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南京工業(yè)大學(xué)優(yōu)秀畢業(yè)設(shè)計(jì)團(tuán)隊(duì)
YZY400全液壓靜力壓樁機(jī)設(shè)計(jì)
總 結(jié) 報(bào) 告
2005.7
本屆畢業(yè)設(shè)計(jì)課題為基礎(chǔ)施工機(jī)械:全液壓靜力壓樁機(jī)。
我和王東方、洪榮晶、方成剛四位不同專長(zhǎng)的老師,設(shè)定了九個(gè)子課題。設(shè)計(jì)內(nèi)容分配如下圖所示。
其中,靜壓樁機(jī)調(diào)平系統(tǒng),用智能化微機(jī)控制原理實(shí)現(xiàn)調(diào)平以及用CAE進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及應(yīng)力計(jì)算二個(gè)子課題為創(chuàng)新課題。樁機(jī)的其它結(jié)構(gòu),也是在將社會(huì)同類型樁機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行了分析,將不合理的結(jié)構(gòu)進(jìn)行了改進(jìn)而設(shè)計(jì)的。.
現(xiàn)在的靜壓樁機(jī)基本上都是使用手動(dòng)調(diào)平，費(fèi)時(shí)費(fèi)力，調(diào)平精度不高，我們提出了一種利用PLC可編程控制器實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)平的系統(tǒng)，依靠PLC的計(jì)算和邏輯判斷功能來(lái)指揮支腿液壓缸的收縮，從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)平。自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)具有調(diào)平時(shí)間短，精度高，效率高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。將調(diào)平系統(tǒng)應(yīng)用于靜壓樁機(jī)能節(jié)省3個(gè)勞動(dòng)力,且能在樁機(jī)工作過(guò)程中進(jìn)行調(diào)平,有很好的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。
當(dāng)前的樁機(jī)大身結(jié)構(gòu)均為經(jīng)驗(yàn)設(shè)計(jì),既不知道哪里應(yīng)力最大,也不清楚這么樣的結(jié)構(gòu)剛度是否滿足要求,相當(dāng)盲目。有的生產(chǎn)廠家為了降低成本,頓位很大的樁機(jī)用很薄的鋼板焊成大身結(jié)構(gòu),造成280T的樁機(jī),當(dāng)工作壓力為178T時(shí)大身嚴(yán)重開(kāi)裂。為此，我們用CAE進(jìn)行鋼結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及應(yīng)力計(jì)算,使我們?cè)O(shè)計(jì)的樁機(jī)結(jié)構(gòu)件不但知道哪里應(yīng)力大,而且知道應(yīng)力的分布狀態(tài),還知道應(yīng)力的大小。做到科學(xué)合理。
為了實(shí)現(xiàn)上述兩創(chuàng)新課題的需要, 其它的子課題也要與之作相應(yīng)的結(jié)構(gòu)呼應(yīng)和結(jié)構(gòu)協(xié)調(diào),如調(diào)平系統(tǒng)需電液聯(lián)動(dòng),那么,電氣控制系統(tǒng)必須提供它需要的24v電壓及相應(yīng)的系統(tǒng)要求并設(shè)置各種開(kāi)關(guān),在機(jī)體上還必須安排若干個(gè)限位開(kāi)關(guān);液壓系統(tǒng)需安裝四只TDV 4/3 EH型電液比例液控多路換向閥及相應(yīng)的系統(tǒng)要求等等非常規(guī)設(shè)計(jì)。為此整個(gè)課題組的大協(xié)作共協(xié)調(diào)的局面就自然形成了。
根據(jù)答辯情況來(lái)看, 總體結(jié)構(gòu)布局是合理的;部件之間的銜接是正確的;設(shè)計(jì)的自動(dòng)調(diào)平、自動(dòng)行走及自動(dòng)轉(zhuǎn)彎均可完善的實(shí)現(xiàn)。結(jié)構(gòu)件通過(guò)CAE計(jì)算, 最大應(yīng)力在支腿與大身聯(lián)接處, 這個(gè)結(jié)論與生產(chǎn)實(shí)際中老機(jī)型的應(yīng)用損傷情況是吻合的, 可見(jiàn), CAE計(jì)算方法是正確的。通過(guò)CAE計(jì)算, 最大應(yīng)力為33Mpa, 遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于許用應(yīng)力。太偏安全, 不經(jīng)濟(jì)。要作為生產(chǎn)的產(chǎn)品,理應(yīng)進(jìn)一步修改沒(méi)計(jì), 但同學(xué)們畢業(yè)時(shí)間已到, 很憒憾！
這次畢業(yè)設(shè)計(jì)是團(tuán)隊(duì)畢業(yè)設(shè)計(jì), 所以小組所有成員之間的溝通和協(xié)商就顯得非常重要。在此期間各位小組成員充分發(fā)揮了互相協(xié)商，互相合作的團(tuán)隊(duì)精神，在時(shí)間比較緊張的形勢(shì)下，非常成功的完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)的任務(wù)。每一個(gè)人都付出了艱辛的勞動(dòng)、流下了辛勤的汗水，同學(xué)們通過(guò)畢業(yè)設(shè)計(jì)都各有各的豐厚收獲, 現(xiàn)抄錄幾段學(xué)生的體會(huì): “這不僅僅是我們四年所學(xué)知識(shí)的體現(xiàn)，而且，我們?cè)谧霎厴I(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中還學(xué)到了工作時(shí)的做事方法;很多做人的道理，懂得了無(wú)論是以后工作還是做人都要認(rèn)真負(fù)責(zé)、踏踏實(shí)實(shí)、一步一個(gè)腳印，畢業(yè)設(shè)計(jì)帶給我們的不僅是成功的喜悅，還有和團(tuán)隊(duì)一起工作的方法與團(tuán)隊(duì)協(xié)作的精神； “從畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了寶貴的知識(shí)，這些知識(shí)值得我用一生來(lái)珍惜。”
1. 靜壓樁機(jī)的概況
1.1 靜壓樁機(jī)的總體介紹
YZY400型靜壓樁機(jī)的構(gòu)造:它由支腿平臺(tái)結(jié)構(gòu)、行走機(jī)構(gòu)、壓樁架、配重、起重機(jī)、操作室等部分組成。
1.1.1 長(zhǎng)船行走機(jī)構(gòu)
為長(zhǎng)船行走機(jī)構(gòu)，它內(nèi)船體，行走臺(tái)車(chē)與頂升液壓缸等組成。液壓缸活塞桿球頭與船體相聯(lián)接。缸體通過(guò)銷鉸與行走臺(tái)車(chē)相聯(lián)，行走臺(tái)車(chē)與底盤(pán)支腿上的頂升液壓缸鉸接。工作時(shí)，頂升液壓缸頂升使長(zhǎng)船落地，短船離地，接著長(zhǎng)船液壓缸伸縮推動(dòng)行走臺(tái)車(chē)，使樁機(jī)沿著長(zhǎng)船軌道前后移動(dòng)。頂升液壓缸回程使長(zhǎng)船離地，短船落地。短船液壓缸動(dòng)作時(shí)，長(zhǎng)船船體懸掛在樁機(jī)上移動(dòng)，重復(fù)上述動(dòng)作，樁機(jī)即可縱向行走。
1.1.2 支腿平臺(tái)結(jié)構(gòu)
該部分內(nèi)底盤(pán)、支腿、頂升液壓缸和配重梁組成。底盤(pán)的作用是支承導(dǎo)向壓樁架、夾持機(jī)構(gòu)、液壓系統(tǒng)裝置和起重機(jī)，底盤(pán)里面安裝了液壓油箱和操作室，組成了壓樁機(jī)的液壓電控系統(tǒng)。配重梁上安置了配重塊，支腿由球鉸裝配在底盤(pán)上。支腿前部安裝的頂升液壓缸與長(zhǎng)船行走機(jī)構(gòu)鉸接。球鉸的球頭與短船行走及回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)相聯(lián)。整個(gè)樁機(jī)通過(guò)平臺(tái)結(jié)構(gòu)連成一體，直接承受壓樁時(shí)的反力。底盤(pán)上的支腿在拖運(yùn)時(shí)可以并攏在乎臺(tái)邊，工作時(shí)打開(kāi)并通過(guò)連桿與平臺(tái)形成穩(wěn)定的支撐結(jié)構(gòu)。
1.1.3 夾持機(jī)構(gòu)與導(dǎo)向壓樁架
該部分由夾持器橫梁、夾持液壓缸、導(dǎo)向壓樁架和壓樁液壓缸組成。夾持液壓缸裝在夾持橫粱里面，壓樁液壓缸與導(dǎo)向壓樁架相聯(lián)。壓樁時(shí)先將樁吊入夾持器橫梁內(nèi)，夾持液壓缸通過(guò)夾板將樁夾緊。然后壓樁液壓缸作伸縮運(yùn)動(dòng)，使夾持機(jī)構(gòu)在導(dǎo)向架內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，將樁壓人土中。壓樁液壓缸行程滿后松開(kāi)夾持液壓缸，返回后繼續(xù)上述程序。
1.1.4 短船行走機(jī)構(gòu)與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)
它由船體、行走梁、回轉(zhuǎn)梁、掛輪機(jī)構(gòu)、行走輪、橫船液壓缸、回轉(zhuǎn)軸和滑塊組成?；剞D(zhuǎn)梁兩端與底盤(pán)結(jié)構(gòu)鉸接，中間由回轉(zhuǎn)軸與行走梁相聯(lián)。行走梁上裝有行走輪，正好落在船體的軌道上，用焊接在船體上的掛輪機(jī)構(gòu)1掛在行走梁上，使整個(gè)船體組成—體。液壓缸的一端與船體鉸接．另一端與行走梁鉸接。工作時(shí)，頂升液壓缸動(dòng)作，使長(zhǎng)船落地，短船離地．然后短船液壓缸工作使船體沿行走梁前后移動(dòng)。頂升液壓缸回程，長(zhǎng)船離地，短船落 地，短船液壓缸伸縮使樁機(jī)通過(guò)回轉(zhuǎn)梁與行走梁推動(dòng)行走輪在船體的軌道上左右移動(dòng)。上述動(dòng)作反復(fù)交替進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)樁機(jī)的橫向行走。樁機(jī)的回轉(zhuǎn)動(dòng)作是：長(zhǎng)船接觸地面，短船離地、兩個(gè)短船液壓缸各伸長(zhǎng)1/2行程，然后短船接觸地面，長(zhǎng)船離地，此時(shí)讓兩個(gè)短船液壓缸一個(gè)伸出—個(gè)收縮，于是樁機(jī)通過(guò)回轉(zhuǎn)軸使回轉(zhuǎn)梁上的滑塊在行走梁上作回轉(zhuǎn)滑動(dòng)。油缸行程走滿，樁機(jī)可轉(zhuǎn)動(dòng)15度左右，隨后頂升液壓缸讓長(zhǎng)船落地，短船離地，兩個(gè)短船液壓缸又恢復(fù)到1/2行程處，并將行走梁恢復(fù)到回轉(zhuǎn)梁平行位置。重復(fù)上述動(dòng)作，可使整機(jī)回轉(zhuǎn)到任意角度。
