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1、目 录第1章 绪 论.11.1 旋挖钻机简介41.1.1结构简介41.1.2工作原理41.1.3旋挖钻机的分类5第2章 旋挖钻机桅杆的设计62.1 桅杆的结构和功用简介62.2 桅杆的方案选择62.3桅杆截面的方案选择102.4卷扬的安放102.5旋挖钻机桅杆结构特征分析122.6旋挖钻机桅杆结构设计计算122.6.1 45T选挖钻机整机参数122.6.2 45T旋挖钻机桅杆强度校核141）桅杆受力及应力计算142）桅杆稳定性计算193）桅杆刚度校核19第3章 旋挖钻机桅顶设计193.1 桅顶工作原理分析213.2钢丝绳的选取213.3 桅顶的设计计算223.3.1滑轮尺寸的确定223.3.2
2、销轴的计算223.3.3支架形状等强度设计计算253.3.4轴承的设计计算263.4 桅顶的结构设计283.4.1支架的结构设计283.4.2滑轮的结构设计283.4.3销轴的结构设计29致谢30参考文献31英文翻译3245T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
3、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 rigs key part,the mast is to provide drill-oriented campaign,position adjustments,and power transmission.Th
4、e 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，po
5、wer 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。这些机构集中配装到履带底盘的机身上，通过液压系统将动力分配到回转动力头、主副卷扬机、履带与监控转台中的马达，以及分配到给进和立放桅杆的油缸中。 图1-1旋挖钻机结构组成 1.1.2工作原理旋挖钻机主要功能分为上车钻孔作业和下车移动行驶，两部分通过换向阀互锁。下车行驶工作由马达带动减速机实现底盘的行走、转向、制动等功能，通过控制底盘的
6、伸缩油缸用以改变履带中心距。旋挖钻机钻孔作业时，钻杆通过钢丝绳回转接头与主卷扬的钢丝绳相连，并通过动力头的中心孔，由主卷扬控制其升降。每节钻杆的外表面都焊有导向键，动力头的扭矩通过其内花键传递给外层钻杆及其它各层钻杆和钻头。芯部钻杆底部有方形接头，通过销子同钻头上相配合的箱插接。这样，动力头的扭矩就通过钻杆传递给了钻头，在钻头和钻杆的自重压力下实现钻进，如果需要，还可配合加压油缸进行加压钻进。钻头回转切入地层进尺，将钻屑装满一斗后，通过主卷扬将钻头提升到地面卸土。旋挖钻机移动运输时，桅杆可下放至水平位置，并将鹅头部分和下端动力头折叠（根据不同情况亦可将配重拆下）以减小运输长度，此时履带横向缩回
7、至最小距离，这样钻机即可自行进行运输。1.1.3旋挖钻机的分类按旋挖钻机工作参数和施工能力等，旋挖钻机可分为大、中、小三种类别：小型旋挖钻机扭矩100kN.m，发动机功率170kW，钻孔直径0.51m，钻孔深度40m左右，钻机整机质量40t左右的旋挖钻机为小型旋挖钻机。其主要适用于各种楼座的护坡桩，楼的部分承重结构桩，城市改造市政项目等各种小于1m的桩。中型旋挖钻机扭矩180 kN.m，发动机功率200kW，钻孔直径0.81.8m，钻孔深度60m左右，钻机整机质量65t左右的旋挖钻机为中型旋挖钻机。其主要应用于各种高速公路、铁路等交通设施桥梁的桥桩，大型建筑、港口码头承重结构桩，城市内高架桥桥
