大直径桩基础工程成孔钻具设计摘要下，要有定的防腐蚀能力，这就要求合理的选择材料。轴的材料主要是碳钢和合金钢。钢轴的毛坯多数是用轧制圆钢和锻件，有的则直接用圆钢。合金钢比碳钢具有更高的机械性能和更好的淬火性能。因此，在传递大动力，并要求减小尺寸与质量，提高轴颈的耐磨性，以及处于高温或低温条件下工作的轴，常采用合金钢。选择的材料为调质钢。.主轴的结构设计轴的结构设计包括定出轴的合理外形和全部结构尺寸。轴的结构主要取决于以下因素轴在机器中的安装位置及形式轴上安装的零件的类型尺寸数量以及和轴联接的方法载荷的性质大小方向及分布情况轴的加工工艺等。其主要考虑的问题如下定轴上零件的装配方案拟定轴上零件的装配方案是进行轴的结构设计的前提，它决定着轴的基本形式。由于钻具的外形特点为圆筒形，这样就存在三种装配方案种是零件在主轴从上到下进行装配种是零件在主轴上从下到上进行装配还有种是零件从主轴两端进行装配。分析可知，前两种装配方案对加工精度和装配工艺要求很高，且存在主轴在个方向上存在过多阶梯的情况，影响轴的强度。最后种装配方案能从主轴的两端分别进行装配，轴的径向尺寸变化不大，这对轴的结构将大大简化，提高了轴的强度。根据以上分析，选择零件从主轴上两端进行装配的方案。二轴上零件的定位为了防止轴上零件受力时发生沿轴向或周向的相对运动，轴上零件除了有游动或空转的要求者外，都必须进行轴向和周向定位，以保证其准确的工作位置。.零件的轴向定位轴上零件的轴向定位是以轴肩套筒圆螺母轴端挡圈和轴承端盖来保证的。对钻具来说，其工作时受到的轴向力很大，且变化较大。这样安装其上的齿轮将用轴肩来进行定位。由资料得，定位轴肩的高度，其中为与零件相配处轴径尺寸。对下端太阳轮的轴肩高度.，取。上端中心传动齿轮处.,取。其上装有三个滚动轴承，对于滚动轴承的定位，其定位轴肩高度必须低于轴承内圈端面的高度，以便拆卸方便。但考虑到对行星架中的滚动轴承，可以将其装配精度定位过渡配合，且离上轴端很近，不设立轴肩，用套筒来定位。套筒结构简单，定位可靠，最重要的是轴上不需开键槽钻孔和切制螺纹，不影响轴的疲劳强度。虽然套筒与轴的配合较松，但轴的转速较低，只有，能满足设计要求。下端的最后固定部位采用焊接方法来实现。由于轴上轴向力变化较大，钻筒上盖出口用两个角接触球轴承来满足其要求，用轴端盖来定其轴向间隙和受力。其最上端用个普通联轴器来实现轴的转动。.零件的周向定位周向定位的目的是限制轴上零件与轴发生相对转动。齿轮联轴器与轴的周向定位均采用平键连接。由手册查得平键截面，为了保证齿轮与轴配合有良好的对中性，故选择齿轮轮毂与轴的配合为联轴器与轴的联结，选用的平键为。滚动轴承与轴的定位是借过渡配合来保证的，其值径尺寸公差为。.主轴的校核进行轴的强度校核计算时，应根据轴的具体受载及应力情况，采用相应的计算方法，并恰当的选其许用应力。分析主轴的载荷分布情况可知，下端太阳轮的中间剖面的计算弯矩最大，是轴的危险截面。轴在工作是既承受弯矩又承受扭矩，则应按弯扭合成强度条件进行计算。进行校核时，通常只校核轴上承受最大计算弯矩的截面的强度。计算的数值如下载荷水平面垂直面支反力弯矩,总弯矩扭矩计算弯矩可得前已选定轴的材料为调质钢，查得，因此，故安全。第章泥浆循环系统的设计转盘式钻机的出渣形式有反循环出渣方法与正循环出渣方法。对于直径较大的桩以及支承桩，绝大多数采用反循环出渣方法。对于正循环的施工原理。在钻孔的同时，泥浆泵将泥浆打入空心钻杆内，从钻头出浆口冲出的泥浆，由于密度与粘性较大，带动钻头切削下的泥屑碎石，顺着孔向上浮起。溢出孔口后流入渣池。泥浆沉淀后，清泥浆重新被打入孔中。这样边钻进边出渣。正循环由于泥浆密度大出渣时间长以及清基底较困难，除去小摩擦桩目前仍然采用此种型式，大桩及支承桩不再采用这种方式。泵吸反循环施工原理。先在桩位上插入比桩径大的钢护筒，护筒的顶面标高至少应比最高地下水位高出。钻机水龙头出口与砂石泵由橡胶软管联在起，同时与砂石泵组装在起的还有真空泵。