0037-新型電動釬探機設計【全套17張CAD圖+文獻翻譯+說明書】

0037-新型電動釬探機設計【全套17張CAD圖+文獻翻譯+說明書】,全套17張CAD圖+文獻翻譯+說明書,新型,電動,釬探機,設計,全套,17,cad,文獻,翻譯,說明書,仿單 開題報告 課題 名稱 新型電動釬探機設計 一 、論文資料的準備 1、使用釬探機的目的、意義 按照我國建筑規(guī)范，絕大部分建筑工程基礎土方開挖后都要對槽底地質進行勘探，一般稱釬探，以確定基礎下一定深度內地質的均勻度，看是否有局部過硬或過軟的地質情況，以便于地基處理。現(xiàn)在一般施行人工釬探，實際操作時，由至少兩個人一組，一人扶鋼釬，另一人雙手托起10公斤的釬錘抬高約50公分后，使之自由落下錘擊鋼釬，然后再重復上述動作，一般每隔30公分計錄一次捶擊次數(shù)。每個點釬完后須人力用撬扛等將鋼釬撬起退出，最后通過比較每個釬探點的捶擊次數(shù)來判斷地質的軟硬程度和均勻程度。人力釬探存在勞動強度高、工效低、人為誤差大的缺點，經常出現(xiàn)人力偷懶、作弊，使得釬探數(shù)據不可靠。尤其是大型、較大型工程，一個工程下來人工釬探點就得有數(shù)千甚至上萬個，每個點捶擊次數(shù)在數(shù)百次以上，非人海戰(zhàn)術不行。雖然以前有人發(fā)明過釬探機專利，如申請?zhí)?6241810（自動釬探機），93208202（氣動釬探機），93230875（地基釬探機），但其多采用電磁錘、氣動錘、彈簧儲能錘等工作原理，結構較為復雜，實用性差，一直沒有產業(yè)化。目前市場上還沒有發(fā)現(xiàn)理想的能夠代替人力釬探的機械。隨著人力成本的逐漸增高，從經濟角度和節(jié)省人力考慮，開發(fā)和使用機械化的釬探方式勢在必行，本設計正是適應了這種市場需求。 2、人工釬探的缺點： 釬探驗槽是建筑施工必不可少的一項地基檢測工作，以往一般采用人工釬探的方式進行，但是人工釬探存在費用高、速度慢、不標準、力量不均等諸多弊端，且多數(shù)工人往往應付了事，起不到應有的效果。 3、全自動釬探機優(yōu)點： 全自動地基釬探機是建筑施工驗槽專用，是替代人工打釬的思想專用設備，結束了人工釬探的歷史，并且符合國家“輕便觸探規(guī)范”要求，可精確測定地基載力，質的均勻性、地下洞的功能等。 全自動釬探機最大的優(yōu)點是智能測定數(shù)據精確度高，錘重一定，錘頭自然下落，無其他人為因素。它設計構思新穎，體積小，重量輕，結構緊湊，運輸方便，移機快捷，安全可靠，便于維修，操作簡單，一看便會。省人省力（一人 可操作多臺），采用單相電源，工作效率是人工打釬的五倍以上，可節(jié)省大量的人力物力及所需費用，有效縮短工期。 4、全自動釬探機遙市場前景： 1）、一般建筑工程隊自備1-3臺機器，可滿足承攬工程的需要； 2）、通過購買機器組成專業(yè)的釬探施工隊，專門承攬釬探工程，這種模式將很有發(fā)展前途。 廣大建筑單位可以購買自己使用，也可購買后自行辦理出租業(yè)務。 小型建筑施工電動釬探機，包括底架、釬桿、立柱、釬錘、傳動裝置、提升裝置、行走裝置及相關電路，其特征在于底架上固聯(lián)有兩立柱，兩立柱內設置有移動框架、釬錘，移動框架上安裝有傳動裝置、頂架，頂架上設置有提升裝置，底架活動聯(lián)接有行走裝置。 基底釬探就是基礎開挖達到設計承載力土層后，對基底下面檢查是否存在墓穴、坑洞等現(xiàn)象，一般釬探采用25鋼筋做成1.5米左右高的釬子，從基坑內部按照一定的距離（1米左右或者根據實際情況確定）依次釬探，具體方法：用錘子自由落下捶擊釬子頂部，每個點自由落錘30次，然后記錄捶擊每次釬子沉入土中的深度，如果每次沉入度都比較正常數(shù)值懸殊不大，就說明基底比較正常。一般情況下，在基槽驗收時，勘探單位會根據土質情況要求做不做釬探。 地基釬探機是一種建筑釬探用的電動機械設備，它主要由電磁錘、控制器、鎖釬器、拔釬器、小車及鋼釬等組成。打擊功恒定，能自動記錄打錘次數(shù)，從設備上保證了釬探作業(yè)的準確性，可為設計施工提供可靠依據，也可用于評價地質承載力。它還具有靈活方便、操作簡單、可減輕工人勞動強度、提高工作效率等優(yōu)點，改變了釬探作業(yè)的落后狀態(tài)。 二、本課題的目的（重點及創(chuàng)新點） 畢業(yè)設計是工科大學生完成學業(yè)中最重要的實踐環(huán)節(jié)，是將在大學學到的理論知識系統(tǒng)化、條理化、實用化最關鍵的一環(huán)。通過本畢業(yè)設計培養(yǎng)學生綜合運用所學的基礎理論、專業(yè)知識和基本技能，提高分析與解決實際問題的能力、較復雜工程計算的工作能力、計算機繪圖與手工繪畫相結合的工程圖繪制能力。掌握一般機械機構的設計思路、方法和步驟，掌握常用工程材料的性能和選配能力，盡快完成學生到工程技術人員的過渡。 通過對新型電動釬探機的總體設計以及機械系統(tǒng)、電力系統(tǒng)的設計，對新型電動釬探機的工作原理、傳動機構等進行掌握、理解。使其滿足工作職能要求來完成新型電動釬探機各部分的設計。在滿足操作簡便、安全、外觀、經濟上的要求的情況下，做到和生產實際相結合，不要做沒用又耗費大的產品。 重點：本課題分兩個部分：新型電動釬探機的總體設計和電力系統(tǒng)設計。 該機構主要由探桿、電磁錘頭、計數(shù)裝置、控制裝置、探桿起拔裝置等組成。 對總體設計需對新型電動釬探機的工作原理、各機構之間關系、各零、部件組成及關系進行掌握。 創(chuàng)新點：新型電動釬探機主要由機械系統(tǒng)、電力系統(tǒng)兩大部分組成。本釬探機以電力為動力裝置，相對傳統(tǒng)的釬探機更符合節(jié)約人力、人性化作業(yè)的觀點，而且其自動化程度要有所提高，而且能耗小，效率高，并且操作方便。 三、主要內容、研究方法、研究思路 釬探機的設計主要包括總體設計、機械系統(tǒng)的設計和電力系統(tǒng)的設計。 本設計是原有釬探設備的替代產品，主要由探桿、電磁錘頭、計數(shù)裝置、控制裝置、探桿起拔裝置等組成。 （1）、根據工作要求及設計要求確定其工作原理，選擇機構和傳動方式。 1. 由工作原理確定新型電動釬探機的基本構成和總體布局，主要零、部件的基本結構形式； 2. 新型電動釬探機的機械系統(tǒng)和電力系統(tǒng)各采用何種傳動方式； （2）、初步確定主機、主要元件或構件的基本參數(shù)和技術性能，如功率、承載、速度、行程或調節(jié)幅度、外形尺寸等。在運動分析的基礎上進行動力分析，確定各機構各部分傳遞的功率、轉矩和力的大小，根據這些數(shù)據和使用要求進行強度、剛度、發(fā)熱效率等 方面的計算或校核。 （3）、通常提出幾種不同方案，從技術和設計兩個方面比較論證，選擇最理想的，即在考慮滿足職能要求的同時，要注意取得較好的經濟效果，使設計出的裝備成本低，功率消耗 及維修費用少，能滿足給定的生產效率。 （4）、系列標準及選用，焊接操作機的零件有良好的加工工藝性能，合理選用原材料，盡量采用標準化的零部件。 五、主要參考文獻 【1】董剛 李建功 潘鳳章主編.機械設計（第三版）北京：機械工業(yè)出版社1998 【2】成大先主編.機械設計圖冊 北京：化學工業(yè)出版社 1997 【3】蔡春源主編. 機電液設計手冊 北京：機械工業(yè)出版社 1997 【4】徐灝主編.新編機械設計師手冊 北京：機械工業(yè)出版社1995 【5】朱喜林 張代治主編.機電一體化設計基礎 北京：科學出版社 2004 【6】求是科技編著.PLC應用開發(fā)技術與工程實踐 北京：人民郵電出版社 2005 【7】雷天覺主編.液壓工程手冊 北京：機械工程出版社 1990 【8】孫桓 陳作模主編.機械原理（第六版）北京：高等教育出版社 2001 【9】王愛玲主編.現(xiàn)代數(shù)控機床 北京：國防工業(yè)出版社 2003 【10】趙如福主編.金屬機械加工人員手冊（第三版） 上?？