8、桩，其它适用桩。大型旋挖钻机扭矩240kN.m，发动机功率300kW，钻孔直径12.5m，钻孔深度80m，钻机整机质量在100t以上的旋挖钻机为大型旋挖钻机。其主要应用于各种高速公路、铁路桥梁的特大桥桩，其它大型建筑的特殊结构承重基础桩。第2章旋挖钻机桅杆设计2.1桅杆的结构和功用旋挖钻机桅杆作为钻机主执行机构的重要支撑和受力构件是钻机工作的重要组成部分，与其相关的一般包括顶部的两套导向滑轮机构（又称鹅头），桅杆主体立柱，动力头导向滑轨，动力头加压油缸，动力头限位块，各连接铰耳等部件（见图2-1）。其功能主要包括：1)为钻具、调整机构、加压机构（一部分机型还包括安装在桅杆立柱上的卷扬机（具体见
9、2.5卷扬的安放分类）等提供结构支撑；2)为钻具的工作进尺提供导向作用；3)为卷扬机提供吊臂；4)为液压管道、照明设备等提供附着支架；5)桅杆下部的缓冲橡胶块金属下限位挡板可以控制动力头上下运动的范围。2.2桅杆的方案选择根据满足工程需要，桅杆的种类有很多，根据其结构形式，主要可以分为：整体竖立式桅杆，分段式桅杆，伸缩式桅杆1418。1）整体竖立式桅杆整体竖立式桅杆，顾名思义，是指桅杆各部分采用焊接或螺栓连接的形式构成一个整体，无论是工作状态还是运输状态，各部分之间均不发生位置的相对变化。加压油缸固定在桅杆的前端面（旋挖钻机作业状态），其缸筒的头部铰接在桅杆前盖板的支耳中，缸筒的尾部与桅杆前盖
10、板的另一支耳浮动连接，油缸活塞杆的头部与动力头支耳通过销轴连接，动力头两侧的滑块支架扣在桅杆导轨上，其间有滑块相隔。旋挖钻机作业时，加压油缸推动动力头在桅杆上移动，滑块随动力头沿着桅杆导轨表面上下运动。整体式桅杆根据其柱体形式可以分为整体箱形桅杆（见图2-1）和整体格构式桅杆（见图2-2）。对于这两种桅杆形式，由于箱形桅杆体积小，刚度强度好，加之近年来开发出的起落机构与之相配合，使其不需借助任何其它辅助设备即可自行起落，运输方便，所以应用比较广泛。但随着钻机钻挖能力的提升，桅杆高度和重量也需相应加大，因此落桅后运输过程中对于整机尺寸的要求导致了整体式桅杆一般多应用于小型机，中大型旋挖钻机则多采
11、用以下介绍的折叠式桅杆；格构式桅杆虽然重量轻，但体积也相应增大，而且大部分机型起吊仍需辅助起重设备，所以并没有过多推广，多为起重机底盘改装的格构式旋挖钻机，也有一部分汽车底盘改装的格构式旋挖钻机。 2）分段式桅杆旋挖钻机是目前灌注桩成孔工艺中的主要施工设备之一，随着国民经济的发展，越来越多高层建筑甚至超高层建筑不断拔地而起，同时也有越来越多的复杂工况需要面对，因此对钻孔深度和动力需求提出越来越高的要求。随着钻孔深度的不断加大，必然导致钻杆和作为钻杆支撑架的桅杆高度和重量的增加，如果此时仍旧使用整体式桅杆，在运输过程中，钻机整机运输尺寸大，移动稳定性差，而单独拆卸桅杆运输又费时费力，因此严重影响
12、钻机的移动，进而影响施工进度，尤其是在狭窄有障碍的工地。为此，人们设计了各种方法解决这一问题，采用分段式桅杆就是其中之一。根据其放倒方式，可以分为后倾放倒式和前伏式。3）分段折叠式桅杆这种桅杆是目前市面上最为流行的一种桅杆形式，尤其是国内厂商，本次论文研究对象也是针对这种桅杆形式进行的研究。此种桅杆一般采用钢制，截面为大箱形截面，刚性好，重量轻，截面形式多为矩形，也有使用圆形截面和梯形截面的。桅杆主体分为三段，分别为上段桅杆（包含两套滑轮机构组成的鹅头，简称上桅），中桅（加压油缸所在桅段）和下桅。上桅和下桅一般较短，与中桅之间采用可折叠结构，工作状态时，三段桅杆展开以满足钻挖需要，钻机移动时，