1.2靜壓樁機(jī)的優(yōu)點(diǎn)：
1.2.1 在施工時(shí)無(wú)噪音。適合對(duì)噪音有限制的市區(qū)作業(yè)，尤其是在城市居民區(qū)、學(xué)校教育區(qū)、醫(yī)院療養(yǎng)區(qū)、重要機(jī)關(guān)附近施工。
1.2.2 施工時(shí)無(wú)振動(dòng)。壓樁所引起的樁周?chē)馏w隆起和水平擠動(dòng)，比打入樁要小，適用于危房、精密儀器房及江河岸邊、地下管道較多的地區(qū)施工。
1.2.3 靜壓樁的施工應(yīng)力比打入樁小，可節(jié)約鋼材和水泥，降低成本。并可適當(dāng)提高砼身承載力。
1.2.4 壓樁力及樁段入土動(dòng)態(tài)能自動(dòng)記錄和顯示，樁的承載力比較有保證，對(duì)壓樁力可以控制，確保工程質(zhì)量。
1.2.5 施工速度快、工效高、工期短。單機(jī)每臺(tái)班可完成12—15根樁的施工，送樁入土深度較深且送樁后樁身質(zhì)量較可靠。樁的長(zhǎng)度不受施工機(jī)械的限制。
1.2.6 適宜于較軟土層，尤其是持力層起伏變化大的土層施工。也適宜于覆土層不厚的巖溶地區(qū)。這些地區(qū)用鉆孔樁很難鉆進(jìn)，用沖擊樁易卡錘，用打入樁易打碎，只有靜力壓樁是慢慢地壓入并能顯示壓入阻力，收到了較好的技術(shù)經(jīng)濟(jì)效果。
1.2.7 由于壓樁機(jī)的工作高度不高，重心底，所以機(jī)器的施工操作和保養(yǎng)較為方便，并可避免高空作業(yè)中有不安全的因素。樁機(jī)作業(yè)人員少，勞動(dòng)強(qiáng)度低，施工文明。整機(jī)拆、運(yùn)、裝十分方便。
2 . 樁機(jī)的調(diào)平系統(tǒng)
調(diào)平的方案，大致可以分為兩類：1.基于單片機(jī)的自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)。2.基于PLC的自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)。本文主要是考慮到抗干擾和設(shè)計(jì)的簡(jiǎn)便，決定采用PLC作為調(diào)平系統(tǒng)的計(jì)算機(jī)。使用PLC，接線方便，易于編程，抗干擾性強(qiáng)。而使用單片機(jī)，連線比較復(fù)雜，編程較PLC比較繁瑣，系統(tǒng)地抗干擾能力較弱。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，會(huì)有越來(lái)越先進(jìn)的調(diào)平技術(shù)和調(diào)平原理出現(xiàn)。
我們提出了一種利用PLC實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)平的系統(tǒng)，依靠PLC的計(jì)算和邏輯判斷功能來(lái)指揮支腿液壓缸的收縮，利用TDV 4/3 EH型電液比例液控多路換向閥,實(shí)現(xiàn)電液轉(zhuǎn)換;利用傾角傳感器傳遽機(jī)身的水平狀態(tài)從而實(shí)現(xiàn)自動(dòng)調(diào)平。自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)具有調(diào)平時(shí)間短，精度高，效率高，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。將調(diào)平系統(tǒng)應(yīng)用于靜壓樁機(jī)具有很好的經(jīng)濟(jì)意義和社會(huì)意義。
2.1系統(tǒng)參數(shù)
(1) 系統(tǒng)工作電壓：8－30VDC
(2) 液壓系統(tǒng)最大流量：100L/min,工作壓力：25Mpa.
(3) 調(diào)平傾斜度范圍: ±3°
(4) 雙軸傳感器調(diào)平精度 :±0.5°
(5) 調(diào)平系統(tǒng)支腿安全壓力:15－25Mpa.
(6) 系統(tǒng)適用溫度范圍：-20℃∽50℃
2.2 靜壓樁機(jī)自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2.2.1 多油缸同步控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
由于靜壓樁機(jī)在工作和行走過(guò)程中要保持平臺(tái)的水平，而平臺(tái)的升降是由油缸驅(qū)動(dòng)執(zhí)行的，所以要保證平臺(tái)的水平就需要驅(qū)動(dòng)平臺(tái)的多個(gè)油缸實(shí)現(xiàn)同步控制。
多油缸同步控制系統(tǒng)由同步檢測(cè)子系統(tǒng)、同步控制子系統(tǒng)和電液實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)三大子系統(tǒng)組成，確定油缸同步控制方式的步驟如下：根據(jù)同步缸數(shù)量、行程和同步要求確定同步子系統(tǒng)檢測(cè)方式（接觸式或非接觸式）、檢測(cè)方法(絕對(duì)或相對(duì)檢測(cè)法)、檢測(cè)量(位移量或速度量等)和檢測(cè)結(jié)構(gòu)(傳感器的布置和選擇等)；由檢測(cè)系統(tǒng)確定同步控制子系統(tǒng)中的控制方式(單片機(jī)控制,ＰＬＣ控制或工控機(jī)控制等)和控制基準(zhǔn)量(檢測(cè)量的最大值,平均值等)；由同步要求確定電液實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)的方式選擇(主動(dòng)補(bǔ)償式,進(jìn)油調(diào)控式等)；最后確定同步控制子系統(tǒng)的控制策略的選擇(模糊控制,ＰＩＤ控制,模糊-ＰＩＤ等)。
根據(jù)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)結(jié)果可知，本系統(tǒng)選用了四缸同步系統(tǒng)，其同步系統(tǒng)示意圖如下圖所示。四缸同步系統(tǒng)研究的現(xiàn)狀如下:
四缸同步系統(tǒng)示意圖
(1) 采用相對(duì)檢測(cè)法,選定檢測(cè)基準(zhǔn)油缸(下稱基準(zhǔn)缸),測(cè)量出其他三個(gè)缸的相對(duì)位移誤差值。
(2) 利用光柵傳感器作為檢測(cè)元件,光柵定尺在基準(zhǔn)缸的結(jié)構(gòu)布置較為復(fù)雜。
(3) 采用的電液實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)只能對(duì)相對(duì)位移滯后的缸進(jìn)行補(bǔ)償,不具普遍性。
(4) 控制策略單一,不具備比較性。
基于上述情況，本系統(tǒng)的控制方案初步選定如下：選擇四缸中的某一缸作為基準(zhǔn)缸，采用傾角傳感器測(cè)量平臺(tái)的傾斜程度；將此傾角偏差值送入PLC系統(tǒng)的模擬量輸入模塊，通過(guò)PLC的CPU進(jìn)行運(yùn)算得出油缸的同步誤差大??；PLC系統(tǒng)根據(jù)油缸的同步誤差大小調(diào)用內(nèi)部的PID控制子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)控制信號(hào)調(diào)節(jié)；調(diào)制后的控制信號(hào)由PLC模擬量輸出模塊送到伺服放大板上進(jìn)行功率放大，最后驅(qū)動(dòng)電液實(shí)現(xiàn)子系統(tǒng)，使四缸保持同步。
根據(jù)上述選定方案可知，本油缸同步系統(tǒng)需要傾角傳感器、電液比例液控多路換向閥、PLC等元器件，下面簡(jiǎn)要介紹這些元器件的選型。
2.2.2 油缸同步跟蹤系統(tǒng)的建模
系統(tǒng)的控制策略已經(jīng)在上一章進(jìn)行了介紹，簡(jiǎn)要的說(shuō)，就是選取四缸中的某一缸為基準(zhǔn)缸，其它三只缸跟蹤基準(zhǔn)缸隨動(dòng)。下圖表示了某缸跟蹤基準(zhǔn)缸隨動(dòng)示意圖，假設(shè)左邊為基準(zhǔn)缸，當(dāng)右邊缸與左邊缸不同步時(shí)，傾角傳感器產(chǎn)生電信號(hào)經(jīng)過(guò)變送器送如PLC的A/D處理模塊，PLC的CPU對(duì)傾角誤差進(jìn)行線性化處理、PID調(diào)節(jié)后送入PLC的D/A處理模塊，D/A調(diào)理后的信號(hào)經(jīng)過(guò)伺服放大板驅(qū)動(dòng)電液比例閥的閥芯運(yùn)動(dòng)，從而調(diào)節(jié)油缸運(yùn)動(dòng)速度的快慢，保持兩個(gè)油缸的同步。下面給出兩缸同步跟蹤的數(shù)學(xué)模型：
某缸跟蹤基準(zhǔn)缸隨動(dòng)示意圖
電液比例閥的線圈回路傳遞函數(shù)為
電液比例閥的傳遞函數(shù)
執(zhí)行元件（油缸）的傳遞函數(shù)
沒(méi)有彈性負(fù)載的四通閥控制油缸簡(jiǎn)化傳遞函數(shù)為：
若忽略信號(hào)變送器、A/D模塊及D/A模塊等環(huán)節(jié)的時(shí)間常數(shù)，可得系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖為
同步跟蹤系統(tǒng)的傳遞函數(shù)框圖
為了使整個(gè)跟隨系統(tǒng)能獲得較好的動(dòng)、靜態(tài)性能（如良好的階躍響應(yīng)特性，斜坡響應(yīng)特性），系統(tǒng)采用工程調(diào)節(jié)中廣為使用的PID調(diào)節(jié)器。
2.2.3 PID控制原理
在工程實(shí)際中，應(yīng)用最為廣泛的調(diào)節(jié)器控制規(guī)律為比例積分微分控制，簡(jiǎn)稱PID控制，又稱PID調(diào)節(jié)。PID控制器問(wèn)世至今已有近60年的歷史了，它以其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、穩(wěn)定性好、工作可靠、調(diào)整方便而成為工業(yè)控制主要和可靠的技術(shù)工具。當(dāng)被控對(duì)象的結(jié)構(gòu)和參數(shù)不能完全掌握，或得不到精確的數(shù)學(xué)模型時(shí)，控制理論的其它設(shè)計(jì)技術(shù)難以使用，系統(tǒng)的控制器的結(jié)構(gòu)和參數(shù)必須依靠經(jīng)驗(yàn)和現(xiàn)場(chǎng)調(diào)試來(lái)確定，這時(shí)應(yīng)用PID控制技術(shù)最為方便。即當(dāng)我們不完全了解一個(gè)系統(tǒng)和被控對(duì)象﹐或不能通過(guò)有效的測(cè)量手段來(lái)獲得系統(tǒng)的參數(shù)的時(shí)候，便最適合用PID控制技術(shù)。
