5、ydraulic cylinder, design size parameters of hydraulic cylinder piston and piston, Check the matching of connecting bolts, pin shaft, etc.;complete the design and calculation of the range and angle of hydraulic cylinder. Then by the use of AutoCAD,Pro / MECHANICA platform, Complete all parts of the
6、hydraulic cylinder 2d and 3d modeling.The analysis data verificated the previous design, at the same time ,applied references for further Optimal Design and Series Design.Keywords: The luffing hydraulic cylinder，Variable Angle of hydraulic cylinder, AutoCAD，Pro/Engineer2引 言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。
7、该类钻机一般采用液压履带式伸缩底盘、自行起落可折叠钻桅、伸缩式钻杆、带有垂直度自动检测调整、孔深数码显示等，整机操纵一般用液压先导控制、负荷传感，具有操作轻便、舒适等特点。主、副两个卷扬可适用工地多种情况的需要。该类钻机配合不同钻具，适用于干式或湿式及岩层的成孔作业，还可配挂长螺旋钻、振动桩锤等，实现多种功能，是市政建设、铁路、公路桥梁、地下连续墙、水利、防渗护坡等理想的基础施工设备。旋挖钻机的发展历史旋挖钻机是在回转斗钻机和全套管钻机的基础上发展起来的，第二次世界大战前，美国 CALWELD 首先研制出回转斗，短螺旋钻机。二十世纪五十年代，法国 BENOTO 将全套管钻机应用于桩基础施工，而
8、后由欧洲各国将其组合并不断完善，发展成为今天的多功能组合模式。意大利土力公司首先从美国将安装在载重汽车上和附着在履带起重机上的钻机引入欧洲，动力头为固定式，不能自行安装套管，难以适应硬质土层施工，1960 年德国维尔特和盖尔茨盖特公司同时开发了可动式动力头。1975 年德国宝峨公司研制了配有伸缩钻杆的 BG7 型钻机，该钻机直接从底盘提供动力，配置可锁式钻杆实现加压钻孔，钻孔扭矩增大，可实现在紧密砂砾和岩层的钻孔。日本于 1960 年从美国引进 CALWELD 旋挖钻机，同时加藤制作所开发了 15-H 型钻机。以后开发了可配套摇管装置和抓斗的钻机，1965 年日立建机研制了利用挖掘机底盘装有液
9、压加压装置的钻机，1974 年开发了利用液压履带起重机底盘由液压马达驱动的钻机。1980 年日立建机与土力公司合作开发了为提高单桩承载力和扩底灌注桩的施工领域。德国宝峨的加入和日立建机与住友建机的联盟进一步促进了旋挖钻机技术在日本的发展。日本的旋挖钻机扭矩比欧洲的同类产品小。目前国外的旋挖钻机主要生产厂家为：德国：BAUER、LIEBHERR、Delmag、WIRTH、MGF,意大利SoilMec、MAIT、CMV、CASAGRANDE、IMT、ENTEGO；西班牙：LLAMADA。日本：日车车辆、HITACHI、住友、加藤；芬兰：JUNTTAN、TAMROCK；美国：APE、Ingersol
10、l-Rand；英国：BSP 等。1984 年天津探矿机械厂首次从美国 RDI 公司引起车载式旋挖钻机。1988 年北京城建工程机械厂仿制了土力公司 1.5m 直径附着式旋挖钻机。1994 年郑州勘察机械厂引进英国 BSP 公司附着式旋挖钻机，1998 年上海金泰股份有限公司与宝峨合作组装 BG15。1999 年哈尔滨四海工程机械公司和徐州工程机械股份公3司先后开发了附着式旋挖钻机和独立式旋挖钻机。2001 年经纬巨力第一台旋挖钻机试制成功。2003 年后三一、山河智能等多家生产厂家的旋挖钻机陆续下线，产销两旺。目前，国内的旋挖钻机主要生产厂家为：湖南山河智能、湖南三一、徐工、中联重科、徐州东明