13、无需拆卸，上桅和下桅即可向中桅折回，减少了整机运输尺寸，通过起落机构向后放倒，即可移动运输（见图2-3）。上桅可以侧向折回，也可以前后折叠，目前比较流行的多为侧向折回。与折叠式桅杆相配合，起落装置采用流行的“三角形平行四边形”调整机构，在钻机运输或转场组装时，无需要任何辅助设备即实现了桅杆的自行起落和方便灵活的运输，降低了客户的使用成本，降低了设备装卸运输的时间，提高了稳定性和通过性，也有利于提高施工效率。但也应注意，折臂铰点的存在，使得此处容易发生应力集中。4）分段式不可折叠桅杆此种桅杆主体立柱部分一般分为主桅杆和桅杆延伸节两段，延伸节较长，加压油缸安装在桅杆延伸节上（见图2-4），运输过程
14、中桅杆一般采取前倾式放倒，也有一部分厂家采用后倾放倒，在此处桅杆延伸节无法折向主桅杆一侧，所以为了减少整机运输尺寸和提高整机的稳定性，在运输条件下，尤其是上下较陡的坡道和遭遇高空障碍电线等情况下，需将延伸节桅杆拆卸后单运。其起竖时需利用辅助起重机协助起吊，比较麻烦，起竖调整机构为结构较为简单大三角支撑。5）伸缩式桅杆伸缩式桅杆也是一种基于提高钻机运输性能而采用的方案，他的主立柱是由一组矩形、梯形或其它形状的对称截面相互套装而成（见图2-5），最大的一段在桅杆立柱的底部可称其为根桅，截面积最小的一段在桅杆立柱的顶部，可称其为顶桅，两段桅杆之间根据钻机设计要求仍然可以套装一段或多段的桅杆，可称为第
15、一中间段，第二中间段等（目前由于旋挖钻机发展年限比较短，而这种伸缩式桅杆又并没有普及，所以也没有统一的术语。），但不易过多，目前市面上可见的多为两段和三段，也有部分四段的。当桅杆处于钻进或提升等工作工况时，桅杆各段桅杆呈伸展状态，当处于运输状态时则可将各级桅杆收缩，以有效减少整机运输长度，有利于整机运输的稳定性，提高钻机通过性，同时也为选配不同型号、直径、深度的钻杆与钻具提供了充分的选择空间。各级桅杆（根桅除外）的伸展与收缩均由若干液压油缸完成，这些油缸称为伸缩油缸。图2-5伸缩式桅杆伸缩油缸安装在各段桅杆内，工作时油缸外伸则各级桅杆伸展，运输液压油缸伸缩，各级桅杆缩至根桅内。虽然此种桅杆形式
16、有利于钻机的运输，但也要注意，这种桅杆各段之间的伸缩是靠滑垫、导向滑块或滚柱支撑，使用中，特别是在尘土很多的环境，运动部件之间的磨损会使各级桅杆之间的间隙增大，造成不同程度的松动，这种松动随着钻机的使用会不断在各级桅杆内积累起来，最终就有可能导致事故的发生，所以要定期进行检查，而且这种桅杆相对于其它旋挖钻机的桅杆形式结构更为复杂，精度要求也更高。2.3桅杆截面形式桅杆截面形式多样，除格构式桅杆，钢制箱形截面形式最常用的为矩形截面和圆形截面，目前又出现了一种截面，如图2-6所示. 2-6箱型桅杆常见截面形式（1）目前市面上常见类型旋挖钻机桅杆的相关知识。根据其结构形式，桅杆主要可分为：整体竖立式
17、桅杆，分段式桅杆，伸缩式桅杆。本次选择分段式桅杆是根据设计的要求且在小中型旋挖钻机设计应用比较广泛。（2）这次方案选择桅杆截面形式是图2-6中的最后一种截面，这种截面设计节省材料可以减轻本身重量且刚度较好应用也比较广。2.4卷扬的安放一般有两种处理方案：1、后置于回转平台上，位置在驾驶室与后部配重之间（具体可参见图2-3），主要用于采用专用旋挖钻机底盘的机型；2、前置于桅杆下部或动臂三角架上（具体可参见图2-4），一般适用于由相近的起重机、挖掘机或履带吊底盘经改造而成的旋挖钻机机型。早期使用经其它工程机械的底盘改造的旋挖钻机底盘，车体上没有卷扬安置位置，故只能将卷扬安置在桅杆上。随着旋挖钻机的
18、不断发展，此种结构也保留了下来，因为卷扬安装在桅杆上，不但方便操作人员随时观察卷扬机工作第2章旋挖钻机桅杆结构简介状态，工作过程中发现问题及时停机解决，也节省了回转平台上的安装空间，便于转台的布置，使得整机外形尺寸较小，特别是回转平台和底盘显得比较小但这样也就增加了车体前部的重量，使整机工作重心前移，外观上看起来前重后轻，降低了整机行走的稳定性。卷扬机后置的旋挖钻机一般采用专门的旋挖钻机履带式底盘，这样的布置使得整机结构布置更加合理，整机工作稳定性好但缺点是不利于操作人员随时观察到主卷扬机的工作状况。上海三凰工程设备有限公司新研制的SH645型旋挖钻机桅杆与主机之间采用U型连接方式（见图2-7