钻孔时，真空泵先启动，通过软管将孔内的泥浆吸出水龙头，顺着吸渣软管到达砂石泵内，砂石泵启动后，孔内的泥浆与钻渣从空心钻杆内被吸出，送入沉渣池，稀浆流入孔内，这样的循环方式称为泵吸反循环。泵吸反循环由于受到真空度的制约，般的钻孔深度约为，深度大于的钻孔桩，则应采用气举反循环的方式排渣。气举反循环排渣的工作原理。在钻进过程中，空压机将高压空气通过钻杆中的空气通道送到钻头上部的风包并向钻杆内喷出。当气体与泥浆混合后，混合体的密度大大降低，从而迅速从钻杆中心孔中上升，使风包下部形成真空，于是便将钻渣吸上来，并随着气浆混合体从水龙头处排出。当钻孔深度超过，般.风压的空压机产生的风压无法有效冲入钻杆，排渣能力下降，此时可改为使用中间风包出气。中间风包般放在孔深处左右，比较几种排渣方法的排渣效率可知，采用气举反循环，孔深在处排渣的效率仍然良好，而泵吸反循环排渣，在孔深处就十分困难了。因此，施工中对浅孔往往采用泵吸反循环，而对深孔则采用气举反循环。泥浆循环系统的主要作用是利用泥浆作为载体进行排渣另个重要的作用是具有较好的护壁作用，可以减少甚至完全阻止孔内外的渗漏，因此又具有稳定水头的作用。施工中对泥浆的要求较高，泥浆的好坏对成孔的质量以及桩的质量都有重要的影响。泥浆般有纯硼润土泥浆与硼润土黄泥混合泥浆。在泥浆中加入定比例的纯碱或碳酸氢纳和纤维素如，可以大大地提升孔壁的稳定性。高质量的泥浆主要用于支承桩，对般摩擦桩，则多采用混合泥浆或黄土泥浆。本钻具采用气举反循环排渣。选用空气压缩机要考虑两个指标风量与风压。风量的大小决定排渣管内泥浆的上返速度，施工中推荐的上返速度为，按此速度计算的风量为.,式中，为风量为钻杆内径为上升速度。按钻进深度选用空压机的风压可按下式计算大直径桩基础工程成孔钻具设计摘要直径,桩基础,工程,成孔钻具,设计,毕业设计,全套,图纸第章前言长期以来，桥梁港口码头水工和工民建筑物的基础工程，在.米以上.米以下常规直径桩基础成孔施工中，广泛使用冲击钻和回旋钻两种基本钻型，以及泥浆护壁正循环排渣方法施工。随着国内外桩基础工程机械的研究开发，为了适应各种工程地质条件施工，提高成孔施工效率，降低设备投入量和适应大直径桩基成孔需要，目前在传统的冲击钻和回旋钻的基础上，已生产出了如重型冲击钻连杆冲击反循环钻套管钻机潜孔冲击锤潜水回旋钻回转斗钻短螺旋钻和扩底钻头等施工机械设备，大部分产品实现了反循环排渣，明显地提高了成孔施工效率，般岩层成孔直径可达到.米左右，进口设备成孔直径已可达米。其中结构简单的国产重型冲击钻成孔直径也可达.米。但是仍然存在着种种不适应施工需要的问题，主要是普通回旋成孔钻，对工程地质条件变化的适应性差，特别是不适应大砾石地质和无风化硬岩层成孔，地质适应范围受限。般冲击钻虽然地质适应性好，但施工效率显低，同时大直径的重型冲击锤自旋性差，成孔失圆度大。设备和钻具通用和互换性差，即种设备只能配套相应钻具。种规格的钻具，只能适用于相应直径的成孔。国内大直径的钻具设备研发，少有研究采用新的运动原理和结构，般只能采取加大直径，增加配套功率和扭矩，以及选用高硬刃具材料等办法，因而有趋向高功率配置和笨重方向发展的趋势，不仅固有的弱点问题没有解决，而且又更加大了施工设备投资，影响工程建设效益。如湖南省道线周家店至常德公路改建工程，在柳叶湖大桥四根.米直径桩基础施工中，由于施工成本的原因，第个枯水施工季节，没有进场大直径成孔设备，施工单位采取沉井明挖法施工失败。在第二个枯水施工季节，终于以多万的价格，新购置到重型冲击钻机设备，开始进行返工施工。韶关产冲击锤重达吨，配套设备均是个别设计生产，使用直径.公分钢丝绳。由于锤重绳粗，常规的设备匹配和连接方式，在这“重型”面前显得非常脆弱，出现了每两个工作班必须更换连接，每次需三小时，每个工作班，损坏次导轮或轴，每次更换需时间天的情况，另外桩基出现了严重的孔壁失圆现象，明显地影响了工程质量进度和效率。