比例積分微分控制包含比例、積分、微分三部
2.2.4 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
2.2..4.1 根據(jù)調(diào)平原理分析控制要求
(1).傳感器的布置，見(jiàn)下列圖，用三個(gè)傳感器將四個(gè)支腿連接在一起， 腿1通過(guò)pid程序和腿2始終保持水平和同時(shí)動(dòng)作， 腿3通過(guò)pid程序和腿2始終保持水平和同時(shí)動(dòng)作， 4腿通過(guò)pid程序和腿3始終保持水平和同時(shí)動(dòng)作，
(2).按下自動(dòng)開(kāi)關(guān)，系統(tǒng)進(jìn)行自動(dòng)調(diào)平，并在工作的時(shí)候始終保持機(jī)體水平，監(jiān)視整個(gè)機(jī)體的情況，發(fā)生傾斜即進(jìn)入調(diào)平程序。
(3).若四個(gè)調(diào)平支腿中任何一個(gè)支腿碰到下限位開(kāi)關(guān)，自動(dòng)調(diào)平系統(tǒng)停止，整個(gè)機(jī)體上升，四個(gè)換向閥全開(kāi)，5s后停止上升。進(jìn)入自動(dòng)調(diào)平程序。
(4).四個(gè)調(diào)平支腿中任何一個(gè)支腿碰到上限位開(kāi)關(guān)，自動(dòng)調(diào)平程序停止，整個(gè)機(jī)體下降，四個(gè)換向閥全開(kāi)，5s后停止下降。進(jìn)入自動(dòng)調(diào)平程序
(5).按下停止按鈕，自動(dòng)調(diào)平程序和手動(dòng)程序全部停止，換向閥中位。液壓回路鎖定。
(6).自動(dòng)調(diào)評(píng)程序執(zhí)行過(guò)程中，手動(dòng)調(diào)平按鈕失效。手動(dòng)調(diào)平程序執(zhí)行過(guò)程中，自動(dòng)調(diào)平按鈕失效。
(7).整個(gè)機(jī)體水平，綠燈亮，機(jī)體傾斜，紅燈亮
(8).調(diào)平誤差0.5度以內(nèi)。
(9).三相電動(dòng)機(jī)的控制，按下電動(dòng)機(jī)啟動(dòng)按鈕，繼電器1，2吸合，延時(shí)8s，繼電器2斷開(kāi)，延時(shí)2秒，繼電器3吸合。按下電動(dòng)機(jī)停止按鈕，繼電器1，2，3全部斷開(kāi)。
(10).按下撤收按鈕，四個(gè)換向閥全開(kāi)，當(dāng)四個(gè)支腿碰到各自的下限位開(kāi)關(guān)停止。
2.2..4.2 根據(jù)控制要求確定用戶所需要的輸入/輸出設(shè)備，確定PLC的I/O點(diǎn)數(shù)
輸入設(shè)備:
1.腿1下限位開(kāi)關(guān)
2.腿1上限位開(kāi)關(guān)
3.腿2下限位開(kāi)關(guān)
4.腿2上限位開(kāi)關(guān)
5.腿3下限位開(kāi)關(guān)
6.腿3上限位開(kāi)關(guān)
7.腿4下限位開(kāi)關(guān)
8.腿4上限位開(kāi)關(guān)
9.手動(dòng)控制按鈕-腿1伸
10.手動(dòng)控制按鈕-腿1縮
11.手動(dòng)控制按鈕-腿2伸
12.手動(dòng)控制按鈕-腿2縮
13.手動(dòng)控制按鈕-腿3伸
14.手動(dòng)控制按鈕-腿3縮
15.手動(dòng)控制按鈕-腿4伸
16.手動(dòng)控制按鈕-腿4縮
17.自動(dòng)控制按鈕
18.手動(dòng)控制按鈕
19.油泵1輸入
20.油泵2輸入
21.傳感器1輸入
22.傳感器2輸入
23.傳感器3輸入
輸出設(shè)備：
1.紅燈
2.綠燈
3.油泵1控制（3點(diǎn)）
4.油泵2控制（3點(diǎn)）
5.伺服閥1左繼電器
7.伺服閥1右繼電器
8.伺服閥2左繼電器
9.伺服閥2右繼電器
10.伺服閥3左繼電器
11.伺服閥3右繼電器
12.伺服閥4左繼電器
13.伺服閥4右繼電器
通過(guò)以上的統(tǒng)計(jì)，該系統(tǒng)總共有23個(gè)輸入，16個(gè)輸出。
2.2.4.3 選擇PLC
該系統(tǒng)總共有數(shù)字量輸入20點(diǎn)，模擬量輸入3點(diǎn)，數(shù)字量輸出8點(diǎn)，模擬量輸入8點(diǎn)
CPU選擇：選擇西門(mén)子S7-200 CPU224,詳細(xì)資料請(qǐng)參閱說(shuō)明書(shū)。
擴(kuò)展模塊：數(shù)字量擴(kuò)展
數(shù)字量輸入輸出模塊EM223（1）
EM 223 24V DC 16 輸入/16 輸出和 EM223 24V DC 16 輸入/16 繼電器輸出
2.2.4.4 分配i/o點(diǎn)，設(shè)計(jì)I/O連接圖
輸入
腿1下限位開(kāi)關(guān)
腿1上限位開(kāi)關(guān)
腿2下限位開(kāi)關(guān)
腿2上限位開(kāi)關(guān)
腿3下限位開(kāi)關(guān)
腿3上限位開(kāi)關(guān)
腿4下限位開(kāi)關(guān)
腿4上限位開(kāi)關(guān)
手動(dòng)控制按鈕-腿1伸
手動(dòng)控制按鈕-腿1縮
手動(dòng)控制按鈕-腿2伸
手動(dòng)控制按鈕-腿2縮
手動(dòng)控制按鈕-腿3伸
手動(dòng)控制按鈕-腿3縮
手動(dòng)控制按鈕-腿4伸
手動(dòng)控制按鈕-腿4縮
I0.1
I0.2
I0.3
I0.4
I0.5
I0.6
I0.7
I1.0
I1.1
I1.2
I1.3
I1.4
I1.5
I2.0
I2.1
I2.2
自動(dòng)控制按鈕
手動(dòng)控制按鈕
油泵1輸入
油泵2輸入
傳感器1輸入
傳感器2輸入
傳感器3輸入
I2.3
I2.4
I2.5
I2.6
AIW0
AIW2
AIW4
輸出：
紅燈
綠燈
油泵1控制
油泵1控制
油泵1控制
油泵2控制
油泵2控制
油泵2控制
伺服閥1左繼電器
伺服閥1右繼電器
伺服閥2左繼電器
伺服閥2右繼電器
伺服閥3左繼電器
伺服閥3右繼電器
伺服閥4左繼電器
伺服
閥4右繼電器
Q0.0
Q0.1
Q0.2
Q0.3
Q0.4
Q0.5
Q0.6
Q0.7
AQW0
AQW2
AQW4
AQW6
AQW8
AQW10
AQW12
AQW14
2.2.5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
2.2.5.1 根據(jù)控制要求編寫(xiě)設(shè)計(jì)流程
見(jiàn)圖紙
2.2.5.2 根據(jù)設(shè)計(jì)流程編寫(xiě)程序：
見(jiàn)附錄
3.電器控制系統(tǒng)設(shè)計(jì)
液壓靜壓樁機(jī)采用了液壓系統(tǒng)作為動(dòng)力來(lái)進(jìn)行壓樁工作，因此電控系統(tǒng)的主要任務(wù)是對(duì)液壓及其控制系統(tǒng)進(jìn)行控制。電控系統(tǒng)設(shè)計(jì)又可分為強(qiáng)電部和弱電兩個(gè)部分：強(qiáng)電部分主要控制液壓站的主電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)；弱電部分由可編程控制器PLC進(jìn)行控制，控制內(nèi)容包括主電機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)指令的給出，調(diào)平系統(tǒng)的運(yùn)行控制等。
根據(jù)液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)計(jì)算可知，系統(tǒng)的供油回路由兩個(gè)泵組成，其驅(qū)動(dòng)電機(jī)的功率分別為75KW（泵1）、220KW（泵2）。一般地，壓樁機(jī)工作環(huán)境可以提供三相380V電源，所以液壓系統(tǒng)的電機(jī)采用三相380V普通交流異步電機(jī)。三相籠式電機(jī)直接起動(dòng)的控制線路簡(jiǎn)單，維修工作量小，但在起動(dòng)時(shí)的電流約為額定電流的4——7倍。對(duì)于本系統(tǒng)采用的兩臺(tái)大容量電機(jī)，如果采用直接起動(dòng)會(huì)引起電網(wǎng)電壓降低，電機(jī)轉(zhuǎn)矩減小，甚至起動(dòng)困難，而且還影響同一供電網(wǎng)中的其它設(shè)備，因此采用降壓起動(dòng)，以保證起動(dòng)時(shí)供電母線上的電壓降不超過(guò)額定電壓的10%——15%。
工程實(shí)際中常用的降壓起動(dòng)方法通常有星—三角降壓起動(dòng)、定子串電阻降壓起動(dòng)和自耦變壓器降壓起動(dòng)等。由于4KW以上的三相籠式異步電動(dòng)機(jī)定子繞組在正常工作時(shí)都接成三角形，因此可以采用星—三角降壓起動(dòng)。
考慮到星形直接起動(dòng)的電流仍然很大，在星形起動(dòng)過(guò)程中進(jìn)一步采用自耦變壓器進(jìn)行降壓起動(dòng)。起動(dòng)時(shí)，電源電壓加在自耦變壓器的一次繞組上，電動(dòng)機(jī)的定子繞組與自耦變壓器的二次繞組相連，當(dāng)電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速接近額定值時(shí)，將自耦變壓器切除，電動(dòng)機(jī)直接與電源相連，在正常的三角形方式下運(yùn)行。
在電機(jī)星—三角起動(dòng)過(guò)程中需要進(jìn)行延時(shí)切斷，傳統(tǒng)電路一般采用時(shí)間繼電器進(jìn)行控制，而本系統(tǒng)的弱電控制系統(tǒng)采用了可編程控制器，因此可以直接利用PLC的軟件延時(shí)繼電器來(lái)進(jìn)行控制，從而省去了傳統(tǒng)的控制元件，節(jié)省了安裝空間，也提高了控制的可靠性。另一方面，在星—三角轉(zhuǎn)換起動(dòng)中，為了防止交流接觸器同時(shí)通電的意外情況發(fā)生，系統(tǒng)不僅在PLC中采用了星—三角轉(zhuǎn)換互鎖，而且在硬件上（交流接觸器的輔助觸頭）也采用了互鎖控制，以保證電器系統(tǒng)工作的可靠性。
系統(tǒng)的控制電路采用西門(mén)子PLC（S7——200），控制信號(hào)電壓為24V，因此系統(tǒng)中增加一個(gè)開(kāi)關(guān)電源，以滿足各數(shù)字量I/O、模擬量I/O以及伺服放大板的需要。
根據(jù)上述設(shè)計(jì)方案可繪制出系統(tǒng)的控制原理圖。
見(jiàn)畢業(yè)設(shè)計(jì)圖紙。
3.大身結(jié)構(gòu)的CAE分析
3.1大身結(jié)構(gòu)的有限元模型
有限元分析（FEA）是利用數(shù)學(xué)近似的方法對(duì)真實(shí)物理現(xiàn)象（幾何及載荷工況）進(jìn)行模擬的一種分析方法，也是目前求解工程問(wèn)題中最為流行的數(shù)值計(jì)算方法。其基本思想是將一個(gè)連續(xù)的求解域離散化，即通過(guò)網(wǎng)格劃分將求解域分割成彼此用節(jié)點(diǎn)互相聯(lián)系的有限個(gè)單元，在單元體內(nèi)假設(shè)近似解的模式，用有限個(gè)節(jié)點(diǎn)上的未知參量表征單元的特性，將各個(gè)單元的關(guān)系通過(guò)適當(dāng)方法，建立組成包含節(jié)點(diǎn)未知參數(shù)的方程組，求解方程組，得出各節(jié)點(diǎn)的未知參數(shù)，利用插值函數(shù)求出近似解，是對(duì)真實(shí)情況的一種數(shù)值近似。本課題應(yīng)用大型有限元分析軟件ANSYS對(duì)大身結(jié)構(gòu)進(jìn)行分析，分析步驟為 如圖1所示。