19、），主卷扬机放置于操作手的右方视野内U形凹中，解决了操作人员对于主卷扬机工作状况的观察，结构简单实用。2.5 45T旋挖钻机桅杆结构特征分析旋挖钻机是一种机、电、液一体化的高效率、多用途的灌注桩成孔设备，具有成孔快、质量好、噪声低、环境污染小等特点，综合效益高，代表着桩工机械发展的方向，是一种很有前途的桩工机械。国产的旋挖钻机由于考虑桩孔施工工艺的特殊要求（如要求一次成孔连续注浆并插入钢筋笼），要求桅杆必须具有足够的高度。又考虑到运输条件的限制，长度不能过长、重心应尽量降低；同时受到运输条件的限制，因此国产旋挖钻机设计一般都要将桅杆、钻杆等拆卸下来运输。基于以上的几点因素，旋挖钻机的桅杆总成采
20、用分段式可折迭式结构，主要由四部分组成:下桅杆总成、中桅杆总成、上桅杆总成和滑轮架总成。各部分之间通过螺栓相连接，运输时需拆卸开来，使用时再重新组装。桅杆总成在工作状态时总高度为10.5m，在顶段、底段拆翻后桅架放倒时的总长度减至6m。各段桅杆杆身分上、下两部分，这两部分对接焊组成截面是梯形的腔体杆身，腔体内部按一定的排列方式布置加强筋板，以增强桅杆的刚度和强度。2.6旋挖钻机桅杆结构设计计算2.6.1旋挖钻机整机参数发动机功率：246kW 动力头最大扭矩：70kN m；最高工作转速：21r/min 最高甩土速度：135r/min最大钻深：40m， 最大钻孔直径：1200mm，主卷扬最大单绳拉
21、力：200kN, 钢丝绳直径30mm付卷扬最大单绳拉力：80kN， 钢丝绳直径18mm行驶速度：1.0km/h， 爬坡度：40%，整机重量：45T（含钻杆） 动力头油缸推/拉力：200/140kN如图 2.8旋挖钻机桅杆受力分析图2.6.2旋挖钻机桅杆强度校核桅杆在作业时，固定桅杆的两油缸作用在桅杆上的侧向推力平衡，相互抵消。但将两油缸合力作为桅杆一支撑力，三角形架为桅杆另一支撑力。由于桅杆受轴向载荷较大，因此对于桅杆主要进行轴向力校核。同时，本论文还将对桅杆的稳定性、刚度进行校核以及在弯曲与扭转、压缩与弯曲作用力结合下、动力头在桅杆上滑动产生动应力、扭转应力进行校核。桅杆的结构简图及其受力分
22、析图2.5。已知条件如下表1：桅杆重量G1=3.5T钢丝绳重量G2=0.5T动力头油缸重量G3=1T动力头重量G4=2.5T钻具重量G6=1T钻杆重量G5=3.5T钢丝绳拉力TMAX=10T动力头钻进力F=10TL1=3170mmL2=2572L3=3040mmL4=2578mmL=12600ma1=1206mma2=125mma=437mmb=460mmT=8mmc1=124mmc2=167mmc3=167mmc4=638mm桅杆截面积A=28785mm2=211）桅杆受力及其应力计算1、当钻机钻进时，钻进力F=10T，绳拉力T=0，受力分析如下： （1）取桅杆最上端面A-A，此处N=0，=
23、0取截面B-B(x=843mm处)，受力如图(1)。F=0 N-G=0 N=G=0.45T (1) N=-NN=-0.45T=-N/A=-0.45T/28785=-0.16 mpa 取截面C-C(x=2748mm处)，受力如图(2)。 (2) F=0 N=F+G+G1=10T+0.33x3.5T+1T=23.9T N=-NN=-12.2T =-N/A=-12.2T/28785=-4.2MPa 取截面D-D(中桅杆滑轮架x=3901mm处)， (3) 受力如图(3)。 解之得TA=11.8T Nx=4.2T Ny1=25.5TNy1=-Ny1Ny1=-25.5T=-Ny1/A=-25.5/287