茖W技術出版社 1990 【11】齊麟 張亞雄 黎上威 董學朱 胡松春編著 蝸桿傳動設計（上、下冊）北京：機械工業(yè)出版社 1987 【12】齒輪手冊編委會編著 齒輪手冊（上、下冊） 北京：機械工業(yè)出版社 1990 【13】《現(xiàn)代機械傳動手冊》編委會編著 現(xiàn)代機械傳動手冊 北京：機械工業(yè)出版社 1995 【14】郭愛蓮主編.新編機械工程技術手冊 經濟日報出版社 1991 【15】楊公源主編.機電控制技術及應用 北京：電子工業(yè)出版社 2005 【16】袁任光編著.可編程序控制器選用手冊 北京：機械工業(yè)出版社 2002 【17】饒振綱 王勇衛(wèi)編著.滾珠絲杠副及自鎖裝置 北京：國防工業(yè)出版社 1990 【18】陸玉 何在洲 佟延偉主編.機械設計課程設計（第三版） 北京：機械工業(yè)出版社 1999 【19】數(shù)字化手冊系列（軟件版）編寫委員會編著.機械設計手冊（軟件版）R2.0北京：機械工業(yè)出版社 1999 摘要 按照我國建筑規(guī)范，絕大部分建筑工程基礎土方開挖后都要對槽底地質進行勘探，一般稱釬探，以確定基礎下一定深度內地質的均勻度，看是否有局部過硬或過軟的地質情況，以便于地基處理。以往一般采用人工釬探的方式進行，但是人工釬探存在費用高、速度慢、不標準、力量不均等諸多弊端，且多數(shù)工人往往應付了事，起不到應有的效果。 本設計新型電動釬探機最大的優(yōu)點是設計構思新穎，體積小，重量輕，結構緊湊，錘重一定，錘頭自然下落，無其他人為因素，運輸方便，移機快捷，安全可靠，便于維修，操作簡單，一看便會。采用單相電源，工作效率是人工打釬的五倍以上，可節(jié)省大量的人力物力及所需費用，有效縮短工期。 新型電動釬探機主要有三部分組成：電磁錘、自鎖器與地腳組成。其工作過程如下：用底架把探桿放置穩(wěn)當，并與地面垂直，然后利用錘釬裝置錘擊探桿頭部，錘入一定的深度，并記錄錘擊次數(shù)，最后利用起釬設備把探桿從地下拔起，完成一次釬探工作，然后移動放釬器到下一釬探點接著進行釬探。 關鍵詞： 電動 新型 釬探機 ABSTRACT In accordance with China's building codes, the vast majority of construction projects based on the Turkish side to the bottom after excavation carried out geological exploration, the general said solder detectors, to determine the basis of certain geological, uniformity depth, to see whether there is a local soft or too tough Geological conditions, in order to deal with in the foundation. Ever exploration of the solder used artificial way, but the presence of the high cost of exploration brazing, slow, not standards, unequal power, and many other shortcomings, and the majority of workers often meet up, will not achieve due results. The design of new electrical solder exploration of the biggest advantages is the design of new, small size, light weight, compact, heavy hammer will, hammerhead natural whereabouts, no other human factors, transportation convenient, shift-fast, safe, reliable, easy maintenance , simple operation, one will see. A single-phase power, efficiency is of a more than five times the solder, saving a lot of resources and cost effectively shorten the construction period. Exploration of new electrical solder machine has three main components: the electromagnetic hammer, and with self-locking of the foot. The course of their work are as follows: The chassis-placed to secure exploration and vertical with the ground, and then solder used hammers hammering exploration devices at the head of the hammer to a certain depth, and record the number of hammering, the final use of the equipment from the solder Exploration - Uprooted from the ground, completed a solder exploration work, then move to the next-filler for exploration solder points followed by brazing exploration. KEY WORDS：electromotion new type solder Exploration 目錄 第一章 前言 1 1.1釬探機的常識和技術現(xiàn)狀 1 1.2人工釬探與釬探機的優(yōu)缺點 1 1.3釬探機的市場前景 2 1.4釬探機工作過程和機械構造 3 1.5釬探的工藝標準 4 第二章 總體設計 8 2.1概述 8 2.2設計任務 8 2.3設計目的 9 2.4設計方案選擇 9 2.5設計題目分析及設計思想 10 2.6設計主參數(shù)及機構類型確定 11 第三章 主要部件設計 12 3.1電磁錘設計 12 3.2鎖釬器設計 20 第四章 輔助部件設計 28 4.1底架設計 28 4.2控制系統(tǒng)設計 37 第五章 釬探機的使用 38 5.1釬探機使用前的準備 38 5.2釬探機的使用 38 5.3釬探機的調整 38 參考文獻 39 設計小結 40 附：英文翻譯 英文原文 優(yōu)化設計和有限元分析的核心機 摘要：液動潛孔錘采樣器是一種新型采樣器，它的重要部分是：核心刀具的結構對穿透性和核心修復有重要影響。實驗采用能模擬兩個或多個固體大變形摩擦接觸的商用模擬有限元程序的相互作用。本文用有限元的方法，通過非線性瞬時動態(tài)分析，分析了刀具邊緣形狀、直徑、和邊緣角度對滲透率的影響。仿真結果表明，刀具形狀對滲透率和核心修復有明顯的影響。此外，采樣器的滲透率隨刀具內徑的增加而增加，但隨切割角的增加而降低?；谶@些分析，在大連海灣北部邊緣設計和測試了核心刀的優(yōu)化結構，結果表明，在粉砂粘土中，滲透率大約是16.5 m/h，在粘性土中是l5.4 m/h，而恢復率分別為68 ％和83.3 ％。 關鍵詞：液動潛孔錘采樣器；有限元分析；核心刀-土壤相互作用；優(yōu)化設計 1 介紹 近海采樣技術是非常重要的，可用于海底穩(wěn)定性的巖土評估，將沉積物恢復 可用于氣候研究。但是，中國在這一領域的研究和發(fā)展比較緩慢，大多數(shù)采樣設 備是從其他國家進口的，尤其是遠程控制采樣技術。