圖1 ANSYS計(jì)算分析過(guò)程流程圖
3.2 三維實(shí)體建模與有限元分析模型
有限元分析的最終目的是要還原一個(gè)實(shí)際工程系統(tǒng)的數(shù)學(xué)行為特征，因此有限元分析的第一步就是必須針對(duì)一個(gè)物理原型建立準(zhǔn)確的數(shù)學(xué)模型。有限元模型的來(lái)源主要有下面四種方法：①在有限元軟件的前處理器中進(jìn)行幾何建模，再劃分網(wǎng)格得到；②從實(shí)體建模軟件中引入幾何模型，經(jīng)修改模型和劃分網(wǎng)格而得到；③直接創(chuàng)建節(jié)點(diǎn)與網(wǎng)格；④引入有限元模型。其中①、③、④種方法一般只適合于小型結(jié)構(gòu)分析，然而，現(xiàn)今幾乎絕大部分的有限元分析模型都用實(shí)體模型建模，對(duì)于大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)①、③、④種方法建模比較困難，目前較為流行的方法是，大型結(jié)構(gòu)的有限元模型一般先通過(guò)實(shí)體建模軟件建立，經(jīng)適當(dāng)?shù)母袷睫D(zhuǎn)換成為有限元分析模型。即用數(shù)學(xué)的方式表達(dá)結(jié)構(gòu)的幾何形狀，在幾何模型里面填充節(jié)點(diǎn)和
單元，還可以在幾何模型上方便地施加載荷和約束。但是幾何實(shí)體模型并不參與有限元分析，所有施加在幾何實(shí)體邊界上的載荷或約束必須最終傳遞到有限元模型的節(jié)點(diǎn)或單元上進(jìn)行求解。三維實(shí)體建模與有限元分析的關(guān)系如圖2所示。
圖2 三維實(shí)體建模與有限元分析的關(guān)系
YZY400型靜壓樁機(jī)大身結(jié)構(gòu)全部由鋼板焊接而成，是復(fù)雜的空間箱型體系。根據(jù)有限元分析的特點(diǎn)，在建模時(shí)進(jìn)行一些必要的模型簡(jiǎn)化，即略去一些功能件和非承載件，對(duì)于結(jié)構(gòu)上的孔、臺(tái)階等盡量簡(jiǎn)化，對(duì)截面特性影響不大的特征予以忽略。
圖3 YZY400型靜壓樁機(jī)大身結(jié)構(gòu)有限元分析模型
根據(jù)大身結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)，在進(jìn)入ANSYS軟件進(jìn)行分析之前，首先通過(guò)Pro/E實(shí)體建模軟件構(gòu)件大身結(jié)構(gòu)的三維實(shí)體模型，并將幾何模型導(dǎo)入ANSYS軟件， 利用ANSYS軟件自動(dòng)網(wǎng)格劃分功能，定義單元類型為四面體實(shí)體單元（Solid93），劃分網(wǎng)格，在支腿支處施加邊界約束，在立柱聯(lián)接板處施加壓樁載荷，建立YZY400型靜壓樁機(jī)大身結(jié)構(gòu)有限元分析模型如圖3所示。網(wǎng)格劃分后生成單元總數(shù)為283,271，節(jié)點(diǎn)總數(shù)為337,125個(gè)。
3.3大身結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析
3.3.1 材料參數(shù)
參數(shù)名
數(shù)值
單位
楊氏模量
1.96e8
千帕
密度
7.9e-6
千克/立方毫米
泊松比
0.3
3.3.2 載荷分析
在建立正確的車(chē)身骨架有限元分析模型的基礎(chǔ)上，加載邊界條件，并根據(jù)實(shí)際載荷配置情況，對(duì)大身結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜強(qiáng)度計(jì)算分析。
大身結(jié)構(gòu)所受載荷包括自重載荷和壓樁時(shí)的工作載荷，根據(jù)靜壓樁機(jī)的工作特點(diǎn)，并考慮到動(dòng)載荷的影響，取計(jì)算載荷為480000kN。
圖4 加載后的有限元分析模型
由于有限元法中內(nèi)力或外力均由節(jié)點(diǎn)傳遞，在整體剛度矩陣中的載荷項(xiàng)均為節(jié)點(diǎn)載荷。因此，將上述載荷作為集中或均布載荷施加于模型中相應(yīng)節(jié)點(diǎn)上，形成節(jié)點(diǎn)載荷，在大身四個(gè)支腿處施加約束并求解，進(jìn)行靜態(tài)分析。加載后的有限元分析模型如圖4所示。
3.3.3 計(jì)算結(jié)果
建立有限元分析模型后，進(jìn)入ANSYS求解器進(jìn)行靜態(tài)分析求解。
計(jì)算結(jié)果如圖5～圖8所示。
圖5 大身結(jié)構(gòu)總體變形云圖
圖5所示為大身結(jié)構(gòu)總體變形云圖，由圖中可以看出，結(jié)構(gòu)最大變形發(fā)生在聯(lián)接立柱處，變形量約為0.81mm，說(shuō)明結(jié)構(gòu)剛度條件滿足要求。
圖6所示為大身結(jié)構(gòu)合成應(yīng)力云圖。
圖7為大身結(jié)構(gòu)底面合成應(yīng)力云圖。
圖8為大身結(jié)構(gòu)支腿處應(yīng)力云圖。
由圖8顯示出，大身結(jié)構(gòu)最大應(yīng)力部位在支腿與大身的聯(lián)接處，這與實(shí)際相符（曾有該種類型某型號(hào)靜壓樁機(jī)在該處發(fā)生斷裂）。
圖6 大身結(jié)構(gòu)合成應(yīng)力云圖
最大應(yīng)力部位
最大應(yīng)力值約為34MPa，說(shuō)明結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)偏保守，應(yīng)進(jìn)一步改進(jìn)結(jié)構(gòu)，對(duì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，使大身結(jié)構(gòu)受力更加合理。
圖7 大身結(jié)構(gòu)底面應(yīng)力云圖
圖8 大身結(jié)構(gòu)支腿處應(yīng)力云圖
南京工業(yè)大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文
畢 業(yè) 設(shè) 計(jì) 論 文
課題名稱： YZY40全液壓樁機(jī)的縱向行走設(shè)計(jì)
學(xué)生姓名： 譙 怡 岑
學(xué) 號(hào)： 410102-04
所在學(xué)院： 機(jī)械與動(dòng)力工程學(xué)院
專 業(yè)： 機(jī)械工程及自動(dòng)化
指導(dǎo)教師： 鄭 鳳 琴
2005年5月1日
前言
懷者接受挑戰(zhàn)的心理；帶著探求知識(shí)的渴望以及滿腔熱情，終于迎來(lái)了我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)。早就從上幾屆師兄師姐和老師們口中得知，畢業(yè)設(shè)計(jì)對(duì)我們本科生來(lái)說(shuō)非常重要，這是四年本科中我們的最后一件與學(xué)習(xí)有關(guān)的事情；這是把以前的理論知識(shí)加以融會(huì)貫通并綜合運(yùn)用的有效方式；這是能讓我們學(xué)到很多有用的專業(yè)知識(shí)的課程；這是體現(xiàn)一個(gè)人的工作能力的特殊途徑；這是一個(gè)從學(xué)校踏入社會(huì)的過(guò)渡橋梁；這是一個(gè)體現(xiàn)智慧與團(tuán)隊(duì)合作的Way……
很高興能和這些優(yōu)秀的同學(xué)成為組員，更為能有像鄭老師這樣出色的教授指導(dǎo)而感到榮幸，于是，我在心底下定決心：一定要好好完成這次畢業(yè)設(shè)計(jì)，給自己四年的大學(xué)生活畫(huà)上一個(gè)圓滿的句號(hào)，為自己以后走上工作崗位打下良好的基礎(chǔ)。
我們這次的畢業(yè)設(shè)計(jì)課題是YZY400全液壓靜力壓樁機(jī)的設(shè)計(jì)，這是一個(gè)非常有挑戰(zhàn)性的課題，尤其是對(duì)我們這些只學(xué)了有限的理論知識(shí)的“本科生”們，因?yàn)檫@個(gè)課題涉及到很廣的知識(shí)面，幾乎包括了我們大學(xué)四年學(xué)的所有課程，特別是我們的專業(yè)課如：互換性與公差技術(shù)、機(jī)械設(shè)計(jì)、機(jī)械原理、液壓與氣壓傳動(dòng)等知識(shí)內(nèi)容，還有不太熟悉的電氣自動(dòng)化及其控制方面的內(nèi)容，也正是因?yàn)橛羞@些困難，它才激起了我們要克服它、戰(zhàn)勝它的欲望，給了我們學(xué)習(xí)新知識(shí)的動(dòng)力與源泉。
雖然曾經(jīng)有過(guò)金工實(shí)習(xí)、有過(guò)綠洲機(jī)械廠、南京汽車(chē)集團(tuán)有限公司等的現(xiàn)場(chǎng)參觀實(shí)習(xí)，但是對(duì)樁工機(jī)械的陌生還是讓我們感到了面臨的困難重重。于是，我們每天奔波于網(wǎng)吧與圖書(shū)館之間，查找網(wǎng)上有關(guān)樁工機(jī)械的最新信息，翻閱圖書(shū)館的相關(guān)資料，當(dāng)一周下來(lái)，終于對(duì)樁工機(jī)械有了一定的感性認(rèn)識(shí)之后，鄭老師趁熱打鐵，又把我們帶領(lǐng)到河西的奧體中心施工現(xiàn)場(chǎng)，給我們講解靜壓樁工機(jī)械的機(jī)構(gòu)與工作原理，終于讓我們對(duì)樁工機(jī)械從感性上升到理性，對(duì)其有了全新、全面的認(rèn)識(shí)，這對(duì)我們的畢業(yè)設(shè)計(jì)有很大的幫助。
每一個(gè)人都付出了艱辛的勞動(dòng)、流下了辛勤的汗水，看著自己設(shè)計(jì)出來(lái)的作品，大家的臉上都掛著笑容，這不僅僅是我們四年所學(xué)知識(shí)的體現(xiàn)，而且，我們?cè)谧霎厴I(yè)設(shè)計(jì)的過(guò)程中還學(xué)到了很多做人的道理，懂得了無(wú)論是工作還是做人都要認(rèn)真負(fù)責(zé)、踏踏實(shí)實(shí)、一步一個(gè)腳印，只有這樣才能走的更好、更遠(yuǎn)。我也知道，這是我們的“處女作”，由于知識(shí)有限、經(jīng)驗(yàn)不足，所以畢業(yè)設(shè)計(jì)中會(huì)出現(xiàn)一些錯(cuò)誤與不足，希望各位指導(dǎo)老師能夠諒解，并予以幫助，提出您們的寶貴意見(jiàn)，以助我更好地完善我的畢業(yè)設(shè)計(jì)，在此謝謝各位老師。