24、85=-8.9MPa=-Nx/A=-4.2T/28785=-1.5MPa取截面E-E(桅杆油缸支架x=6970mm处)受力如图(4)。 (4)解之得TBy=200T TBx=4.2T Ny2=-175TNy2=-Ny2Ny2=110T=Ny2/A=175T/28785=60.8MPa=-Nx/A=-4.2T/28785=-1.5MPa取截面F-F(三角架支点x=9695mm处)，受力 如图（5） （5） 解之得TC=-11.7T Ny3=-123.5TNy3=-Ny3Ny3=123.5T=Ny3/A=123.5T/28785=42.9MPa=-Nx/A=-4.2T/28785=-1.6MP取桅
25、杆最下端面G-G，此处N=0，=0综上计算，在钻进时桅杆应力分布见图（1）和表2.2图（1） 表2.2距原点距离X(mm)0843274839016970969510500应力（mpa）0-0.16-4.2-8.960.842.90由图表可以看出：当旋挖钻机在钻进时，最大压应力位置是中桅杆滑轮架处，即压max=22.7MPa；最大拉应力位置是桅杆油缸支架处，即拉max=52.6MPa。2、当旋挖钻机主卷扬起吊钻杆和工作钻杆装置时，转进力F=0，绳拉力Tmax=20T，受力分析如下： 取桅杆最上端面A-A，此处N=0，=0取截面B-B(x=1500mm处)，受力如图(6)。 （6） F=0 N-
26、F=0 N=G=2T=40T（G可忽略不计）N=-NN=-40T =-N/A=-40T/20896=-19.1MPa取截面C-C(x=6270mm处)，受力如图(7)。F=0N=F+G+G1=40T+0.338.78T+1T=43.89TN=-NN=-43.89T (7)=-N/A=-43.89T/20896=-21MPa取截面D-D(中桅杆滑轮架x=7930mm处)，受力如图(8) 解之得TA=20.8T Nx=8.1T Ny1=68.9 Ny1=-Ny1Ny1=-68.9T (8)=-Ny1/A=-68.9T/20896=-33.0MPa=-Nx/A=-8.12T/20896=-3.88M
27、Pa 取截面E-E(桅杆油缸支架x=13350mm处)，受力如图(9)。解之得TBy=317.8T TBx=8.1T Ny2=-249.9TNy2=-Ny2Ny2=249.9T=Ny2/A=249.9T/20896=119.6MPa=-Nx/A=-8.1T/12800=-3.885MPa (9)取截面F-F(三角架支点x=16040mm处)，受力如图。解之得TC=-181.7T Ny3=-78.2T TCx=101.6TNy3=-Ny3Ny3=78.24T=Ny3/A=78.24T/20896=37.4MPa=-Nx/A=-101.6T/20896=-48.7MPa取桅杆最下端面G-G，此处N
28、=0，=0综上计算，在钻进时，桅杆应力分布见表2.3和图（2） 图（2）表2.3距原点距离X(mm)0843274839016970969510500应力（mpa）0-6.9-7.7-14.6130.637.40由图表可以看出：当旋挖钻机在钻进时，最大压应力位置是中桅杆滑轮架处，最大值为压max=37.4MPa；最大拉应力位置是桅杆油缸支架处，最大值为拉max=130.6MPa。2、应力校核已知：桅杆材料16Mns=270340MPab=470510MPa许用拉应力拉=b/nb=235255MPa（安全系数取2）许用压应力压=s/ns=135170MPa对于旋挖钻机在工作状态时拉max=52.