雖然取得了一些成就，但是需要更好的技術用于大規(guī)模的海洋勘探采樣。 最近，液動潛孔錘采樣器是一種新型的海上采樣器，主要用于下水深小于超過50米情況。采樣核心刀具設計的理論研究已經進行，因為它是這種新采樣器中一個最重要的技術，它的結構和規(guī)模顯然會影響滲透率和核心修復。實驗中，用兩個固體的大變形摩擦接觸模擬的相互作用。使用更新拉格朗日方法模擬滲透率動態(tài)性，解決接觸問題。有限元分析程序應用得到了結果。 2 有限元模型 土壤模仿不斷彈塑性的使用德魯克一普拉格模式的開發(fā)，為了簡單，把采樣器核心刀看作理想的堅硬固體。開始時，土壤和核心刀具的參數(shù)如表1。 在滲透率研究過程中，核心刀具和土壤的交互作用可以用接觸動力學建模，大量轉移問題用增廣拉格朗日方法建模。此法是一種懲罰相結合的方法和拉格朗 日乘數(shù)法并結合雙方的優(yōu)勢。與其他方法相比，增加拉格朗日方法效果更好，對 與堅硬固體的接觸不敏感。我們分別用Target169和Contact171模擬土壤的接觸 面 ，Target169和Contact171可在Ansys9.0元件庫中找到，他們都使用默認值。 核心刀具和土壤接口的摩擦滑動用庫侖摩擦接觸聯(lián)系法模擬。在基本的庫倫摩擦模型中，兩個面互相接觸，在它們開始相對滑動之前，可將接觸面上的切變應力剪應力提高到一個水平。這種狀況被稱為癥結。庫侖摩擦模型定義了一個等效（平衡）剪應力，從等效（平衡）剪應力開始，表面的滑動開始作為摩擦接觸壓力。當超過切變應力，這兩個表面會產生相對滑動。 核心刀外徑為129mm，core cutter在土壤中那部分的長度為0.2m，核心刀的總長度是0.5 m。土壤體積用核心刀在土壤中的深度和外徑衡量，我們的研究中為0.5mX1m。 為了降低電腦成本和數(shù)據處理時間，我們選擇一個軸對稱模型。引入“細網格”對土壤和核心刀建模。選擇第一階四個節(jié)點元素-Plane 42 。Fig.1給出了幾何模型和有限元模型。假設垂直方向沒有位移，水平方向自由運動，在底部表面使用了Roller邊界條件。與之對比的是，在右外側邊界，水平方向沒有位移，垂直方向自由運動。沿中線采用對稱邊界條件，頂部表面建模為自由表面。如圖Fig.1b所示。 通過實驗獲得的液動潛孔錘采樣器大約為近100J，相當于質量為35kg下降30cm的動能。平均沖擊力是通過能量守恒定律和沖量守恒定律計算。 m是錘的質量，h高度，v是錘最后的速度，F(xiàn)是沖力，t是常數(shù)時間（當前使用29ms）。 為了模擬液動潛孔錘采樣器的實際穿透滲透率過程，采樣器使用了沖力。根據文獻，力-時間的關系圖是一個阻尼半正弦波形或正態(tài)分布曲線。 在每個分析中，土壤首先采用重力荷載，在采樣之前建立初始的原位應力狀態(tài)。 3結果與討論 3.1 尖端形狀的影響 采樣器在海底的滲透率取決于可用能量，吊籃直徑，尖端配置和沉淀物屬性?？偟臐B透率是吊籃和端點阻力之間摩擦綜合作用，核心恢復與核心班輪內部的綜合調動摩擦和樣本相關，相對于核心刀前面的內核端-承載力。也就是說，滲透率和核心修復與核心刀的形狀密切相關。 在我們的試驗中，對四種不同類型的尖端形狀進行了分析，闡述有限元程序的使用，深入理解對滲透率和核心修復的影響。尖端形狀如圖Fig.3所示。 有限元方法的計算結果如圖Fig.4所示。Fig.4a顯示了滲透率和時間的關系。從中可以看出，核心刀1的總滲透率約12mm，后面的影響，比核心刀3略多。一般而言，降低尖端會增加內部的沉淀，受到越來越多的向下摩擦阻力。這個摩擦力通過土壤轉移，施加在中心孔徑的橫截面積上，表現(xiàn)為對土壤的垂直壓力，這會導致樣本的壓縮。圖4b顯示樣本壓縮和時間的關系。可以看出，核心刀1的樣本壓縮為3.8mm，而核心刀3為4.7mm，例如，相對核心刀1的樣本，核心刀3縮短了修復的樣本。這也就是說，核心刀1的核心修復高于核心刀3。以下的研究使用核心刀1的尖端形狀。 3.2 核心刀壁厚的影響 保持刀具1外徑為129mm，分析內徑分別為：51，61，71，81，91，101的影響，采用有限元方法。結果如圖Fig.5。滲透率隨壁厚的降低而增加，比如，增加核心刀內徑。但是，減少壁厚也意味著較弱的尖端。尖端要足夠厚，在插入到地面時才能應對彎曲。對于陸上任務，刀具壁厚通常采用15mm到20mm，我的設計使用19毫米。 3.3 尖端角度的影響 保持刀具1外徑129mm，內徑91mm，改變刀具邊緣角的值，研究不同邊緣角的影響。圖Fig.6顯示仿真結果。 隨著邊緣角增加，穿透性急劇下降到一個常數(shù)值。然而，如果過于邊緣角過于尖銳（過?。?，穿透過程中刀具可能損壞。我們設計的邊緣角度是15。 3.4應力分布輪廓圖 Fig.7顯示了采樣器深度0.2米時計算得到的應力輪廓圖。尖端附近徑向應力的最大值約273千帕，應力集中突出的半徑大約4R，R是采樣器的外半徑。下面位，徑向應力從一個高的壓應力迅速下降到一個較低值。尖端下方垂直應力的最大值是291千帕。與徑向應力突出相比，垂直應力突出下降。最大值切變應力是980千帕，位于錐表面。應力集中突出徑向幾乎延伸到邊界。此外，采樣器附近有一個小的范圍，切變應力可以壓縮。 4實驗 采樣器液動潛孔錘采樣器的滲透率和核心修復性能已經在中國大連海灣北部水深11米的水中測試。在第一個往返過程中，采樣器總的滲透率超過2.2米, 8分鐘內核心修復是1.5米。滲透率率約為16.5m/h，總的核心修復率約為68％。粉砂粘土是主要巖性，底部包括0.2-0.3米砂土層，圖Fig.8a。 另一個例子Fig.8是粉砂粘土中。在第一個往返過程中，采樣器的滲透率是90cm,3.5分鐘內核心修復是75cm?？偟臐B透率率約為15.4m/h， 核心修復率為83.3％。 5 結論 本文為海底沉淀物采樣器的滲透率建立模型，因為商用有限元程序能模擬大變形和摩擦接觸，使用它研究核心刀參數(shù)如何影響滲透率。 （1）結果表明，尖端形狀對滲透率和核心修復有重要影響?？紤]四種類型核心刀，刀具1有最好的滲透率和核心修復。滲透率隨壁厚和尖端角度的降低而增加，但是考慮到和核心刀變形之間要取得一個折中。 （2）研究土壤中的應力分布對錘的影響。最大徑向應力是在尖端附近，為273千帕，最大垂直應力在尖端下面，為291千帕。 （3）液動潛孔錘采樣器的滲透率在粉砂粘土和粉砂粘土中分別為16.5m/h，15.4m/h，恢復率分別為68 ％和83.3 ％。 參考文獻 1. 鄢泰寧,補家武,李邵軍; 淺析國外海底取樣技術的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢——海底取樣技術介紹之一 [J];地 質科技情報; 2000年02期 2. 段新勝,鄢泰寧,陳勁,顧湘; 發(fā)展我國海底取樣技術的幾點設想 [J];地質與勘探; 2003年02期 3. 譚凡教,陳洪泳,殷琨,王如生; 受沖擊荷載作用土體變形的有限元研究 [J];巖土力學; 2004年12期 4. 