畢業(yè)設(shè)計(jì)教給我們的不僅是專業(yè)知識(shí)，還有以后工作時(shí)的做事方法；畢業(yè)設(shè)計(jì)帶給我們的不僅是成功的喜悅，還有和團(tuán)隊(duì)一起工作的歡笑與好心情；畢業(yè)設(shè)計(jì)賜予我們的不僅僅是一些工作伙伴，更是好的朋友；畢業(yè)設(shè)計(jì)賦予我們的不僅是一位老師，更是一生難求的益友。從畢業(yè)設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了寶貴的知識(shí)，這些知識(shí)值得我用一生來(lái)回味，一生來(lái)珍惜。
譙怡岑
2005-5-22
目錄
摘 要 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 5
1 行走機(jī)構(gòu)的零件設(shè)計(jì)計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
1.1 長(zhǎng)船的尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 7
2.1 長(zhǎng)船行走時(shí)液壓缸的載荷計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 8
2.2 長(zhǎng)船液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.1 確定縱移液壓缸的活塞及活塞桿直徑 . . . . . . . . . . . . . . 12
2.2.2 長(zhǎng)船液壓缸的流量計(jì)算：. . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 13
2.2.3 長(zhǎng)船液壓缸的力的計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 14
2.2.4 長(zhǎng)船液壓缸的安裝聯(lián)結(jié)尺寸 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 15
2.3 頂升液壓缸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.1 頂升液壓缸的載荷計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 16
2.3.2 頂升液壓缸的活塞直徑計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3.3 頂升液壓缸的流量計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 17
2.3.4 頂升液壓缸的力的計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 18
2.4 液壓缸技術(shù)規(guī)格 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.5 液壓缸的校核 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.5.1 長(zhǎng)船液壓缸活塞桿穩(wěn)定性校核 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 19
2.5.2 頂升液壓缸活塞桿穩(wěn)定性校核 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 22
3 行走機(jī)構(gòu)的零件設(shè)計(jì)計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.1 小車(chē)組件的計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2 小車(chē)車(chē)輪的計(jì)算與校核 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.1 小車(chē)車(chē)輪的載荷計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.2 車(chē)輪接觸強(qiáng)度校核 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.3 小車(chē)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.4 小車(chē)聯(lián)結(jié)軸的校核 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 28
3.5 選定軸承并加以校核 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.5.1 基本額定動(dòng)載荷的計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 29
3.5.2 基本額定靜載荷的計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 30
3.5.3 初選軸承型號(hào) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 31
3.5.4 軸承壽命校核 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4 軌道的設(shè)計(jì)計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.1 鋼軌的計(jì)算設(shè)計(jì) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 32
4.2 鐵路鋼軌的參數(shù) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
5 球頭螺栓強(qiáng)度校核 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
6 螺栓螺紋部分的強(qiáng)度校核 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 34
7 液壓缸耳套的連接部分設(shè)計(jì) . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 36
8 小車(chē)構(gòu)架的焊接校核 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 37
YZY400全液壓靜力壓樁機(jī)的設(shè)計(jì)
摘 要
我國(guó)樁工機(jī)械起步于較晚，由于歷史原因，發(fā)展一直較為緩慢、落后的樁工機(jī)械和樁基礎(chǔ)施工技術(shù)已不能適應(yīng)目前快速發(fā)展的大型基礎(chǔ)設(shè)計(jì)建設(shè)需要。國(guó)內(nèi)樁工機(jī)械行業(yè)正面臨整體實(shí)力不高和國(guó)外進(jìn)口產(chǎn)品沖擊的雙重壓力。樁工機(jī)械主要用于各種樁基礎(chǔ)、地基改良加固、地下連續(xù)墻及其他特殊地基基礎(chǔ)等工程的施工。隨著城市的發(fā)展，對(duì)噪聲及泥漿污染進(jìn)行越來(lái)越嚴(yán)格的限制，靜壓樁機(jī)必將越來(lái)越受到市場(chǎng)的重視
因此，我們?cè)O(shè)計(jì)了一種YZY400全液壓靜力壓樁機(jī)。為了保證在施工過(guò)程中樁機(jī)能靈活移動(dòng)和避免沉陷，一般工程機(jī)械的履帶行走機(jī)構(gòu)不能滿足要求，綜合履帶行走和預(yù)鋪軌道的工作原理，我們?cè)O(shè)計(jì)出了一種新型步履行走機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)操作方便靈活，能很好地適應(yīng)城市中復(fù)雜地地基情況下的壓樁基礎(chǔ)施工。
本實(shí)用新型的目的是提供一種能滿足大噸位液壓靜力壓樁機(jī)要求的步履式行走機(jī)構(gòu)。縱移行走機(jī)構(gòu)包括兩個(gè)縱移液壓缸、四個(gè)行走輪架，長(zhǎng)船和浮動(dòng)液壓缸。希望此設(shè)計(jì)能夠合理、方便地通過(guò)縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和橫向移動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來(lái)實(shí)現(xiàn)這些運(yùn)動(dòng)；并能安全快速地轉(zhuǎn)移場(chǎng)地與拆裝，由于靜壓樁機(jī)自重很大，無(wú)法整體搬運(yùn)，只能拆散后運(yùn)往新工地再進(jìn)行拼裝。拆裝運(yùn)輸應(yīng)盡量簡(jiǎn)便合理，使拼裝工作量減到最低限度。同時(shí)，在設(shè)計(jì)時(shí)要注意橫向行走、縱向行走的短船長(zhǎng)船以及大身之間的配合。
關(guān)鍵詞: 樁工機(jī)械、全液壓靜力壓樁機(jī)、液壓缸
Abstract
in our nation, the development of pile labor machinery is very late. by the reason of historical, The development continuously slower, the backward pile labor machinery and the pile foundation construction technology has not been able to meet the present fast development large-scale foundation design construction need. The domestic pile labor mechanical profession is facing the overall strength not to be high and the over seas import product impact dual pressure. The pile labor machinery mainly uses in each kind of project the and so on pile foundation, ground improve cement enforcement, underground continual wall and other special ground foundation construction. Along with city development, Carries on the more and more strict limit to the noise and the mud pollution, The static pressure pile machine will certainly more and more to receive the market the value.
