旋挖钻机牙嵌式钻杆啮合动力学分析(2)
1.2.1 国产旋挖钻机技术状况 7
1.2.2国际先进旋挖钻机技术水平 7
1.3课题研究的内容、意义和方法8
第二章 旋挖钻机钻杆的结构分析及工作原理说明 9
2.1 旋挖钻机钻杆的分类9
2.2 旋挖钻机牙嵌式钻杆的结构和工作原理 11
2.3 机锁式加压钻杆常见故障 14
2.4 本章小结 14
第三章 运动学方程建立、计算、分析16
3.1 动力学方程分析的依据 16
3.1.1 系统动力学分析论述16
3.1.2 有限单元法概论16
3.1.3 梁的弯曲振动模型17
3.1.4 弯曲梁单元的有限元建模原理18
3.1.5 拉格朗日方程19
3.1.6 梁单元的动力学方程19
3.2旋挖钻机钻杆动力学模型建立21
3.2.1 SLB 型机锁式钻杆的技术参数21
3.2.2 SR 250 系列旋挖钻机的常见性能指标 21
3.3 五种工况的确定22
3.3.1工况1下钻杆动力学基本方程的建立23
3.4本章小结 26
第四章 结论27
致谢 28
参考文献 29
第一章 前言
1.1 课题背景
1.1.1 旋挖钻机的简介
进入二十一世纪以后，全球经济一体化进程加快，经济得以高速发展，全球基础设施建设进入高峰期，建筑桩基施工需求量大增，传统的人工打桩方法已经不能满足施工要求，人工打桩，效率低，打桩慢，在成孔质量也打不到要求，还需要大量的人力。旋挖钻机就不一样了，它施工效率高，成孔精度高，大大解放了人力，完全适应市场需求。当下，旋挖钻机已经是现场混凝土钻孔成桩作业的主要机械。旋挖钻机在不同硬度的土质状况下都能作业。其中，采用机锁式钻杆和大扭转力矩的旋挖钻机，可以进行硬岩石层的施工。
旋挖钻机分为大 中 小型，大型旋挖钻机一般采用履带专业地盘，，这种地盘一般配置了大功率马达，输出转矩大，移动灵活，机动性高。国际最大的旋挖钻机钻孔直径能达到4米，深度可以达到140米，最大转矩800kNm。
1.1.2 旋挖钻机关键部件结构及特点
（1）承载底盘
国外旋挖钻机起步较早，经过几十年的研究和改进，功能不断完善，结构部件越来越合理。底盘是旋挖钻机上一个重要结构。旋挖钻机属于重型机械类型，它工作时重量可达80吨。汽车底盘、履带式起重机底盘等设计时候没有兼顾到旋挖钻机的特点，施工时达不到稳定等技术要求。比如说80年代，国外有些厂家采用汽车底盘。它们是在重型汽车底盘基础上研制的，施工作业时要打开支撑架，再比如说步履式底盘，这种底盘稳定性很好，但是运输过程中过于麻烦，注意事项多，耽误时间。目前我们最常见的是履带式专用底盘，它设计合理、外观漂亮、但造价较高。（如图1.1）
履带式专用底盘
履带式底盘在机动性方面，可以得到保证，在泥泞的地面上，常规的轮式底盘旋挖钻机移动都很困难，更别提机动性了，所以目前大多数旋挖钻机都采用履带式专用底盘。
（2）钻杆、钻具
钻杆和钻具是旋挖钻机的非常重要的两个部件，根据旋挖钻机要施工的土质，和钻孔质量要求，可以有多种选择，钻杆分为摩阻式和机锁式两种，现在又出现了第三种钻杆叫组合杆，顾名思义就是将摩阻式钻杆和机锁式钻杆组合在一起，组合式钻杆适合于上软下硬的地质施工。摩阻式钻杆钻进时，下压力是依靠钻杆自身重力提供的，所以说，土层太坚硬的话，摩阻式钻杆就无法使用了。这时就需要可以通过钻杆提供下压力的机锁式钻杆了，所以说各有各的用处。旋挖钻机在钻孔作业时，会遇到不同的地质情况。地质层的硬度从硬到软排列如下：基岩层、微风化岩层、中风化岩层、强风化岩层、全风化岩层、卵（漂）石层、泥土砂层、淤泥层。常用的有三种钻杆：磨阻式、机锁式和组合式。它们是根据不同的施工点地层设计出来的，磨阻式钻杆在软土层（淤泥层、泥土砂层、卵（漂）石层）钻进时，施工效率较高。钻具（也就是钻头）的种类也很多，例如有螺旋钻头，螺旋钻头又分为2种：一种是小直径长螺旋，一种是大直径短螺旋钻头，还有不同作用的钻斗可以实现扩孔，钻岩等等功能，未来还会有更多更新功能的钻具出现。
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