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Kristoffersen Y, Lien E, Festervoll K, et al; The hydrostatic corer Selcore—a tool for sediment sampling and geophysical site characterization [M];Marine Geology; 2006年 計算書 設計題目：新型電動釬探機設計 設計項目 計算與說明 結果 前言 釬探機的常識和技術現(xiàn)狀 人工釬探的缺點 全自動釬探機優(yōu)點 全自動釬探機的市場前景 釬探機工作過程和機械構造 工作過程 機械構造 放釬裝置 錘釬裝置 起釬裝置 輔助裝置 釬探的工藝標準 范圍 施工準備 操作工藝 工藝流程 就位打釬 質量標準 成品保護 應注意的質量問題 質量記錄 總體設計 概述 總的設計原則 設計任務 設計目的 設計方案選擇 方案一 方案二 選擇結果 設計題目分析及設計思想 設計主參數(shù)及機構類型確定 探桿長度的確定 探桿直徑與材料的確定 電磁錘頭的質量與提升高度 主要部件設計 電磁錘設計原理 電磁錘外殼與線圈設計 直線電機的分類 扁平型直線電機 圓筒型直線電機 圓盤型直線電機 圓弧型電機 圓筒型直線電機的結構 直線電機特性計算 推力的計算 推力計算公式 式中各項意思 式中各項數(shù)據的計算 鎖釬器設計 鎖釬器工作原理 自鎖的原理 平面自鎖的條件 斜面的自鎖條件 對自鎖裝置的要求 鎖釬器結構設計 鎖釬器設計需要滿足的要求 鎖釬器的工作過程 鎖釬器主要零件設計 彈簧設計 選擇材料 計算彈簧鋼絲直徑 彈簧圈數(shù)n 驗算 彈簧初壓力 極限工作應力 極限工作載荷 進行結構設計 節(jié)距P 自由高度 總圈數(shù) 輔助機構設計 底架設計 底架結構設計 起釬機構設計 土壓力計算 合力 地基土重度 底架結構校核 銷軸計算 銷軸抗彎強度驗算 銷軸抗剪強度計算 銷孔拉板的計算 銷孔壁承壓應力驗算 銷孔拉板的強度計算 軸心受壓構件的計算 控制系統(tǒng)設計 釬探機的使用 釬探機使用前的準備 釬探的使用 釬探機調整 不同探桿直徑的調整 地面不平時釬探機的調整 第1章 前言 1.1釬探機的常識和技術現(xiàn)狀 按照我國建筑規(guī)范，絕大部分建筑工程基礎土方開挖后都要對槽底地質進行勘探，一般稱釬探，以確定基礎下一定深度內地質的均勻度，看是否有局部過硬或過軟的地質情況，以便于地基處理?，F(xiàn)在一般施行人工釬探，實際操作時，由至少兩個人一組，一人扶鋼釬，另一人雙手托起10公斤的釬錘抬高約50公分后，使之自由落下錘擊鋼釬，然后再重復上述動作，一般每隔30公分計錄一次捶擊次數(shù)。每個點釬完后須人力用撬扛等將鋼釬撬起退出，最后通過比較每個釬探點的捶擊次數(shù)來判斷地質的軟硬程度和均勻程度。人力釬探存在勞動強度高、工效低、人為誤差大的缺點，經常出現(xiàn)人力偷懶、作弊，使得釬探數(shù)據不可靠。尤其是大型、較大型工程，一個工程下來人工釬探點就得有數(shù)千甚至上萬個，每個點捶擊次數(shù)在數(shù)百次以上，非人海戰(zhàn)術不行。雖然以前有人發(fā)明過釬探機專利，如申請?zhí)?6241810（自動釬探機），93208202（氣動釬探機），93230875（地基釬探機），但其多采用電磁錘、氣動錘、彈簧儲能錘等工作原理，結構較為復雜，實用性差，一直沒有產業(yè)化。目前市場上還沒有發(fā)現(xiàn)理想的能夠代替人力釬探的機械。隨著人力成本的逐漸增高，從經濟角度和節(jié)省人力考慮，開發(fā)和使用機械化的釬探方式勢在必行，本設計正是適應了這種市場需求。 1.2人工釬探的缺點與自動釬探機優(yōu)點 釬探驗槽是建筑施工必不可少的一項地基檢測工作，以往一般采用人工釬探的方式進行，但是人工釬探存在費用高、速度慢、不標準、力量不均等諸多弊端，且多數(shù)工人往往應付了事，起不到應有的效果。 自動地基釬探機是建筑施工驗槽專用，是替代人工打釬的思想專用設備，結束了人工釬探的歷史，并且符合國家“輕便觸探規(guī)范”要求，可精確測定地基載力，質的均勻性、地下洞的功能等。 自動釬探機最大的優(yōu)點是智能測定數(shù)據精確度高，錘重一定，錘頭自然下落，無其他人為因素。它設計構思新穎，體積小，重量輕，結構緊湊，運輸方便，移機快捷，安全可靠，便于維修，操作簡單，一看便會。省人省力（一人 可操作多臺），采用單相電源，工作效率是人工打釬的五倍以上，可節(jié)省大量的人力物力及所需費用，有效縮短工期。 1.3釬探機的市場前景 1）、一般建筑工程隊自備1-3臺機器，可滿足承攬工程的需要； 2）、通過購買機器組成專業(yè)的釬探施工隊，專門承攬釬探工程，這種模式將很有發(fā)展前途。 廣大建筑單位可以購買自己使用，也可購買后自行辦理出租業(yè)務。 小型建筑施工電動釬探機，包括底架、釬桿、電磁錘、鎖釬器、起釬器、行走裝置及相關電路。起釬器安裝在行走裝置上，用連桿與行走裝置連為一體，起釬器的中心穿入探桿，鎖釬器可自由地鎖住在鋼釬的任何位置。鎖釬器的上部托住電磁錘 基底釬探就是基礎開挖達到設計承載力土層后，對基底下面檢查是否存在墓穴、坑洞等現(xiàn)象，一般釬探采用25鋼筋做成1.5米左右高的釬子，從基坑內部按照一定的距離（1米左右或者根據實際情況確定）依次釬探，具體方法：用錘子自由落下捶擊釬子頂部，每個點自由落錘30次，然后記錄捶擊每次釬子沉入土中的深度，如果每次沉入度都比較正常數(shù)值懸殊不大，就說明基底比較正常。一般情況下，在基槽驗收時，勘探單位會根據土質情況要求做不做釬探。 釬探機是一種建筑釬探用的電動機械設備，它主要由電磁錘、控制器、鎖釬器、拔釬器、小車及鋼釬等組成。打擊功恒定，能自動記錄打錘次數(shù)，從設備上保證了釬探作業(yè)的準確性，可為設計施工提供可靠依據，也可用于評價地質承載力。它還具有靈活方便、操作簡單、可減輕工人勞動強度、提高工作效率等優(yōu)點，改變了釬探作業(yè)的落后狀態(tài)。 1.4釬探機工作過程和機械構造 1.4.1工作過程 一般的人工釬探有放釬、錘釬、起釬三個過程，相應的釬探機的主要構造有放釬裝置、錘釬裝置與起釬裝置。此外，還有許多輔助的裝置來保證上述三項工作的完成，主要包括控制器、限位開關等輔助裝置。 釬探機具體的工作過程如下：用放釬器把探桿放置穩(wěn)當，并與地面垂直，然后利用錘釬裝置錘擊探桿頭部，錘入一定的深度，并記錄錘擊次數(shù)，最后利用起釬設備把探桿從地下拔起，完成一次釬探工作，然后移動放釬器到下一釬探點接著進行釬探。 1.4.2機械構造 釬探機的基本構造有放釬裝置、錘釬裝置與起釬裝置。 1.底架 所謂的底架，就是把探桿固定在與地面垂直的角度，便于錘釬裝置錘擊探桿，一般釬探機的放釬裝置與行走機構合為一體，便于移動。 2.錘釬裝置 錘釬裝置能夠在一定錘擊力與一定的高度下完成錘釬工作，工作精確，效率高，能夠很好的完成釬探工作。 常見的錘釬裝置有液壓式、機械式與電磁式。 3.起釬裝置 在錘釬工作完成后，需用起釬裝置把錘進地面的探桿拔起，常見的起釬裝置按動力的不同，可分為液壓起釬、機械起釬與人工起釬。液壓起釬工作穩(wěn)定，效率高，但結構復雜，成本較高。機械起釬與人工起釬一般利用杠桿原理，使用簡單的機械將探桿從地面拔起。 4.輔助裝置 釬探機的輔助裝置主要有控制器與移動機構，控制器主要控制電路的開關與保護，并準確的記錄錘擊次數(shù)。移動機構主要便于釬探機在釬探完畢時便于向下一釬探點移動。 1.5釬探的工藝標準 1 范圍 本工藝標準適用于建筑物或構筑物的基礎、坑（槽）底基上質量釬探檢查。 2 施工準備 2.1 材料及主要機具 2.1.1 砂：一般中砂。 2.1.2 主要機具： 2.1.2.1 人工打釬：一般鋼釬，用直徑φ22～25mm 的鋼筋制成，釬頭呈 60 度尖錐形狀，釬長1.8～2.0m；8～10磅大錘。 2.1.2.2 機械打釬：輕便觸探器（北京地區(qū)規(guī)定必用）。 2.1.2.3 其他：麻繩或鉛絲、梯子（凳子）、手推車、撬棍（拔鋼釬用）和鋼卷尺等。 2.2 作業(yè)條件： 2.2.1 基土已挖至基坑（糟）底設計標高，表面應平整，軸線及坑（槽）寬、長均符合設計圖紙要求。 2.2.2 根據設計圖紙繪制釬探孔位平面布置圖。如設計無特殊規(guī)定時，可按表1執(zhí)行。 2.2.3 夜間施工時，應有足夠的照明設施，并要合理地安排釬探順序，防止錯打或漏打。 3 操作工藝 3.1 工藝流程 3.2 按釬探孔位置平面布置圖放線；孔位釘上小木樁或灑上白灰點。 3.3 就位打釬 3.3.1 人工打釬：將釬尖對準孔位，一人扶正鋼釬，一人站在操作凳子上，用大錘打鋼釬的頂端；錘舉高度一般為50～70cm，將釬垂直打入土層中。 3.3.2 機械打釬：將觸探桿尖對準孔位，再把穿心錘套在釬桿上，扶正釬桿，拉起穿心錘，使其自由下落，錘距為50cm，把觸探桿垂直打入土層中。 3.4 記錄錘擊數(shù)。釬桿每打人士層30cm時，記錄一次錘擊數(shù)。釬探深度如設計無規(guī)定時，一般按表1-6執(zhí)行。 3.5 拔釬：用麻繩或鉛絲將釬桿綁好，留出活套，套內插入橇棍或鐵管，利用杠桿原理，將釬撥出。