Therefore, we have designed one kind of YZY400 entire hydraulic pressure static forcing pile machine.In order to guarantee the pile function nimbly moves in the construction process and avoids caving in, The general engineering machinery caterpillar band walks the organization not to be able to answer the purpose, The comprehensive caterpillar band walks with the pre- shop track principle of work, We designed one kind of new step to walk the organization, This kind of organization ease of operation is flexible, Can adapt in well the city complex in the ground situation pressure pile foundation construction.
This practical new goal is provides one kind to be able to satisfy the great tonnage hydraulic pressure static forcing pile machine request the step type to walk the organization. Vertical divides and hyphenates a word at the end of a line the organization to move the hydraulic cylinder including two, four walks a turn of frame, Long ship and fluctuation hydraulic cylinder. Hoped this design can be reasonable, conveniently realizes these movements through the longitudinal shift organization and the derailing rotation organization; And can safely fast shift the location with to disassemble and assemble, Because the static pressure pile machine is self-possessed very in a big way, Is unable the whole transporting, After only can break up transports to the new work site to carry on assembling again. Disassembles and assembles on assembling again. Disassembles and assembles the transportation to be supposed as far as possible simple to be reasonable, Causes the assembling work load to reduce to the threshold. At the same time, When design must pay attention to short captain which crosswise walks, longitudinally walks between the ship as well as the big body coordination.
Keyword： Pile labor machinery, entire hydraulic pressure static forcing pile machine, hydraulic cylinder
設(shè)計(jì)參數(shù)
每次縱向行走最大行程─────────—2
每次前進(jìn)速度 ─────────— 1.4~1.5
每次后退速度 ─────────— 2.6~2.8
每次左移速度 ─────────—1.4
每次右移速度 ─────────— 2.8
接地比壓 ─────────—0.13
設(shè)計(jì)計(jì)算
1 行走機(jī)構(gòu)的零件設(shè)計(jì)計(jì)算
1.1 長(zhǎng)船的尺寸設(shè)計(jì)計(jì)算
靜壓樁機(jī)的機(jī)身總重量： （噸）
為了考慮壓樁機(jī)額定壓樁噸位的要求，該壓樁機(jī)應(yīng)設(shè)計(jì)成噸位為：
（噸）
長(zhǎng)船著地時(shí)的工作比壓：
長(zhǎng)船的總工作面積：
把、代入上式得：
平均到每個(gè)長(zhǎng)船上的工作面積是：
取長(zhǎng)船的長(zhǎng) ，寬
2 液壓缸的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.1 長(zhǎng)船行走時(shí)液壓缸的載荷計(jì)算
在露天條件下工作的打樁機(jī),當(dāng)沿著有一定坡度的軌道行走時(shí),存在以
下阻力：
摩擦阻力：； 坡度阻力：； 風(fēng)阻力：； 慣性阻力：；
（1） 摩擦阻力
摩擦阻力包括車(chē)輪的滾動(dòng)摩擦阻力、車(chē)輪軸承中的摩擦阻力、以及車(chē)輪輪緣與軌道之間的滑動(dòng)摩擦阻力。為了簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)，假定靜壓打樁機(jī)的全部載荷都作用于同一個(gè)車(chē)輪上，當(dāng)車(chē)沿著軌道滾動(dòng)時(shí)，其受力情況如下圖所示，沿鉛垂方向有載荷重力以及支反力，當(dāng)車(chē)輪在驅(qū)動(dòng)力矩的作用下開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，由于車(chē)輪軌道的微小變形，支反力將偏離載荷的作用線一個(gè)距離。
圖 1 ：摩擦阻力計(jì)算圖
對(duì)車(chē)輪由平衡條件有：
=
=
=
∴ T = + = +
∵ = = ①
車(chē)輪輪緣與軌道側(cè)面的摩擦引起的附加摩擦阻力，一般用增加附加阻力摩擦系數(shù) 來(lái)考慮，得：
= ②
式中 ─── 驅(qū)動(dòng)力矩
─── 軸徑摩擦阻力矩
─── 變形引起的滾動(dòng)阻力矩
─── 附加阻力系數(shù)
─── 靜壓樁機(jī)自重
─── 軸承摩擦系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
─── 車(chē)輪滾動(dòng)阻力系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
─── 小車(chē)車(chē)輪的直徑
─── 小車(chē)軸徑
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確定各個(gè)系數(shù)值：
= 480 × 1000 × 9.8 = 4704000（）= 4.74×103（）
= 0.02，車(chē)輪軸為滾子軸承
= 0.003，軌道為鋼軌，平頭，車(chē)輪為鋼材料
= 0.3
= 0.15
= 1.3，有車(chē)轅的柱面車(chē)輪，圓錐滾子軸承
將以上數(shù)據(jù)帶入②式中計(jì)算：
=
= 4.74×103×（0.02×0.15/0.3 + 2×0.003/0.3）×1.3
= 183（）
（2） 行走風(fēng)阻力
行走風(fēng)阻力主要指風(fēng)作用在靜壓打樁機(jī)上引起的阻力，按下式計(jì)算：
= ③
式中 C ─— 風(fēng)力系數(shù)，查手冊(cè)，取 C = 1.2
─— 風(fēng)壓高度變化系數(shù)，查手冊(cè)，取 = 1.0
q ─— 計(jì)算風(fēng)壓（ ），查手冊(cè)，取 q = 150
A ─— 靜壓打樁機(jī)的迎風(fēng)面積，（），取 A = 3.39×4.4×3
= 45
∴ = = 1.2×1.0×150×45
= 8.1 （）
（3） 軌道坡度阻力
當(dāng)靜壓打樁機(jī)沿著具有一定坡度的軌道行駛時(shí)，由于靜壓打樁機(jī)自重
沿軌道坡度的分力引起的運(yùn)動(dòng)阻力由下式確定：
= ④
式中 ─— 軌道傾斜角 （）
∴ = =
= 410 （）
圖 2 ： 坡度阻力計(jì)算圖
（4） 慣性阻力
慣性阻力主要指小車(chē)運(yùn)動(dòng)時(shí)起動(dòng)慣性阻力，按下式計(jì)算：
= ⑤
式中 ─— 小車(chē)運(yùn)行速度 V = 2.8 = 0.047
─— 小車(chē)起動(dòng)時(shí)間 t。= ；；
取 t。= 0.094
∴= = (480×1000×9.8)÷9.8×0.047÷0.094
= 240（）
（5） 載荷力的確定
靜壓打樁機(jī)行走時(shí)，由于四個(gè)油缸提供動(dòng)力，考慮到四支液壓缸提供
的動(dòng)力不一定和理論設(shè)計(jì)時(shí)認(rèn)為的是一組平行力，且大小相等，故單個(gè)油
缸取2/3大小的阻力。
= 183 + 8.1 + 410 + 240
= 841（）
單個(gè)油缸受力： ⑥
式中： ── 單支油缸工作時(shí)的作用力
── 四支油缸同時(shí)工作的作用力
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)確定、的值：
= = 841（）
=
將、的值代入式⑥中得：
2.2 長(zhǎng)船液壓缸主要結(jié)構(gòu)尺寸的設(shè)計(jì)計(jì)算
2.2.1 確定縱移液壓缸的活塞及活塞桿直徑
YZY400型 靜壓打樁機(jī)屬于大型的工程機(jī)械，根據(jù)機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，初步確定行走機(jī)構(gòu)的系統(tǒng)壓力為25MPa