适应桩基础沉井护壁不排水施工的设备缺乏。而不排水施工可避免发生沉井严重偏位沉井滞留和井口沉陷以及下沉缓慢等诸多问题。各项工程基础的施工进度往往是影响整个项目建设工期的关键，其造价也是影响项目投资的主要不定因素。鉴于以上情况，为适应各类建筑工程材料设计和施工技术的发展需要，如何从钻孔桩基础施工成孔设备着手，综合冲击钻和回旋钻两种基本钻型成孔原理的优点，研究开发出新型成孔钻具，以解决桩基工程施工，要求快速高效稳定可靠广泛适用和适应超大直径方向发展的问题，是长期以来国内外业内人士不乏探索的命题。第章概述在桩基工程施工中大量使用的冲击钻和回旋钻，它们工作状态的个共同特点，是切削刀刃与孔壁和孔底保持整体的或线或面的接触，摩擦阻力大，切削相对速度低，能量分散，分布不合理，无效功耗大，效率低。如果单个刃具能实现如下图所示的平面单迹线星形运动，并同时具有径向旋削软散颗粒，轴向冲击破碎整体岩石的功能。则数个小直径的刃具也将会产生高效率的复合运动和作用，由若干连续点的运动，形成连续的曲线运动，若干曲线的运动，使施工面呈周边包络线为圆形的细密网状曲面，实现钻具逐层从上至下的整体成孔运动。本课题设计源于年以来件孩童游戏工具，因其游戏时规则均匀的迹线运动如右图所示，令人眼花的组合变化，激起了我的思考和对生产及生活现象的观察。星形运动的钻具主要由钻架动力轴齿轮组钻杆钻头组成。其特征在于钻架由外支架圈和斜支杆组成，动力轴是中空的圆管，位于钻架的中心轴线上，与支架用轴承连接，在外支架圈内，有齿轮组，齿轮组由个中心齿轮三个行星齿轮齿轮圈和托盘组成，中心齿轮用键固定在动力轴上，大小相同的个行星齿轮均匀分布在中心齿轮周围，行星齿轮与中心齿轮和齿轮圈上段的内齿同时啮合，齿轮圈与外支架圈固定在起，齿轮圈内圆周的下段为光滑的圆柱面，与托盘外圆周动配合，托盘为侧面光滑的圆盘，其上有个与行星齿轮相对应的个行星孔，行星孔内为齿轮圈，每个行星轮外侧周边的下部用轴承均匀固定着个或若干个钻杆，钻杆的下端安装有钻头刃具，钻杆的中部用键固定有被动转动齿轮，此转动齿轮与托盘上的行星孔的内齿相啮合，齿轮圈上部和下部都有内沿，上部内沿的表面和行星齿轮上沿的下表面接触，下部内沿的表面和行星齿轮下沿的上表面接触。第章设计中要考虑的问题和方案采用弹簧蓄能，增强间歇锤的冲击破石能效。由于该机械间歇锤难能产生高频大幅的冲击运动，每次冲击破石也不在固定点，而对于脆性的岩石面的破碎，也数首次的冲击破碎效果最佳，所以必须保证每次冲击的能量足够大。如采取加大锤重和行程的办法，则钻具空间有限，冲击频率会更降低，也与轻型化设计要求不相适应，仅自由落体能量是远远不够的。解决方案可采用加簧的蓄能锤，从而有效保证钻具的破石能力。解决冲击碎石功能的第二种方法。冲击碎石能量的输入传递和转换的问题，这是个涉及本钻具是否有实用价值的关键问题。为了提高刃具在大粒径砾石层和岩石层等特殊地质条件的成渣能力，加强刃具冲击碎石能量的输入传递和转换，是解决问题的关键。为此还可采取“气动力冲击盘锤”的概念解决。即利用星动齿轮组以上钻架圈以内的空间，在上钻架圈设置“气动力缸”，在三个星形轮钻杆群上，再设置联体的“冲击动盘”,汽缸与动盘体间弹性且滑动约束。压缩空气驱动“气动缸”使“冲击动盘”往复连动,其能量通过“冲击动盘”向其下面的钻杆群传递和作用，以提高和强化冲击碎石的频率和能量，从而充分发挥刃具复合运动扭掰撬削等效应的作用，确保“星动钻具”适应硬岩地质条件的成孔能力。气动冲击的排气可作为气举排渣动力的利用和补充。为有利于成孔垂直度的控制，根据需要星形齿轮及托盘可采取适宜的圆锥形布置设计，但将会加大机械设计和加工的难度。另外，主轴排渣管的端头要求能安装绞削式刃具或小径牙轮中心钻头，以适应在不同地质条件下，有利于稳定成孔中心位置和控制钻进面均衡程度。配套采购标准部件，以减少设计和生产的工作量以及投入。如Ⅱ型结构中的“万向传动结”，可采