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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)
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 小車組件的計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2 小車車輪的計(jì)算與校核 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.1 小車車輪的載荷計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 25
3.2.2 車輪接觸強(qiáng)度校核 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.3 小車軸的設(shè)計(jì)計(jì)算 . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . . 26
3.4 小車聯(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)行越來越嚴(yán)格的限制，靜壓樁機(jī)必將越來越受到市場(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)?？v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、方便地通過縱向移動(dòng)機(jī)構(gòu)和橫向移動(dòng)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)來實(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
摩擦阻力包括車輪的滾動(dòng)摩擦阻力、車輪軸承中的摩擦阻力、以及車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)車輪上，當(dāng)車沿著軌道滾動(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)車輪在驅(qū)動(dòng)力矩的作用下開始轉(zhuǎn)動(dòng)，由于車輪軌道的微小變形，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)車輪由平衡條件有：
=
=
=
∴ T = + = +
∵ = = ①
車輪輪緣與軌道側(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)
─── 車輪滾動(dòng)阻力系數(shù)，查機(jī)械設(shè)計(jì)手冊(cè)
─── 小車車輪的直徑
─── 小車軸徑
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，車輪軸為滾子軸承
= 0.003，軌道為鋼軌，平頭，車輪為鋼材料
= 0.3
= 0.15
= 1.3，有車轅的柱面車輪，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運(yùn)動(dòng)時(shí)起動(dòng)慣性阻力，按下式計(jì)算：
= ⑤
式中 ─— 小車運(yùn)行速度 V = 2.8 = 0.047
─— 小車起動(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 小車組件的計(jì)算
靜壓打樁機(jī)的行走，由四只小車提供支撐力。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。因此，小車的受力按下式進(jìn)行計(jì)算：
車
式中 ── 樁機(jī)正常工作時(shí)，小車的最大受力
── 樁機(jī)正常工作時(shí)，小車的最小受力
由設(shè)計(jì)數(shù)據(jù)確定、的值
將以上各值代入上式得：
車
3.2小車車輪的計(jì)算與校核
小車車輪屬于靜壓樁機(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輪。通常情況下，車輪輪緣的高度約為20~25，且輪緣具有一定的傾斜，一般情況下斜度為1：5。車輪的強(qiáng)度按車輪輪面接觸強(qiáng)度來計(jì)算，車輪的接觸強(qiáng)度與它的材料、軌道接觸情況、車輪踏面等因素有關(guān)。為了計(jì)算車輪的接觸應(yīng)力，需要先計(jì)算出車輪的載荷
3.2.1 小車車輪的載荷計(jì)算
其中 車
車
∴
3.2.2 車輪接觸強(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：
∴ 車輪滿足強(qiáng)度要求
3.3 小車軸的設(shè)計(jì)計(jì)算
靜壓樁機(jī)的行走小車均采用兩根聯(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 小車聯(lián)結(jié)軸的校核
小車聯(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 小車構(gòu)架的焊接校核
小車構(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)械來說非常重要。
靜壓樁機(jī)的小車構(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
∴ 小車構(gòu)架的焊接滿足強(qiáng)度要求。
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