圖 3 ： 液壓缸的行走狀態(tài)圖
Ⅰ向行走時(shí)， B口進(jìn)油； A 口出油
Ⅱ向行走時(shí)， A口進(jìn)油； B口出油
計(jì)算如下：
Ⅰ向 （）
式中： ── 活塞桿直徑，（）
── 液壓缸的理論推力，
── 系統(tǒng)壓力，查手冊(cè)取
∴
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取D = 200
取速度比：
∵
∴
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取 = 140
2.2.2 長(zhǎng)船液壓缸的流量計(jì)算：
式中 ── 液體的運(yùn)動(dòng)速度
── 活塞的面積
確定縱向行走液壓缸的型號(hào)
── ──
液壓缸的型號(hào)說(shuō)明：
── ── □
── 雙作用單活塞桿液壓缸
──結(jié)構(gòu)尺寸代號(hào)（液壓缸直徑/活塞桿直徑）
□ ── 活塞桿型式代號(hào)
2.2.3 長(zhǎng)船液壓缸的力的計(jì)算
（1）推力計(jì)算
式中 ── 液壓缸推力
── 工作壓力
── 活塞的作用面積
∴
（2）拉力計(jì)算
式中 ── 液壓缸拉力
── 工作壓力
── 活塞直徑
── 活塞桿直徑
── 液壓缸有桿腔作用面積
∴
2.2.4 長(zhǎng)船液壓缸的安裝聯(lián)結(jié)尺寸
圖 4 ： 長(zhǎng)船液壓缸的安裝聯(lián)結(jié)尺寸
表 1 液壓缸的安裝聯(lián)結(jié)尺寸
缸徑
200
∴ 長(zhǎng)船液壓缸的長(zhǎng)度為：
行程
圖 5 ： 液壓缸的安裝聯(lián)結(jié)部件
表 2 液壓缸的安裝聯(lián)結(jié)部件尺寸
缸徑Ｄ
200
90
90
120
100
100
110
2.3 頂升液壓缸的機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)計(jì)算
2.3.1 頂升液壓缸的載荷計(jì)算
靜壓樁機(jī)的頂升，靠四個(gè)垂直固定在樁機(jī)大身上的液壓缸提供動(dòng)力，油缸只要克服靜壓樁機(jī)自身的重量即可。由幾何學(xué)原理：三點(diǎn)即可確定一個(gè)平面，雖然有四個(gè)頂升油缸提供動(dòng)力，但實(shí)際上很多時(shí)候真正工作的只有三個(gè)油缸。因此，
載荷力為： 頂
2.3.2 頂升液壓缸的活塞直徑計(jì)算
（）
式中 ── 頂升油缸所受外載荷 =1568
── 系統(tǒng)壓力
∴
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取 = 280
取速度比：
∵
∴
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取
2.3.3 頂升液壓缸的流量計(jì)算：
式中 ── 液體的運(yùn)動(dòng)速度
── 活塞的面積
確定頂升液壓缸的型號(hào)
── ──
液壓缸的型號(hào)說(shuō)明：
── ── □
── 雙作用單活塞桿液壓缸
──結(jié)構(gòu)尺寸代號(hào)（液壓缸直徑/活塞桿直徑）
□ ── 活塞桿型式代號(hào)
2.3.4 頂升液壓缸的力的計(jì)算
（1）推力計(jì)算
式中 ── 頂升液壓缸推力
── 工作壓力
── 活塞的作用面積
∴
（2）拉力計(jì)算
式中 ── 液壓缸拉力
── 工作壓力
── 活塞直徑
── 活塞桿直徑
── 液壓缸有桿腔作用面積
∴
2.4 液壓缸技術(shù)規(guī)格
表 3 液壓缸技術(shù)規(guī)格
名稱
缸徑ΦA(chǔ)L(mm)
活塞桿直徑ΦMM(mm)
工作壓力25MPa
最大行程S(mm)
速度比φ=2
推力（KN）
拉力（KN）
長(zhǎng)船行走液壓缸
200
140
785
400
2000
頂升液壓缸
280
200
1537.5
753.6
／
2.5 液壓缸的校核
2.5.1 長(zhǎng)船液壓缸活塞桿穩(wěn)定性校核
一般情況，當(dāng)受拉桿件的應(yīng)力達(dá)到屈服極限時(shí)，將引起塑性變形或斷裂。細(xì)長(zhǎng)桿件受壓時(shí)，卻表現(xiàn)出與強(qiáng)度失效全然不同的性質(zhì)。
當(dāng)壓力逐漸增加，但小于某一極限值時(shí)，桿件一直保持直線形狀的平衡，這種平衡是穩(wěn)定的。當(dāng)壓力逐漸增加到某一極限值時(shí)，壓桿的直線平衡為不穩(wěn)定，將轉(zhuǎn)變?yōu)榍€形狀的平衡，
如果再繼續(xù)加微小的側(cè)向力使其發(fā)生彎曲，當(dāng)干擾力解除后，它將保持曲線形狀的平衡，不能恢復(fù)原有的直線形狀。壓桿喪失其直線形狀的平衡而過(guò)渡為曲線平衡，稱為失穩(wěn)，也稱屈曲。桿件失穩(wěn)后壓力的微小增加將引起彎曲變形的顯著增大，桿件已經(jīng)喪失了承載能力。
圖 6 ： 活塞桿失穩(wěn)
活塞桿失穩(wěn)時(shí)，應(yīng)力不一定是很大，甚至可能會(huì)小于比例極限，按下式進(jìn)行校核：
細(xì)長(zhǎng)比： ⑦
式中 ── 長(zhǎng)度系數(shù) =1
── 截面的慣性半徑
── 桿件的長(zhǎng)度即活塞桿的行程 =
將各值代入⑦式得：
壓桿穩(wěn)定的極限值：
⑧
式中 ── 材料的彈性模量，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，= 206
── 比例極限，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，=200
將以上各數(shù)據(jù)代入⑧式計(jì)算得：
∴
∴ 長(zhǎng)船活塞桿不屬于大柔度桿，不能使用歐拉公式計(jì)算臨界壓力，因此，采用以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)的直線公式：
式中 ── 屈服極限，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取，=235
、 ── 直線公式系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取，
將以上各值代入上式得：
∵
∴ 長(zhǎng)船液壓缸活塞桿屬于小柔度壓桿，受壓時(shí)不會(huì)像大柔度壓桿那樣出現(xiàn)彎曲變形，主要因?yàn)閼?yīng)力達(dá)到屈服極限（塑性變形）或強(qiáng)度極限（脆性變形）而失效，應(yīng)按強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行校核。
式中 ── 臨界應(yīng)力
── 活塞桿受力 ， =701
── 活塞桿橫截面積
將以上各值代入上式得：
∴ 長(zhǎng)船液壓缸活塞桿滿足穩(wěn)定性要求
2.5.2 頂升液壓缸活塞桿穩(wěn)定性校核
同理可得：
圖 7 ： 活塞桿失穩(wěn)
活塞桿失穩(wěn)時(shí)，應(yīng)力不一定是很大，甚至可能會(huì)小于比例極限，按下式進(jìn)行校核：
細(xì)長(zhǎng)比：
式中 ── 長(zhǎng)度系數(shù) =1
── 截面的慣性半徑
── 桿件的長(zhǎng)度即活塞桿的行程 =
將各值代入式得：
壓桿穩(wěn)定的極限值：
式中 ── 材料的彈性模量，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，= 206
── 比例極限，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，=200
將以上各數(shù)據(jù)代入上式計(jì)算得：
∴
∴ 頂升液壓缸活塞桿不屬于大柔度桿，不能使用歐拉公式計(jì)算臨界壓力，因此，采用以實(shí)驗(yàn)結(jié)果為依據(jù)的直線公式：
式中 ── 屈服極限，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取，=235
、 ── 直線公式系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取，
將以上各值代入上式得：
∵
∴頂升液壓缸活塞桿屬于小柔度壓桿，受壓時(shí)不會(huì)像大柔度壓桿那樣出現(xiàn)彎曲變形，主要因?yàn)閼?yīng)力達(dá)到屈服極限（塑性變形）或強(qiáng)度極限（脆性變形）而失效，應(yīng)按強(qiáng)度來(lái)進(jìn)行校核。
式中 ── 臨界應(yīng)力
── 活塞桿受力 ， = 701
── 活塞桿橫截面積
將以上各值代入上式得：
∴ 頂升液壓缸活塞桿滿足穩(wěn)定性要求
3 行走機(jī)構(gòu)的零件設(shè)計(jì)計(jì)算
3.1 小車(chē)組件的計(jì)算
靜壓打樁機(jī)的行走，由四只小車(chē)提供支撐力。由幾何學(xué)原理：三點(diǎn)即可確定一個(gè)平面，雖然有四只小車(chē)提供支撐力，但實(shí)際上很多時(shí)候真正工作的只有三只小車(chē)。因此，小車(chē)的受力按下式進(jìn)行計(jì)算：
車(chē)
式中 ── 樁機(jī)正常工作時(shí)，小車(chē)的最大受力
── 樁機(jī)正常工作時(shí)，小車(chē)的最小受力
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)確定、的值
將以上各值代入上式得：
車(chē)
3.2小車(chē)車(chē)輪的計(jì)算與校核
小車(chē)車(chē)輪屬于靜壓樁機(jī)的行走部件，在靜壓樁機(jī)的運(yùn)行機(jī)構(gòu)件均采用輪緣柱面車(chē)輪。通常情況下，車(chē)輪輪緣的高度約為20~25，且輪緣具有一定的傾斜，一般情況下斜度為1：5。車(chē)輪的強(qiáng)度按車(chē)輪輪面接觸強(qiáng)度來(lái)計(jì)算，車(chē)輪的接觸強(qiáng)度與它的材料、軌道接觸情況、車(chē)輪踏面等因素有關(guān)。為了計(jì)算車(chē)輪的接觸應(yīng)力，需要先計(jì)算出車(chē)輪的載荷
3.2.1 小車(chē)車(chē)輪的載荷計(jì)算
其中 車(chē)
車(chē)
∴