11、、北京巨力、天津宝峨、石家庄煤机、连云港黄海、哈尔滨四海、内蒙古北方重汽、宇通重工、南车时代、山东鑫国、郑州勘察等。国内产品发展现状中国旋挖钻机产业起步晚，但发展较快。早在 20 世纪 90 年代初，国内旋挖钻机需求量少，市场基本被国外钻机所垄断。中国于 1986 年首次在基础施工中使用进口旋挖钻机。中国最近几年开发的旋挖钻机技术水平起点高，但品种少，还不能满足不断发展的基础施工市场的需求。目前国内旋挖钻机生产厂家一般是在参考国外同类型产品技术的基础上开发设计的，有的甚至是引进国外技术生产，所选用关键件一般为进口件，技术水平基本上达到了国外同类产品的先进水平。但品种较少，基本上属于动力头扭矩在
12、 180220kn.m 之间，最大钻孔直径 2m，最大钻深 60m 的产品，有待进一步向两头发展，开发最大钻孔直径 1.2m 和 3m 左右的旋挖钻机，以满足市场需要。国外产品发展现状目前在国内销售旋挖钻机的国外公司主要有德国宝峨公司、意大利士力公司、MAIT 公司、IMT 公司、CWV 公司等。目前国外的旋挖钻机一般都设有摇管装置，由 2 个或 3 个液压马达的大扭矩动力头，液压系统采用恒功变量自动控制、自锁互扣钻杆、先进的监控仪表，同时配有各种保险装置等，但各家公司的旋挖钻机都有自己的技术特点。4第 1 章 绪论1.1 旋挖钻机简介旋 挖 钻 机 是 二 战 以 后 意 大 利 人 发 明
13、 的 ， 因 使 用 中 的 高 效 率 和 可 靠 的 质 量 ，而 为 业 主 和 建 筑 公 司 带 来 丰 厚 的 利 润 ， 后 欧 州 人 、 日 本 人 等 随 着 各 国 恢 复 建设 的 全 面 展 开 而 大 面 积 使 用 ， 使 其 更 加 完 善 ， 功 能 更 多 ， 目 前 己 成 为 世 界 各国 铁 路 、 公 路 、 水 利 、 工 民 建 施 工 中 的 主 要 桩 基 成 孔 工 具 。 旋 挖 钻 主 要 用 来对 地 基 基 础 桩 基 成 孔 ， 其 钻 头 有 多 种 形 式 ： 如 回 转 斗 、 短 螺 旋 、 岩 芯 钻 头 等 ，根 据
14、地 质 条 件 的 不 同 ， 更 换 不 同 的 钻 头 ， 以 达 到 高 速 、 高 质 的 成 孔 要 求 。 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 。 广 泛 用 于 市 政 建 设 、公 路 桥 梁 、 高 层 建 筑 等 地 基 础 施 工 工 程 ， 配 合 不 同 钻 具 ， 适 应 于 干 式 （ 短 螺旋 ） ， 或 湿 式 （ 回 转 斗 ） 及 岩 层 （ 岩 心 钻 ） 的 成 孔 作 业 ， 旋 挖 钻 机 具 有 装 机功 率 大 、 输 出 扭 矩 大 、 轴 向 压 力 大 、 机 动 灵 活 ，
15、施 工 效 率 高 及 多 功 能 特 点 。旋 挖 钻 机 适 应 我 国 大 部 分 地 区 的 土 壤 地 质 条 件 ， 使 用 范 围 广 ， 基 本 可 满 足 桥梁 建 设 ， 高 层 建 筑 地 基 础 等 工 程 的 使 用 。 目 前 ， 旋 挖 钻 机 已 被 广 泛 推 广 于 各种 钻 孔 灌 注 桩 工 程 。旋挖钻机因具有施工速度快、成孔质量好、环境污染小、操作灵活方便、安全性能高及适用性强等优势, 已成为钻孔灌注桩施工的主要成孔设备, 不少重点工程的业主为确保工程进度和质量, 均将其作为指定施工设备, 从而替代了传统的冲击和回旋钻机成孔设备。目前我国工程界的大多
16、数旋挖钻机均为德国和意大利的产品, 并已占据主导地位。图 1-1 旋挖钻机示意图51.2 本 设 计 的 主 要 内 容本 设 计 的 主 要 内 容 是 对 旋 挖 钻 机 的 变 幅 机 构 装 置 及 变 幅 机 构 上 变 幅 液 压缸 和 变 角 度 液 压 缸 的 设 计 。 液压缸的设计包括了系统工作压力的确定、液压缸活塞直径的确定和活塞杆直径的确定、液压缸壁厚和外径的计算、缸盖厚度的确定、缸体长度的确定以及活塞杆稳定性的验算。6第 2 章 液压缸2.1 液压缸简介液 压 缸 是 将 液 压 能 转 变 为 机 械 能 的 、 做 直 线 往 复 运 动 （ 或 摆 动 运 动