29、6MPa拉=235255MPa；压max=24.6MPa压=135170MPa对于旋挖钻机提升钻杆和工作装置时拉max=119.6MPa拉=235255MPa；压max=33MPa压=135170MPa由此应力校核可以得出结论：桅杆设计符合轴向应力要求，且剪切应力较小，可以不予校核。2）桅杆稳定性计算已知：弹性模量E=1.96108MPa；安全系数取n=6；截面轴惯性矩I=12.8108mm4(由平行移轴公式Iy=Iyc+a2A计算)1、当旋挖钻机钻进时：临界载荷Pcr=EI/L12=4.1361.961012.8108/125652=6.5105(T)（稳定系数取4.136）桅杆稳定的许用载
30、荷P许=Pcr/n=6.5105T/6=1.08105(T)此时桅杆实际最大受力为P=F+G=44.18(T)PP许=1.08105(T)2、当旋挖钻机吊钻杆及工作装置时，临界载荷Pcr=EI/L2L2=3.5251.9610812.8108/187402=2.5105(T)（稳定系数取3.525）桅杆稳定的许用载荷P许=Pcr/n=2.5105T/6=0.42105(T)此时桅杆实际最大受力为P=2T+G=64.18(T)PP许=0.42105(T)由此可见，桅杆设计符合稳定性要求。3）桅杆刚度校核已知：桅杆材料16Mn；弹性模量E=1.96108MPa；截面轴惯性矩I=12.8108mm4
31、1、 当旋挖钻机钻进时：所受弯矩：M=(F+G3)(a2+a-c2)+G1(a/2-c2)=(20+1)(190+560-150)+8.78(280-150)=1.4108(Nmm)2、当旋挖钻机吊钻杆及工作装置时：(受力参考图2.1）桅杆所受弯矩：M=T(a+a1-c2)-T(C4+C2)+G1(a/2-c2）=20(560+850-150)-20(280+150)+8.78(280-150)=3.49108(Nmm)比较1、2结果，在这里取最大值M=3.49108Nmm进行计算桅杆上端转角：=-M(l+3a)/3EI=3.49108(2690+313350)/31.9610812.8108
32、=1.9810-5rad=(1.1310-3)桅杆最大挠度：f=-Ma(2l+3a)/6EI=3.4910813350(22690+313350)=/61.9610812.8108=0.14mm已知旋挖钻机最大倾角为4，则4；同时参照起重机许用挠度f=0.00116040=16(mm)，则f=0.14mm16mm所以根据选挖钻机工况，桅杆在符合以上许用转角及许用挠度情况下，其结构符合刚度要求。第3章 旋挖钻机桅顶设计3.1桅顶工作原理分析当旋挖钻机钻头工作完成，需要由桅顶的滑轮带动钢丝绳提起钻头、钻杆、桅杆以及钻头上所带泥土。桅顶由两组滑轮构成，一组滑轮用于提升钻杆和钻头，一边连接桅杆另一边连
33、接主卷扬；另外一组滑轮用于在使用前组装好桅杆，连接副卷扬。滑轮结构如下：图1 滑轮示意图3.2 钢丝绳的选取3.2.1钢丝绳类型的选取。旋挖钻机属于桅顶滑轮在工作中起到提升重物作用且需要绕过滑轮，查表，选用起升变幅用钢丝绳，选取e=D/d20，三角股钢丝绳，选用钢丝绳型号6V21，GB8918-88.其截面如下图：图2 钢丝绳截面图3.2.2钢丝绳直径的选取.（1）钢丝绳1（连接主卷扬和桅杆）：承受最大载荷为78KN即最大工作拉力为78KN,钢丝绳直径的选取需要考虑安全系数和最大工作拉力。 F0=nSmax。F0为整根钢丝绳的破裂拉力，n钢丝绳的安全系数，Smax钢丝绳的最大工作拉力。因为是起