每拔出一段將繩套往下移一段，依此類推，直至完全拔出為止。 3.6 移位：將釬桿或觸探器搬到下一孔位，以便繼續(xù)打釬。 3.7 灌砂：打完的釬孔，經過質量檢查人員和有關工長檢查孔深與記錄無誤后，即可進行灌砂。灌砂時，每填人 30cm 左右可用木棍或鋼筋棒搗實一次。灌砂有兩種形式，一種是每孔打完或幾孔打完后及時灌砂；另一種是每天打完后，統(tǒng)一灌砂一次。 3.8 整理記錄：按釬孔順序編號，將錘擊數(shù)填人統(tǒng)一表格內。字跡要清楚，再經過打釬人員和技術員簽字后歸檔。 3.9 冬、雨期施工： 3.9.1 基土受雨后，不得進行釬探。 3.9.2 基土在冬季釬探時，每打幾孔后及時掀蓋保溫材料一次，不得大面積掀蓋，以免基土受凍。 4 質量標準 4.1 保證項目： 釬探深度必須符合要求，錘擊數(shù)記錄準確，不得作假。 4.2 基本項目 4.2.1 釬位基本準確，探孔不得遺漏。 4.2.2 釬孔灌砂應密實。 5 成品保護 5.1 釬探完成后，應作好標記，保護好釬孔，未經質量檢查人員和有關工長復驗，不得堵塞或灌砂。 6 應注意的質量問題 6.1 遇鋼釬打不下去時，應請示有關工長或技術員：取消釬孔或移位打釬。不得不打，任意填寫錘數(shù)。 6.2 記錄和平面布置圖的探孔位置填錯： 6.2.1 將釬孔平面布置圖上的釬孔與記錄表上的釬孔先行對照，有無錯誤。發(fā)現(xiàn)錯誤及時修改或補打。 6.2.2 在記錄表上用色鉛筆或符號將不同的釬孔（錘擊數(shù)的大?。┓珠_。 6.2.3 在釬孔平面布置圖上，注明過硬或過軟的孔號的位置，把枯井或墳墓等尺寸畫上，以便設計勘察人員或有關部門驗槽時分析處理。 7 質量記錄 本工藝標準應具備以下質量記錄： 工程地質勘察報告。 第2章 總體設計 2.1 概述 總體設計是機械設計中極為關鍵的環(huán)節(jié)，它是對所設計的機械的總的設想，總體設計的成敗，關系到整部機械的經濟技術指標，直接決定了機械設計的成敗。 總體設計指導機構設計和部件設計的進行，一般由主任工程師（或總工程師）主持進行。在接受設計任務以后，應進行深入細致的調查研究，收集國內外同類機械的有關資料，了解其使用、生產、設計和科研情況，并進行分析和比較，制定總的設計原則，設計原則應當保證所設計機型符號有關的方針、政策，在滿足使用要求的基礎上，力求結構合理、技術先進、經濟性好、壽命長。 總的設計原則： 1.遵守“三化”：零件標準化、產品系列化、部件通用化。 2.采用“四新”：新技術、新結構、新材料、新工藝。 3.滿足“三好”：好制造、好使用、好維修。 制定總則之后，便可以編制設計任務書，在調研的基礎上，運用所學知識，從優(yōu)選擇總體方案，以確保設計的成功。制定總則之后，便可以編制設計任務書，在調研的基礎上，運用所學知識，從優(yōu)選擇總體方案，以確保設計的成功。 我的畢業(yè)設計是新型釬探機設計。由人力改為電力，減輕人的勞動強度,提高生產效率。 2.2 設計任務 設計內容：本設計是原有釬探設備的替代產品。主要由探桿、電磁錘頭、控制裝置、探桿起拔裝置組成。 設計要求：本設計要求結構合理，成本較低，滿足工作性能，而且操作方便可靠。 2.3 設計目的 1．培養(yǎng)學生綜合應用所學理論知識和技能，分析和解決機械工程實際問題的能力，熟悉生產技術工作的一般程序和方法。 2．培養(yǎng)學生懂得工程技術工作所必須的全局觀念、生產觀念和經濟觀念，樹立正確的設計思想和嚴肅認真的工作作風。 3．培養(yǎng)學生調查研究，查閱技術言文獻、資料、手冊，進行工程計算、圖樣繪制及編寫技術文件的能力。 2.4 設計方案選擇 原釬探為人力釬探，勞動強度大，工作效率低。我計劃選用電力代替人力。 設計方案一：單相交流電動機通過鏈傳動提升重錘高度，然后自由下落，錘擊探桿。 1—電動機 2—皮帶 3—皮帶輪 4—皮帶 5—皮帶輪與鏈輪 6—鏈條 7—撥叉 8—鏈輪 9—重錘 10—探桿 優(yōu)點：設計簡單明了，容易控制，工作可靠，自動化程度高，可采用自動起釬裝置。 缺點：結構復雜，造價高，經濟效益不好。 設計方案二：使用電磁錘錘擊探桿。 1—探桿 2—電磁錘 3—鎖釬器 優(yōu)點：省去傳動部件，結構簡單，能源利用率高，工作效率高。 缺點：自動化程度低，需機械起釬。 經過比較，選擇電磁錘為動力，考慮結構與經濟性。 2.5 設計題目分析及設計思想 目前工程中釬探主要是人工釬探與機械釬探。 人工釬探存在費用高、速度慢、不標準、力量不均等諸多弊端，且多數(shù)工人往往應付了事，起不到應有的效果。逐漸的會被機械釬探代替。 機械釬探根據動力不同可分為機械式與電磁式。機械式的結構復雜，成本較高，但可實現(xiàn)自動化作業(yè)。電磁式的結構簡單，成本低，需人工起釬。 本設計采用電磁式，向小型上發(fā)展，成本低，適合中小型工程的地基釬探。 2.6 設計主參數(shù)及機構類型確定 2.6.1探桿長度的確定 探桿長度主要取決于探桿打入地下的長度，如果太長，影響工作的穩(wěn)定性，移動也不方便。探桿太短了，工作時數(shù)據就會不準確，影響釬探的質量，達不到釬探的目的。根據釬探的工藝標準，在打柱基需釬探1.5m—2.0m，其它地基時需釬探1.5m。選取探桿長度為2.2m，符合所有的地基釬探，也不會因太長影響工作的穩(wěn)定性。 2.6.2探桿直徑與材料的確定 探桿的直徑受電磁錘頭打擊力的影響，在保證探桿的壓桿穩(wěn)定的前提下，能夠盡可能的減少與地面的摩擦力，采取合適的直徑，按照釬探的工藝標準，一般選取直徑為25mm的材料為Q235的鋼筋，一端切削成錐度為60°圓錐。 2.6.3電磁錘頭的質量與提升高度 電磁錘頭質量是工作效率高低的主要依據之一，采用質量較大的電磁錘頭，可以在同樣的錘擊此次數(shù)下達到較深的深度，但是電磁錘頭質量過大，使電磁錘的設計復雜化，同樣也增加整機的質量，有違輕便的目的，根據釬探的工藝標準，一般使設計的電磁錘頭為7—10kg，本設計選擇為10kg。 電磁錘頭提升高度可以根據錘頭的質量選擇合適的高度，如選用的錘頭質量大，可選擇較小的高度，反之亦然。本設計選擇高度為0.4m，取中間值。 第3章 主要部件設計 3.1電磁錘設計 3.1.1電磁錘設計原理 本設計動力為電磁式，目前市場上還沒有比較合適的電磁錘，因此需自行設計制造電磁錘。 電磁錘實際上就是一個直線電機。直線電機是一種將電能直接轉換成直線運動機械能，而不需要任何中間轉換機構的傳動裝置。它可以看成是一臺旋轉電機按徑向剖開，并展成平面而成，如圖所示。 ???? 圖3.1 直線電機的轉變過程 由定子演變而來的一側稱為初級，由轉子演變而來的一側稱為次級。在實際應用時，將初級和次級制造成不同的長度，以保證在所需行程范圍內初級與次級之間的耦合保持不變。直線電機可以是短初級長次級，也可以是長初級短次級?？紤]到制造成本、運行費用，目前一般均采用短初級長次級。 直線電動機的工作原理與旋轉電動機相似。以直線感應電動機為例：當初級繞組通入交流電源時，便在氣隙中產生行波磁場，次級在行波磁場切割下，將感應出電動勢并產生電流，該電流與氣隙中的磁場相作用就產生電磁推力。如果初級固定，則次級在推力作用下做直線運動；反之，則初級做直線運動。 直線電機的優(yōu)點是：結構簡單。反應速度快，靈敏度高，隨動性好。容易密封，不怕污染，適應性強(由于直線電機本身結構簡單，又可做到無接觸運行，因此容易密封，各部件用尼龍浸漬后，采用環(huán)氧樹脂加以涂封，這樣它就不怕風吹雨打，或有毒氣體和化學藥品的侵蝕，在核輻射和液體物質中也能應用)。工作穩(wěn)定可靠壽命長(直線電機是一種直接傳動的特種電機，可實現(xiàn)無接觸傳遞力，沒有什么機械損耗，故障少，幾乎不需要維修，又不怕振動和沖擊)。額定值高(直線電機冷卻條件好，特別是長次級接近常溫狀態(tài)，因此線負荷和電流密度可以取得很高)。有精密定位和自鎖的能力(和控制系統(tǒng)相配合，可做到0.001mm的位移精度和自鎖能力)。 直線電機優(yōu)點眾多，一般使用在精確定位、噪音小、污染小的場合，因此，市場上生產的直線電機功率都比較小，且成本也較高，主要用在機械手、電動門、加速器、金屬分離器、簾幕驅動等位置精度高，噪音污染小的場合，像釬探用的直線電機目前沒有太符合要求的，因此需根據直線電機的原理，自行設計制造直線電機。 