17、） 的液 压 执 行 元 件 。 它 结 构 简 单 、 工 作 可 靠 。 用 它 来 实 现 往 复 运 动 时 ， 可 免 去 减速 装 置 ， 并 且 没 有 传 动 间 隙 ， 运 动 平 稳 ， 因 此 在 各 种 机 械 的 液 压 系 统 中 得到 广 泛 应 用 。 液 压 缸 输 出 力 和 活 塞 有 效 面 积 及 其 两 边 的 压 差 成 正 比 ； 液 压缸 基 本 上 由 缸 筒 和 缸 盖 、 活 塞 和 活 塞 杆 、 密 封 装 置 、 缓 冲 装 置 与 排 气 装 置 组成 。缓 冲 装 置 与 排 气 装 置 视 具 体 应 用 场 合 而 定 ，
18、其 他 装 置 则 必 不 可 少 。 2.2 液 压 缸 的 类 型根 据 常 用 液 压 缸 的 结 构 形 式 ， 可 将 其 分 为 四 种 类 型 ：1.活 塞 式单 活 塞 杆 液 压 缸 只 有 一 端 有 活 塞 杆 。 如 图 所 示 是 一 种 单 活 塞 液 压 缸 。 其两 端 进 出 口 油 口 A 和 B 都 可 通 压 力 油 或 回 油 ， 以 实 现 双 向 运 动 ， 故 称 为 双 作用 缸 。图 2-1 单 杆 活 塞 式 液 压 缸2.柱 塞 式（ ） 柱 塞 式 液 压 缸 是 一 种 单 作 用 式 液 压 缸 ， 靠 液 压 力 只 能 实 现
19、一 个 方向 的 运 动 ， 柱 塞 回 程 要 靠 其 它 外 力 或 柱 塞 的 自 重 ； （ ） 柱 塞 只 靠 缸 套 支 承 而 不 与 缸 套 接 触 ， 这 样 缸 套 极 易 加 工 ， 故 适于 做 长 行 程 液 压 缸 ； 7（ ） 工 作 时 柱 塞 总 受 压 ， 因 而 它 必 须 有 足 够 的 刚 度 ； （ ） 柱 塞 重 量 往 往 较 大 ， 水 平 放 置 时 容 易 因 自 重 而 下 垂 ， 造 成 密 封件 和 导 向 单 边 磨 损 ， 故 其 垂 直 使 用 更 有 利 。图 2-2 柱 塞 式 液 压 缸3.伸 缩 式伸 缩 式 液 压 缸
20、 具 有 二 级 或 多 级 活 塞 ， 伸 缩 式 液 压 缸 中 活 塞 伸 出 的 顺 序 式从 大 到 小 ， 而 空 载 缩 回 的 顺 序 则 一 般 是 从 小 到 大 。 伸 缩 缸 可 实 现 较 长 的 行 程 ，而 缩 回 时 长 度 较 短 ， 结 构 较 为 紧 凑 。 此 种 液 压 缸 常 用 于 工 程 机 械 和 农 业 机 械上 。图 2-3 伸 缩 式 液 压 缸84.摆动式摆动式液压缸是输出扭矩并实现往复运动的执行元件，也称摆动式液压马达。有单叶片和双叶片两种形式。定子块固定在缸体上，而叶片和转子连接在一起。根据进油方向， 叶片将带动转子作往复摆动。图
21、2-4 摆 动 式 液 压 缸2.3 液压缸工作原理液压传动原理以油液作为工作介质，通过密封容积的变化来传递运动，通过油液内部的压力来传递动力。1、动力部分将原动机的机械能转换为油液的压力能（液压能）。例如：液压泵。2、执行部分将液压泵输入的油液压力能转换为带动工作机构的机械能。例如：液压缸、液压马达。3、控制部分用来控制和调节油液的压力、流量和流动方向。例如：压力控制阀、流量控制阀和方向控制阀。4、辅助部分将前面三部分连接在一起，组成一个系统，起贮油、过滤、测量和密封等作用。例如：管路和接头、油箱、过滤器、蓄能器、密封件和控制仪表等。 在一定体积的液体上的任意一点施加的压力,能够大小相等地向各个方向传递.这意味着当使用多个液压缸时,每个液压缸将按各自的速度拉或推,而这些速度取决于移动负载所需的压力。在液压缸承载能力范围相同的情况下,承载最小载荷的液压缸会首先移动,承载最大载荷的液压缸最后移动。9为使液压缸同步运动,以达到载荷在任一点以同一速度被顶升,一定要在系统中使用控制阀或同步顶升系统元件。