34、升类起重机，用于起升用的起重机安全系数不得小于5，这里选取5级精度，经查表得即选取安全系数n=5，计算F0=785=390KN,查表选取钢丝绳直径d=28mm。（2）钢丝绳2(连接副卷扬) ：承受最大载荷为62KN即最大工作拉力为60KN,F0=nSmax=562=310KN,考虑实际情况，查表得d=20mm。3.3 桅顶设计计算3.3.1滑轮尺寸的确定（ZBJ80006.1-87）(1）第一组滑轮直径：第一组滑轮连接主卷扬和桅杆，该组钢丝绳直径为28mm，滑轮卷扬直径D0e2d，旋挖钻机为中级起升起重机，查表得，5级精度，选取推荐值e 2=18，所以计算D0=1828=494，这里我们选取5
35、00mm。这里D350mm，一般要铸成福板上带孔和筋的结构，材料选取QT450-10.查表得钢丝绳直径d=28mm的滑轮关尺寸如下：D1=500，R=15, H=40, B1=75,E=53, R1=22，4060R2=18,R3=4,R4=6, M=16,N=3.0,S=16.(2)第二组滑轮直径：该组钢丝绳直径d=20mm，计算得De2d=1820=360，取D2=400.查表得:R=11,H=35,B1=60, E=44,R3=3.0 ,R4=5.0 ,S=14滑轮结构如下：图3 滑轮相关尺寸示意图3.3.2 销轴的计算 （1）第一组销轴：钢丝绳拉力78KN，销轴受到剪力作用，桅顶支架壁
36、厚为30mm，于是计算出需要的销轴的截面直径d，受力分析如下图4 销轴受力分析图式中：A为剪切面的面积；为极限切应力,说选材料为45，查表得到=155Mpa,所以，=0.578（d/2）2155，解得d0.05610-3m=56mm，这里我们取60mm所以计算所得销轴直径为60mm。（2）第二组销轴：式中：A为剪切面的面积；为极限切应力,说选材料为45，查表得到=155Mpa,所以，=0.560（d/2）2155，解得d0.05610-3m=49mm，这里我们取50mm.所以计算所得销轴直径为50mm。3.3.3 支架形状等强度设计计算（等强度计算）将滑轮支架两边当作一个整体，因为支架厚30m
37、m，所以简支梁宽度b=60mm，而高度h在满足等强度要求下是变化的。满足max=M(x)/W(x)= ，或者W(x)= M(x) /=Fx/=bh2(x)/6,得出 h（x）=(3Fx/b)1/2，对于连接钻杆的一端：分别取x1=606,x2=100,计算得h1=635.37mm,h2=258mm。对于连接卷扬的一端：分别取x1=344,x2=100,计算得h1=595.37mm,h2=321mm。立体图如下：图6 桅顶立体图3.3.4 轴承的设计计算 1)轴承分析与选择因为旋挖钻机桅顶滑轮较简单，选用滑动轴承。滑动轴承特点：滑动轴承结构简单，成本低廉，运动平稳，寿命长，抗振动性能好，可以在强