3.1.2電磁錘線圈與內部構造設計 直線電機的分類。 直線電機按其結構型式主要可分為扁平型、圓筒型(或管型)、圓盤型和圓弧型四種。 所謂扁平型直線電機，顧名思義，即為一種扁平的矩形結構的直線電機，它有單邊型和雙邊型之分，分別如圖3.2和圖3.3所示。每種型式下又分別有短初級長次級或長初級短次級。 所謂圓筒型直線電機，即為一種外形如旋轉電機的圓柱形的直線電機，它的演變過程如圖3.4所示。這種直線電機一般均為短切級長次級型式。在需要的場合，我們還將這種電機做成既有旋轉運動又有直線運動的旋轉直線電機，至于旋轉直線的運動體既可以是初級，也可以是次級。 所謂圓盤型直線電機，即該電機的次組是一個圓盤，不同型式的次級驅動圓盤次級做圓周運動，如圖3.5所示。其初級可以是單邊型也可以是雙邊型。直線圓盤電機雖然也做旋轉運動，但它與普通旋轉電機相比，具有如下—些優(yōu)點： (1)力矩與旋轉速度可以通過多臺初級組合的方式或通過初級在圓盤上的徑向位置來調節(jié)。 (2)無需通過齒輪減速箱就能得到較低的轉速，因而電機噪聲和振動很小。 所謂圓弧型電機，如圖3.6所示，它的運動型式是旋轉運動，且與普通旋轉電機非常接近，然而它與旋轉電機相比也是具有如圓盤型直線電機那樣的優(yōu)點，圓弧型與圓盤型的主要區(qū)別，在于次級的型式和初級對次級的驅動點有所不同。 經過幾種形式的比較，本設計選擇了圓筒形直線電機來做為電磁錘的設計。 圓筒型直線電機的結構 圓筒型直線電機的結構形式也比較多，目前應用較多的有一般圓筒型直線電機與窗式疊片處級圓筒型直線電機。如下圖所示： 對于圖3.7的結構，其初級鐵心由硅鋼片加工成具有凹槽的若干圓環(huán)組成，初級繞組內導線組成餅式(即圓環(huán)式)，裝配時將初級圓環(huán)鐵心與餅式繞組交替疊放，次級采用低碳高磁鐵管，為了提高單位體積產生的推力，往往又在鐵管外覆蓋一層1～2mm厚的銅皮或鋁皮，或者在鐵管上鉗制銅環(huán)或澆鑄鋁環(huán)，成為復合磁極。 對于這種形式的圓筒型直線感應電動機，整個餅式線圈都是有效邊，因此，圓筒型電機不存在繞組端部，同理，它的次級繞組也不存在繞組端部，這就提高了繞組的利用率，這是圓筒型電機的優(yōu)點。其次，圓筒型電機中一個餅式線圈的作用相當于扁平型電機單層繞組一條有效邊(即半個線圈)的作用因此在設計計算時必須把餅式線圈的匝數(shù)作為每槽導體數(shù)處理。由于圓筒型電機不存在繞組端部，因此也就不存在橫向邊端效應。 直線電機特性計算 推力的計算 在不考慮邊端效應的情況下，圓筒型直線感應電動機的推力可用下式表示： [參考書目17] 式中各項意思 ——次級表面電阻，； ——次級電阻率； ——次級壁厚； ——初級表面電流， ——線圈匝數(shù)； ——初級電流； ——極距； ——電機作用面積，； ——筒型次級圓周長； ——筒型初級軸向長； ——同步速度； ——轉差率； ——品質因數(shù)； 式中各項數(shù)據的計算 為次級電阻率，設計次級材料為鐵，查表1得鐵的 ， t為次級壁厚，設計電磁錘頭為空心鋼管，錘頭內徑為35mm，外徑 =65mm。 次級壁厚t=（-）/2=18.5mm 為初級表面電流，由公式計算，其中N=7200，=0.026m， 其中——為銅的電阻率 q——電機每相槽數(shù)q=2 m——電機相數(shù)m=1 ——圓盤形電機初級繞組平均直徑=0.06m N——初級繞組每相砸數(shù)N=1000 ——槽滿率=0.8 ——，為初級鐵心槽間距，=10mm 為槽寬，=20mm ——，初級槽深，=20mm = =24.7 ==220/24.7=8.9A 為極距，當為兩相、多個線圈時，取與兩個線圈相匹配的值，但是，由于外殼（鐵）是磁通的去路和回路，所以等于定子長度，本設計選取極距=26mm。 為電機作用面積，有公式計算，其中筒型次級圓周長，==169.56mm≈0.17m，為筒型初級軸向長為0.21m。 為同步速度， 為轉差率，取=0.8 為品質因數(shù)，有圖3.9取G=1.2。 = 電磁錘頭質量小于354N，所以電磁錘設計合理，能夠滿足作業(yè)需要。 3.2鎖釬器設計 3.2.1鎖釬器工作原理 鎖釬器是利用機械的自鎖原理，能夠把電磁錘輕松的固定在探桿的任何一個位置，便于錘釬工作。 鎖釬器工作原理是機械的自鎖原理，有些機械，就其結構情況分析，只要加上足夠大的驅動力，按常理就應該能夠沿著有效驅動力作用的方向運動，而實際上由于摩擦的存在，卻會出現(xiàn)無論這個驅動力如何增大，也無法使它運動的現(xiàn)象，這種現(xiàn)象就叫做機械的自鎖。 自鎖現(xiàn)象在機械工程中具有十分重要的意義。一方面，當我們設計機械時，為了使機械能夠實現(xiàn)預期的運動，當然必須避免該機械在所需的運動方向發(fā)生自鎖；另一方面，有些機械的工作又需要具有自鎖的特性，例如手搖螺旋千斤頂，當轉動手把將物體舉起后，應保證不論物體的重量多大，都不能使驅動螺母反轉，致使物體自行降落下來，這就是要求在物體重力下，必須具有自鎖性 自鎖的原理 首先研究一下運動平面的摩擦問題：如圖3.10所示，在滑塊上有一個與豎直方向成角的推力F。據力的分解原理，可將推力F分解為接觸面的法向分力和切向分力因為， 所以 而阻止滑塊運動的摩擦力 式中為接觸面間的滑動摩擦系數(shù)，N為法向壓力， 與大小相等，方向相反。法向壓力N與摩擦力合成一總反作用力R，R與N之間夾角可由下式決定 或 式中稱為摩擦角，這樣，將代入上式，可得： 可見，欲使滑塊移動，必須使 如果則 則得： 由此可知，當時，滑塊是不會移動的，要想使滑塊移動，推力F與垂直方向的傾斜角必須大于摩擦角。若，即推力F的傾斜角小于摩擦角時，無論推力F多大，滑塊都不會移動，這種現(xiàn)象叫做自鎖，使滑塊產生自鎖的條件叫自鎖條件。其自鎖條件為。 再分析一下斜面的自鎖條件：在圖3.11a中，滑塊放置在傾斜角為的斜面上，滑塊與斜面間的摩擦系數(shù)為。垂直載荷F作用于滑塊上。現(xiàn)在分別討論這個滑塊的受力情況。 滑塊沿斜面上升時： 滑塊在推力的推動下，沿斜面以速度勻速上升時， 在滑塊面上有一個總反力R阻止它上升。由力的平衡原理， 可得一個封閉的力三角形（見圖3.11，b），則推力為 滑塊沿斜面下滑時： 大家知道，當斜面傾斜角足夠大時，放在斜面上的重物就會自動下滑。如果減小斜面傾斜角，滑塊下滑就逐漸困難；當傾斜角減到一定值后，滑塊也就不再下滑了，這時無論作用在滑塊的垂直載荷F有多大，它都不會自動下滑了 在圖3.12中，當滑塊勻速下滑時，垂直載荷F變?yōu)橥苿恿?。而力則為防止滑塊下滑的支持力，即工作阻力。而滑塊下滑時的總壓力為R。由封閉三角形可得： 力就是當斜面升角為時，防止滑塊下滑應作用于滑塊上的水平力。 如上所述，當角很小時，滑塊就不會自動下滑，欲使其下滑，則必須施加一個與力方向相反的力，也就把水平力由阻止滑塊下滑變?yōu)橥苿踊瑝K下滑的力，即<0 亦即 <0 因為垂直載荷F不可能小于零，則只有 <0 所以， 上式就是斜面上的滑塊在垂直載荷F作用下不下滑的條件。換句話說，在斜面升角小于摩擦角時，無論垂直載荷F有多大，都不會使滑塊下滑，這種情況就是自鎖，而是滑塊下滑時的自鎖條件。 對自鎖裝置的要求 為了便于自鎖裝置設計，對自鎖裝置提出如下幾點要求： (1)對于規(guī)定的楔緊方向，自鎖器應確實自鎖，工件可靠。為此所設計和選用的構件和楔緊元件的性能應符合要求，力求楔角穩(wěn)定，以達到穩(wěn)定的自鎖條件且使每個楔塊在工作狀態(tài)下都能可靠。各摩擦元件間的摩擦系數(shù)應符合設計要求，裁荷容量應足夠等。 (2)在采用各種自鎖裝置時應妥善地解決好高效率和防止逆轉的矛盾。因此，在傳動系統(tǒng)中設置自鎖裝置時應設法保持系統(tǒng)的高效率。 (3)對于所選用的自鎖裝置能自動結合和脫開，其工作應平穩(wěn)，沖擊應盡量小。每個楔塊(或滑塊)的載荷應分布均勻，以提高自鎖裝置的承載能力。 (4)自鎖裝置結構應緊湊，外形尺寸小，加工工藝性好。