3.2.2 車(chē)輪接觸強(qiáng)度校核
⑨
式中 ── 速度系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取=1.17
── 工作級(jí)別系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取=1.12
── 曲率半徑，取兩個(gè)接觸體中較大的值，=400
── 由軌道頭與車(chē)輪曲率半徑之比所確定的系數(shù)，=0.430
── 與材料有關(guān)的許用點(diǎn)接觸應(yīng)力常數(shù)，
將以上各值代入⑨式計(jì)算得：
∴ 車(chē)輪滿足強(qiáng)度要求
3.3 小車(chē)軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
靜壓樁機(jī)的行走小車(chē)均采用兩根聯(lián)結(jié)軸。
每根軸的受力為：
圖 8： 軸的受力圖
圖 9： 軸的剪切圖
圖 10： 軸的彎矩圖
軸選用鋼，調(diào)質(zhì)處理，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，
軸的彎曲強(qiáng)度條件為：
軸與軸承采用基孔制配合，
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取
3.4 小車(chē)聯(lián)結(jié)軸的校核
小車(chē)聯(lián)結(jié)軸在聯(lián)結(jié)結(jié)合面處受剪，同時(shí)與被聯(lián)結(jié)件孔壁相互擠壓，破壞聯(lián)結(jié)的主要形式有：軸被剪斷、軸被壓潰、孔壁被壓潰。
軸受的剪力為其強(qiáng)度條件為：
即：
聯(lián)結(jié)軸材料選用鋼，調(diào)質(zhì)處理
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，
∴
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取
校核聯(lián)結(jié)軸的強(qiáng)度條件為：
式中 ── 軸的受壓高度
── 軸的許用擠壓應(yīng)力
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，
初定聯(lián)結(jié)軸的受壓高度為
因此
∴聯(lián)結(jié)軸滿足聯(lián)結(jié)的強(qiáng)度要求
3.5 選定軸承并加以校核
對(duì)緩慢擺動(dòng)或低速旋轉(zhuǎn)的軸承，應(yīng)分別計(jì)算額定動(dòng)載荷和額定靜載荷，然后根據(jù)條件選擇軸承。
3.5.1基本額定動(dòng)載荷的計(jì)算
⑩
式中 ── 基本額定動(dòng)載荷計(jì)算值
── 當(dāng)量動(dòng)載荷
── 壽命系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)定軸承使用壽命為，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)取=1.815
── 速度系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取=1.435
── 力矩載荷因數(shù)，力矩載荷較小時(shí)=1.5；
力矩載荷較大時(shí)=2；取=1.5
── 沖擊載荷因數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取=1.0
── 溫度因數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取=1.0
── 軸承尺寸及性能表中所列徑向基本額定動(dòng)載荷
當(dāng)量動(dòng)載荷的計(jì)算
式中 ── 沖擊載荷系數(shù)，取=1.8
── 徑向載荷，取
── 軸向載荷，=0
── 徑向動(dòng)載荷系數(shù)，取=0.4
── 軸向動(dòng)載荷系數(shù)，取=0
∴
將各數(shù)據(jù)代入⑩式
∴
3.5.2基本額定靜載荷的計(jì)算
當(dāng)量靜載荷：
}兩式中取大值
式中 ── 徑向靜載荷系數(shù)，
── 軸向靜載荷系數(shù)，
── 徑向載荷，取
── 軸向載荷，=0
∴
按額定靜載荷選擇軸承，其基本公式為：
式中 ── 基本額定靜載荷，N；
── 徑向基本額定靜載荷，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，
取N；
── 當(dāng)量靜載荷，N；
── 安全系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取
∴ 滿足靜載荷強(qiáng)度要求
針對(duì)小車(chē)的負(fù)載情況，選用單列圓錐滾子軸承作為支撐體，可以承受以徑向載荷為主，徑向較大而軸向稍小的載荷，具有較好的支撐剛度和旋轉(zhuǎn)精度。
3.5.3初選軸承型號(hào)：30316
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，
校核軸承壽命
查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，軸徑，運(yùn)動(dòng)速度
3.5.4軸承壽命校核
∴
∴ 軸承滿足強(qiáng)度要求
4 軌道的設(shè)計(jì)計(jì)算
軌道要承載樁機(jī)的全部載荷，包括樁機(jī)自重和附加配重，是保證樁機(jī)正常定向運(yùn)動(dòng)的支撐零件。靜壓樁機(jī)的軌道通常采用P型鐵路鋼軌。為了保證機(jī)身的穩(wěn)定，可增大與基礎(chǔ)的接觸面積。鋼軌的底部采用具有一定寬度的平板；為了提高軌道的抗彎強(qiáng)度，軌道截面多采用T字型；鋼管的頂部設(shè)計(jì)成凸?fàn)畹摹?
為了確定鋼軌的型號(hào)以及基礎(chǔ)設(shè)計(jì)的進(jìn)行，必需計(jì)算出鋼軌對(duì)基礎(chǔ)的最大比壓和鋼軌的最大彎矩。
4.1 鋼軌的計(jì)算設(shè)計(jì)
（1） 鋼軌對(duì)基礎(chǔ)的最大比壓
式中 ── 最大輪壓，；
── 計(jì)算長(zhǎng)度，；
式中 ── 鋼軌的剛度，
── 軌道的底面寬度，
── 由基礎(chǔ)的材料決定，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，取=10
∴
∴
（2） 鋼軌的最大彎矩
∴
P型鐵路鋼軌已經(jīng)標(biāo)準(zhǔn)化，根據(jù)設(shè)計(jì)計(jì)算選用型
圖 11： 型鐵路鋼軌截面
4.2 鐵路鋼軌的參數(shù)
表4 鐵路鋼軌基本尺寸（）
軌道型號(hào)
備注
107
13
51
92
26.13
53.05
53.95
23.28
300
表 5 鐵路鋼軌計(jì)算數(shù)據(jù)
軌道型號(hào)
截面面積
慣性矩
質(zhì)量
31.24
486
80.46
24.46
5 球頭螺栓強(qiáng)度校核
球頭的蓋板與頂座之間采用8個(gè)的螺栓連接，螺栓的材料選用鋼，性能等級(jí)為10.9級(jí)。在外力作用下，聯(lián)結(jié)件和被聯(lián)結(jié)的構(gòu)件之間，必將在接觸面上互相壓緊，于是擠壓應(yīng)力相應(yīng)的強(qiáng)度條件是：
式中 ———— 材料的許用擠壓應(yīng)力
圖12 球頭受力圖
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)，確定各個(gè)數(shù)值：
, 查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
P=1437 KN
∴
∴ 球頭的強(qiáng)度滿足要求
6 螺栓螺紋部分的強(qiáng)度校核
式中 ── 螺紋小徑
── 螺栓的個(gè)數(shù)
── 緊聯(lián)結(jié)螺栓的許用拉應(yīng)力
∴
∴ 球頭螺栓連接的強(qiáng)度滿足要求
7 液壓缸耳套的連接部分設(shè)計(jì)
液壓缸連接耳套采用對(duì)稱結(jié)構(gòu)，與液壓缸用銷軸方式連接
圖 13： 液壓缸連接耳套示意圖
液壓缸耳套孔
采用基軸制配合，銷軸直徑
銷軸受到的最大剪切力
故選用鋼，調(diào)質(zhì)處理，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)，
剪切應(yīng)力的強(qiáng)度校核條件：
∴ 采用銷軸滿足剪切安全強(qiáng)度
8 小車(chē)構(gòu)架的焊接校核
小車(chē)構(gòu)架是小批量生產(chǎn)的，如果毛坯采用鑄造方式，在總成本中制模費(fèi)將會(huì)占去很大一部分，而采用焊接毛坯則相對(duì)比較經(jīng)濟(jì)，能大大節(jié)約成本。由于受鑄造工藝的限制，鑄件的最小壁厚常常超過(guò)強(qiáng)度和剛度的需要。改用焊接毛坯就可采用較小的壁厚，毛坯重量也可以降低30%。這對(duì)大型的工程機(jī)械來(lái)說(shuō)非常重要。
靜壓樁機(jī)的小車(chē)構(gòu)架焊接均采用端焊縫類型，端焊縫在受力時(shí)的應(yīng)力情況十分復(fù)雜，在焊縫三角形的垂直平面上有正應(yīng)力、水平平面上有切應(yīng)力，同時(shí)還存在其它應(yīng)力（如彎曲應(yīng)力等等），實(shí)驗(yàn)表明，在靜載荷作用下，焊縫的破裂多沿與載荷方向成的斜面，所以就用這個(gè)截面作為計(jì)算截面，截面上的應(yīng)力稱為條件應(yīng)力，應(yīng)小于其許用值。因此焊縫的強(qiáng)度條件為：
式中 ── 熔積金屬的許用條件應(yīng)力，查機(jī)械手冊(cè)，
取
── 焊縫的強(qiáng)度，查機(jī)械手冊(cè)，取
── 焊縫的長(zhǎng)度，查機(jī)械手冊(cè)，取
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)確定各個(gè)數(shù)值
∴ 小車(chē)構(gòu)架的焊接滿足強(qiáng)度要求。
參考文獻(xiàn)：
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