38、冲击和重载下工作。旋挖钻机桅顶对轴承的工作要求不高，并且作低速间隙回转，所有选择类型：低速重载轴承、非液体摩擦轴承、径向轴承。同时，桅顶轴承只受径向载荷，所以选择径向滑动轴承。2)滑动轴承结构形式因为旋挖钻机桅顶滑轮工作特性是：低速、重载、间隙运动，所以选用整体式结构。3)滑动轴承材料的选择与桅顶滑轮连接的主副卷扬的提升速度为70m/min，拉力分别为78KN和60KN,所以属于中速重载，查表得，选用轴承材料为ZCuSn10P1（10-1锡青铜）。4)滑动轴承的润滑旋挖钻机桅顶难以经常供油，选用脂润滑，中速重载，轴颈周转速度为70m/min=1.17m/s1m/s，工作温度范围为-200120
39、0查表得，润滑材料为：2号通用锂基润滑脂。5)轴瓦及其轴套尺寸确定选择整体式径向轴瓦，卷制轴套式。前面选了轴瓦材料为ZCuSn10P1（10-1锡青铜），查表得，许用值为：p=15MPa，v=10m/s，pv=15 MPa. m/s 销轴1（主卷扬对应）直径为d1=60mm，查轴瓦表得：轴瓦壁厚eT=2mm，轴瓦外经为DL=62mm。(GB12613-90)查轴套表得：轴套外经D=67mm，壁厚t=3mm,C=1.2,C1=0.6。(GB12613-90)查表得，起重机中B/d取1.02.0，据表得B=70mm。（GB2931-82） 销轴2（对应副卷扬）直径d2=50mm，查轴瓦表得，轴瓦壁
40、厚eT=2mm，轴瓦外经为DL=52mm。(GB12613-90)查轴套表得，轴套外经为D=56mm,轴瓦壁厚t=3mm，C=1.2,C1=0.6 (GB12613-90)查表得，起重机中B/d取1.02.0，据表得B=60mm。（GB2931-82）6)轴承验算许用值为：p=15MPa，v=10m/s，pv=15 MPa. m/s 压强p验算Pmax=Fmax/dBpMPa式中: Fmax-轴承所受的最大径向载荷 N， d-轴颈的直径 mm， B-轴颈的工作宽度 mm， p-压强的许用值MPa 。对轴承1（主卷扬对应）：Pmax= Fmax/dB=78000/（6770）=14.3115对轴
41、承2（副卷扬对应）：Pmax= Fmax/dB=60000/（5660）=14.5715 滑动速度V验算V=dn/（601000）v式中：d-轴颈的直径 mm， n-轴颈转速 r/min， v-许用滑动速度 m/s， 对轴承1：V=dn/（601000）=3.1467 2300/（601000）=8.0610 对轴承2：V=dn/（601000）=3.1456 2300/（601000）=6.7410 Pv值验算Pv=Fn/19100BpvF-轴所受到的平均径向载荷 N,n-轴颈转速 r/min ，B-轴颈的平均工作宽度，pv-pv许用值 MPa。对轴承1：Pv=Fn/19100B=78000
42、230/（1910070）=13.415对轴承2：Pv=Fn/19100B=60000230/（1910060）=12.0157)轴颈与轴瓦配合 轴颈与轴承之间必须有必要的间隙，平均间隙为0.001d，所以对轴承1（与主卷扬对应）与销轴1的间隙为0.00160=0.06mm；轴承2(与副卷扬对应)与销轴2之间的0.00150=0.05mm。配合选用选用8级精度，H8/e7。3.4 桅顶结构设计3.4.1.支架结构设计尺寸已经在上章计算了，其结构如下：图7 支架零件图3.4.2滑轮的结构设计采用有轮辐的结构，其结构图如下： 图8.滑轮示意图结构图桅顶立体图3.4.3 销轴的结构设计因为桅顶销轴用于连接作用，且两端需要固定，选择带孔销轴。销轴的直径已经在第四章计算出，销轴1，d=60mm；销轴2，d=50mm。销轴1（d=6