這不僅與構件的形狀和所選用的材料有關，還與所采用楔緊元件的種類有關。應首先應保證自鎖裝置的工作性能要求，其次再考慮其加工工藝性問題。 (5)要求自鎖裝置也應盡可能地具有較長的使用壽命。為了提高自鎖裝置防使用壽命，故對其楔緊元件需相應地提出較高的耐磨性要求。 3.2.2鎖釬器結構設計 鎖釬器設計需要滿足下列要求： 1.鎖釬器確實能夠自鎖，并且鎖緊可靠，工作穩(wěn)定。鎖釬器與探桿摩擦系數(shù)應符合設計要求，裁荷容量應足夠。 2.鎖釬器能夠迅速方便的實現(xiàn)自鎖與解鎖，以便工作方便，提高勞動生產率。 為此設計鎖釬器結構如下圖所示： 1—鎖環(huán) 2—鎖瓣 3—探桿 4—手把 5—調整環(huán) 6—后蓋 7—分離環(huán) 8—螺栓 9—彈簧 10—分離撥叉 鎖釬器主要由鎖環(huán)、鎖瓣、調整環(huán)、彈簧、分離環(huán)、分離撥叉等零件組成。鎖瓣的階臺上套上分離環(huán)，分離環(huán)可繞鎖瓣自由轉動，分離環(huán)的外圓裝有Y型分離撥叉，分離撥叉上有一斜平面，斜平面的內側有一個前支點A。調整環(huán)用螺紋連接在鎖環(huán)的下部，鎖瓣連同分離環(huán)和分離撥叉一起套裝在鎖環(huán)中，鎖環(huán)與鎖瓣的上部為內外椎體配合，后蓋用螺紋連接在調整環(huán)上，內部裝入彈簧，彈簧的下部以后蓋為支持點，上部頂住鎖瓣內腔的頂部，后蓋的方槽上沿為后支點B。 鎖釬器的工作過程 向上板起分離撥叉，使鎖釬器處于解鎖狀態(tài)，然后把探桿放進鎖釬器中心，當探桿放好位置時，手同時板起手把帶動整個鎖釬器向上移動，讓鎖釬器移動到適當位置，然后松開分離撥叉，鎖釬器即處于鎖緊狀態(tài)，此時鎖瓣由于彈簧的作用具有向上力，鎖環(huán)與鎖瓣的錐面配合角使鎖瓣具有垂直與探桿的力，彈簧力越大，向探桿的力就越大，實現(xiàn)自鎖。 當釬探工作完成后，由于電磁錘錘擊的作用，鎖環(huán)、鎖瓣與探桿之間的摩擦力較大，因此設計分離撥叉為兩個支點，支點A與作用中心距離近，由杠桿原理可知即具有較大的分離力，使鎖環(huán)與鎖瓣分開，當分離撥叉移動到支點B時，這時需要的分離力不大，這時由于支點B距離作用中心遠，雖然作用力不是太大，但是卻增加移動速度，因此提高了工作效率。 當探桿直徑大小不同時，可以通過調整環(huán)調整鎖環(huán)與鎖瓣的配合深度，當探桿直徑小時，向下移動調整環(huán)，此時鎖環(huán)與鎖瓣之間的配合深度增大，同時鎖瓣之間的間距縮小，因此就能使用直徑小的探桿，同理，向上移動調整環(huán)，可以使用直徑較大的探桿。 3.2.3鎖釬器主要零件設計 鎖釬器的主要零件有彈簧、鎖環(huán)、鎖瓣、分離環(huán)與分離撥叉等。 彈簧設計 彈簧是一種彈性元件，它可以在載荷作用下產生較大的彈性變形。彈簧在各類機械中應用廣泛，主要應用： 1）控制機構的運動； 2）減振和緩沖； 3）儲存及輸出能量； 4）測量力的大小。 按照所承受的載荷不同，彈簧可以分為拉伸彈簧、壓縮彈簧、扭轉彈簧和彎曲彈簧等四種；而按照彈簧的形狀不同，又可分為螺旋彈簧、環(huán)形彈簧、碟形彈簧、板簧和平面渦卷彈簧等。螺旋彈簧是用彈簧絲卷繞制成的，由于制造簡便，所以應用廣泛。本設計采用圓柱螺旋壓縮彈簧。 1.根據工作條件選擇材料并確定其許用應力 因彈簧在一般載荷條件下工作，可以按第Ⅲ類彈簧考慮?，F(xiàn)選取碳素彈簧絲C級。根據鎖釬器與探桿的尺寸，選取彈簧中徑為D=35mm。初選彈簧鋼絲直徑為4mm。由表16-3暫選，則根據表16-2可知[]=0.8×0.5×。 2.根據強度條件計算彈簧鋼絲直徑 選取螺旋比C=8，則有式（參考書目2---16-4）得 根據式（16-12）得 改取d=4mm，查得不變，故[]不變，其中D=35mm，35/4=8.75，計算得K=1.17，于是 上值與原估值相近，取彈簧鋼絲標準直徑4mm，為標準值。 3.根據剛度條件，計算彈簧圈數(shù)n 根據上節(jié)結構設計，當彈簧處于解鎖狀態(tài)時，彈簧壓縮為16mm，此時使用的力大概為340N；當彈簧處于鎖緊狀態(tài)時，彈簧壓縮為6mm，此時的力大概為160N。 由式（16-9）得彈簧剛度為 由表16-2取G=82000MPa，則彈簧圈數(shù)為n為 取n=4圈 此時彈簧剛度為 4.驗算 1）彈簧初壓力 初應力按式（參考書目2--16-8）得 按照參考書圖16-9，當C=8.75時，初應力推薦值為40～117MPa，故此初應力值合適。 2）極限工作應力，取=0.56，則 3）極限工作載荷 5.進行結構設計 彈簧兩個斷面圈均與臨圈并緊且磨平。 節(jié)距P=0.3D=0.3×35=10.5mm 自由高度 取=48，為標準值。 總圈數(shù) 第4章 輔助機構設計 輔助機構的主要作用是便于釬探機工作方便，提高工作效率，增加工作安全性與穩(wěn)定性。主要有底架，拔釬裝置，控制系統(tǒng)等組成 4.1底架設計 底架就是把探桿固定在與地面垂直的角度，便于錘釬裝置錘擊探桿，一般釬探機的底架與行走機構合為一體，便于移動。 圖4.1釬探機的放釬裝置 1—電磁錘 2—鎖釬器 3—底架 4—探桿 5—起釬裝置 6—起釬手把 7—底架支點 圖中底架的主要作用是固定探桿的位置，在起釬工作時，用來托放電磁錘與鎖釬裝置，同時為底架提供支點，便于起釬工作。 4.1.1底架結構設計 底架設計，底架是保證放置探桿穩(wěn)定的主要機構，底架尺寸越大，根據杠桿原理，距離越大，能承受的力就越大，因此就越穩(wěn)定。如果尺寸太大，雖然達到了工作穩(wěn)定的目的，但是，尺寸大也增大了機構的體積，增加成本，也不能夠移動方便，違背了設計的目的。因此選擇底架的寬度為260mm。由于在長度方向上有起釬器的支點，因此需承受的力較大，選取長度為310mm。材料為熱軋等邊角鋼，角鋼號數(shù):2.5；尺寸b/mm:25；尺寸d/mm:4；尺寸r/mm:3.5。 釬探機底架上應設計起釬器的支架，這樣既可以達到移動方便的目的，同時，由于底架結構設計合理，可以為起釬器支架提供足夠的承受載荷使起釬工作順利完成。 當?shù)孛娌黄秸麜r，釬探機底架上應有調平裝置，通過調平裝置，可以調節(jié)底架的垂直度，使鋼釬垂直于地面。 圖4.2調整地腳結構簡圖 1—螺母 2—摩擦套 3—螺栓 4—兩底腳 調整底角的結構簡圖如上圖所示，帶摩擦錐的兩只底角4分左右套入摩擦套1中，用螺栓軸3穿入兩底腳4和摩擦套2中，由螺母將它們鎖緊為一體，兩底角在適當力的作用下可相對轉動，從而達到使鋼釬垂直于地面的目的。 4.1.2起釬機構設計 當釬探工作完成后，需要把探桿從地面把起來，并在探眼中灌沙。 探桿深入地下時，受到靜止土壓力的影響，拔起時需要一定的力，需根據這些力設計起釬器的整體結構，因此根據土力學，計算土壓力。 探桿實際上是一種擋土結構，這些擋土結構都受到來自于接觸土體的作用力——土壓力的作用。 實踐證明，擋土結構的使用條件不同，其土壓力的性質及大小都不同。土壓力的大小主要與擋土結構的位移、填土的性質及擋土結構的剛度等因素有關。根據擋土結構位移的不同，土體有三種不同狀態(tài)，即靜止狀態(tài)、主動狀態(tài)和被動狀態(tài)。根據擋土結構物位移方向和大小可將土壓力分為靜止土壓力、主動土壓力與被動土壓力三鐘類型。 當擋土結構與填土保持相對靜止狀態(tài)時，則填土處于相對靜止狀態(tài)，此狀態(tài)下的土壓力稱為靜止土壓力。靜止土壓力強度用表示，作用在每延米長擋土結構的靜止土壓力合力用表示。 土壓力計算 擋土結構受到靜止土壓力作用時，墻后填土處于彈性平衡狀態(tài)。由于墻體不動，土體無側向位移，其土體表面下任一深度處的靜止土壓力強度可按彈性力學公式計算側向應力得到，即 （4.1） 式中 ——土的重度，； ——土的密度，一般為1.6～2.0。 ——重力加速度。 ——計算深度z處的豎直方向的有效應力，Kpa； ——靜止土壓力系數(shù)，與泊松比有關。 理論上，實際上可用三軸剪切試驗測得，也可用旁壓儀在原為測到。缺少試驗資料時，可用經驗公式估算：砂土；黏性土超固結土。我國《公路橋涵地基與基礎設計規(guī)范》給出了靜止土壓力系數(shù)的參考值，見表4.1。 由式4.1可知，靜止土壓力與深度z成正比，即靜止土壓力強度在同一土層中呈直線分布，靜止土壓力強度分布圖形的面積即是合力的大小，合力通過土壓力圖形中心，作用于擋土結構上。 （參考書目18--4.2） 式中 H——擋土墻高度，m。 根據釬探工藝的要求，地基的釬探深度為1.5m。取地基土的密度為2.0，地基土的重度為： 靜止土壓力系數(shù) 繪制土壓力分布圖 地面A點（z=0處）： 探桿B點（z=H處）： 圖4.3 土壓力分布圖 求土壓力合力 合力大小為土壓力分布圖形的面積，即： 方向水平指向探桿，作用點距離探桿底部H/3=0.5m。 探桿直徑d為25mm，因此探桿周長L==0.0785m，土壓力N==11.25×0.0785KN=883.1N。 鋼與土壤之間的摩擦系數(shù)可由表4.2查詢 表4.2土壤的摩擦系數(shù) 當釬探工作完成后，土壤對探桿的摩擦力f由下式計算： =883.1×0.8=706.8N。 計算完土壤摩擦力，接下來設計起釬器。 起釬器的工作要求 起釬器必須工作穩(wěn)定可靠，起釬方便迅速，效率高。結構簡單，生產成本低。 傳統(tǒng)的起釬為用麻繩或鉛絲將釬桿綁好，留出活套，套內插入橇棍或鐵管，利用杠桿原理，將釬撥出。每拔出一段將繩套往下移一段，依此類推，直至完全拔出為止。這種起釬方式結構簡單，但操作有點麻煩，且工作效率低。 起釬器按照動力提供方式的不同可分為：人力和電動機械力。電動機械力操作簡單，省時省力，工作效率高，但結構復雜，成本高，經濟性差，且移動不方便；人力起釬使用機械結構簡單，成本低，經濟性好。兼顧經濟性與工作效率，選擇人力起釬，并設計簡單的機構使起釬工作省力方便。 起釬機構原理主要是杠桿原理，杠桿一頭用鎖扣鎖在探桿端部，中間為支點，另一頭向下用力，為了使起釬省力，杠桿支點離探桿距離近些。 鎖扣結構形式多樣，如傳統(tǒng)的麻繩或鋼絲等，這些結構的主要特點就是結構簡單，能過方便快速的解鎖。根據這些特點，設計鎖扣結構形式如下。 1—鎖瓣 2—鎖銷 3—鎖環(huán) 4—探桿 5—吊耳 圖4.4鎖扣結構形式 當拔鋼釬時，向下壓起釬壓桿，兩吊耳受向上的力F作用，帶動鎖塊外側向上運動，同時鎖塊內側在自重的作用下下垂，兩鎖塊的上平面與鋼釬靠緊，產生正壓力N，力F越大，正壓力N也越大，由此產生摩擦力Nf帶動鋼釬向上運動。當起釬壓桿壓到地面時，用手輕輕抬起壓桿，此時由于鎖塊只受重力作用，因此就沿著探桿下滑，等到達初始位置時，重新向下壓起釬探桿，以此類推，可將探桿拔起。 起釬機構的結構簡圖如下 圖4.5起釬機構簡圖 圖中垂直距離A=6B，C=4D，根據杠桿原理，，，，對探桿作用力。查機械手冊，探桿與鎖扣之間的摩擦系數(shù)為0.25，因此，探桿與鎖扣的摩擦力。 取手壓起釬壓桿的力=250N，得摩擦力=1500N， ，驗算結果可行，當手壓起釬壓桿時，可將探桿拔起來。 4.1.3底架結構校核 一、銷軸計算 釬探機底架上起釬裝置主要靠銷軸連接，有四個銷軸連接：起釬杠桿支點與拉桿的銷軸連接，拉桿與杠桿的銷軸連接，杠桿與鎖扣吊耳的銷軸連接，兩鎖塊的銷軸連接。其中直徑最小的銷軸為6mm。 1.銷軸抗彎強度驗算 式中 ——銷軸承受的最大彎矩； ——銷軸的抗彎截面模數(shù)， ——許用彎曲應力，對于45號鋼，=360MPa。 由上式得銷軸承受的最大彎矩： 因銷軸承受彎矩小，上式計算的數(shù)據以足夠。 2.銷軸抗剪強度計算 式中 Q——把銷軸當作簡支梁分析求得的最大剪力； ——銷軸許用剪應力，45號鋼=125MPa 由上式得銷軸承受最大剪應力： =2649.4N 此銷軸受力最大為1800N，因此此銷軸設計合理。 二、銷孔拉板的計算 1.銷孔壁承壓應力驗算 式中 P——構件的軸向拉力，即銷孔拉板通過承壓傳給銷軸的力； ——銷孔拉板的承壓厚度； ——銷孔的直徑； ——銷孔拉板的承壓許用應力，=1.4。 銷孔壁中受力最大處為兩鎖塊的銷孔拉板，大約為2000N 此時： 銷孔壁承壓應力設計合理。 2.銷孔拉板的強度計算 拉板材料為16Mn，h=5mm，=6mm，R=7.5mm。計算危險截面的應力： 圖4.6銷孔拉板危險截面上應力分布圖 銷孔拉板危險截面上承受應力最小處為4861.5N，滿足設計要求。 三、軸心受壓構件的計算 構件受到壓力最大的是起釬杠桿的支架，支架采用25號角鋼，材料是Q235A，查機械手冊，截面面積A= 185.9。 強度許用應力為 設：桿件長細比=60，查表得壓桿穩(wěn)定系數(shù)。將、、代入下式可得需要的截面面積為 角鋼截面面積A=185.9>13.16 4.2 控制系統(tǒng)設計 控制系統(tǒng)主要作用是控制釬探機的開關與電路保護。 電磁錘通電時，錘身在電磁推力的作用下向上運動，當錘身底座與錘心上部底座碰撞時，控制系統(tǒng)需斷電，此時，錘身在重力作用下自由落下錘擊鎖釬器，同時電磁錘需在通電，重復上一次動作。 為了實現(xiàn)以上動作，需使用限位開關，限位開關就是用以限定機械設備的運動極限位置的電氣開關。這種開關有接觸式的和非接觸式的。接觸式的比較直觀，機械設備的運動部件上，安裝上行程開關，與其相對運動的固定點上安裝極限位置的擋塊，或者是相反安裝位置。當行程開關的機械觸頭碰上擋塊時，切斷了（或改變了）控制電路，機械就停止運行或改變運行。由于機械的慣性運動，這種行程開關有一定的“超行程”以保護開關不受損壞。 接觸式的限位開關比較直觀，且對環(huán)境要求不高，因此選擇接觸式限位開關。在錘心上部底座處裝一限位開關，當錘身底座碰到錘心上部底座的限位開關時，控制系統(tǒng)斷電。另在錘身底部裝一限位開關，當限位開關碰到鎖釬器時，限位開關工作，控制系統(tǒng)給電磁錘供電，錘身在電磁推力作用下向上運動，完成一次釬探作業(yè)。此外，限位開關還具有保護作用，鎖釬器帶著探桿向下運動，當鎖釬器底部與釬探機底架接觸時，如此時釬探機繼續(xù)工作，電磁錘錘擊鎖釬器，卻帶動底架向下運動，如不停止運動，容易損壞底架，因此需安裝限位開關起到保護作用。 第5章 釬探機的使用 5.1釬探機使用前的準備 當?shù)鼗诤弥?，為了檢查施工現(xiàn)場進行釬探確定基礎下一定深度內地質的均勻度，看是否有局部過硬或過軟的地質情況，需進行地基釬探。根據釬探的工藝標準，對地基進行畫點，用釬探機在畫點上進行打釬。 5.2釬探的使用 施工地與釬探機準備完成后，即開始進行釬探工作，首先把底架中心與畫點重合，把鎖釬器放到底架上部，保證中心與底架中心對齊，然后把電磁錘放在鎖釬器上面，保證電磁錘中心與鎖釬器和底架中心對齊，最后把探桿從電磁錘中心穿入直至地面，固定好之后，手板起鎖釬器分離撥叉，使鎖釬器處于解鎖狀態(tài)，向上抬起鎖釬器，同時帶動電磁錘向上移動，移動70cm左右，松開鎖釬器分離撥叉，鎖釬器處于自鎖狀態(tài)。打開電磁錘電源控制開關，電磁錘開始工作，以此類推，完成釬探工作。 5.3釬探機調整 5.3.1不同探桿直徑的調整 當探桿直徑大小不同時，可以通過調整環(huán)調整鎖環(huán)與鎖瓣的配合深度，當探桿直徑小時，向下移動調整環(huán)，此時鎖環(huán)與鎖瓣之間的配合深度增大，同時鎖瓣之間的間距縮小，因此就能使用直徑小的探桿，同理，向上移動調整環(huán)，可以使用直徑較大的探桿。 5.3.2地面不平時釬探機的調整 當?shù)鼗孛嬗幸欢ǖ慕嵌龋皇撬矫鏁r，需要調整地腳使底架處于水平狀態(tài)，首先松開地腳螺栓，把底架放平，旋轉地腳，調整地腳分開角度，最后鎖緊地腳螺栓， 參考文獻 1.李柱 徐振高 蔣向前 《互換性與測量技術基礎》 高等教育出版社2004 2.濮良貴 紀明剛 《機械設計（第七版）》 高等教育出版社2002 3.《機械工程標準手冊》編委會 《機械工程標準手冊》 中國標準出版社2002 4.成大先 《機械設計手冊（2）》 化學工業(yè)出版社2001 5. 《機械設計手冊（新版）》 機械工業(yè)出版社1988 6.哈爾濱工業(yè)大學理論力學教研室 《理論力學（1）》 高等教育出版社 2002 7.增正明 《機械工程材料手冊——金屬材料》