1、绪论
1.1旋挖钻机发展与应用
由于国家经济的发展和政府大搞基础建设，基础工程市场有了一个前所未有的发展机遇。基础建设中有大量的桩基工程，与一般的基础工程相比，这些桩基工程具有工期持续长、工程量大、工程进度要求严、环保要求高等特点。这些特点使施工技术面临一个很大的挑战，常规的施工技术和设备不能满足要求，必须采用先进的施工技术和设备来满足这些工程的施工要求。桩基施工技术的发展和完善以及灌注桩承载能力增强，又考虑到施工的安全性和环保意识的增强乃至相关法律法规健全，使桩基工程，特别是现浇混凝土灌注桩成为应用最广泛的施工形式。
旋挖钻机是利用钻斗的旋挖、切削、提钻、卸土等反复循环作业成孔的基础施工设备。该钻机可配置短、长螺旋钻具、扩底钻斗、套筒、预制桩桩锤、抓斗等作业装置。旋挖钻机是一种技术含量和机电液集成度较高的桩基础工程装备，设备具有移动灵活、钻进效率高
、成孔质量好、环境污染小等优点，代表着桩工机械的发展方向，旋挖钻在基础施工工程中（如各种市政工程、公路桥梁、高层建筑等）得到了广泛应用，日渐成为各种基础施工中成孔作业最理想的机械设备。在国外，旋挖钻机在混凝土灌装施工中比例占三分之二以上，在日本，旋挖钻机在现场灌注桩施工中的比例高达80%。而在我国，自80年代初从日本引进第一台旋挖钻机，我国投入科研资金和人员少，因此旋挖钻机发展一直缓慢，目前仍处于起步阶段，远未得到普及，然而其巨大的技术优势开始初见端倪，有关施工部门也开始注意其在施工方面的优势。据专家预测，未来几年内，我国旋挖钻机的占有量将大大增长，数量应该是目前的3倍以上。
由于各厂家看到旋挖钻机发展潜力很大，旋挖钻机的生产厂家越来越多市场竞争日趋激烈，在这种情况下，旋挖钻机生产企业要得到生存与发展，就必须投入大量的科研资金和科研人员，调整其产品开发和生产组织模式，解决产品上市时间、生产质量、产品服务、产品成本和环境污染等难题。而传统的设计模式要经过几个步骤，如概念设计、方案论证、产品设计物理样机试制、样机试验、改进定型和批量生产，且从产品设计到改进定型往往是一个周而复始的重复过程，大大增加了新产品的研发周期和成本。因此，对于旋挖钻机的研发与设计，引进新的设计方法也将必然成为一种趋势。
1.2旋挖钻机动臂的研究现状
旋挖钻机变幅机构是旋挖钻机的关键机构之一，在整个旋挖钻机中起到支撑、调节工作装置等作用，其机构对整机布局和操纵稳定性影响很大。因此，对旋挖钻机变幅机构的研究具有重要意义。目前对旋挖钻机变幅机构的研究主要集中于动力学建模和仿真，以及旋挖钻机各个部件进行简单工况下静强度校核，而对旋挖钻机变幅机构三种工况（变幅、提钻、钻挖）下进行分析研究却很少。因此，对变幅机构静力学的研究十分重要。
1.3课题来源及研究意义
课题来源于生产实践，以旋挖钻机变幅机构、三角架和动臂的静力学特性研究和优化设计为目的，对旋挖钻机变幅机构、三角架和动臂进行数学建模，为研究其静力学特性研究和优化设计提供一套完整的理论和方法，具有一定的新颖性和先进性。
2
KR125旋挖钻机总体设计
2.1主要技术参数
主要技术参数是机械系统结构总体设计和主要零部件设计的依据。在一般情况下可概括为：尺寸、运动和动力参数。根据旋挖钻钻孔工艺，针对不同地层钻孔速度对孔壁的稳定性影响，钻孔速度与质量和效率之间的关系及我国目前工程施工中应用前景等多方面调研和理论计算，KR125旋挖钻机主要技术参数如表2.1所示。
表2.1 KR125旋挖钻机主要技术参数
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序号
|
项目
|
单位
|
技术参数
|
|
1
|
最大输出扭矩
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kN·m
|
125
|
|
2
|
钻孔转速
|
rpm
|
0~28
|
|
3
|
最大加压力
|
kN
|
125
|
|
4
|
最大起拔力
|
kN
|
125
|
|
5
|
加压油缸行程
|
mm
|
3600
|
|
6
|
桅杆左右倾角
|
°
|
±4
|
|
7
|
桅杆前倾角
|
°
|
5
|
|
8
|
发动机型号
|
|
美国康明斯6B5.9-C
|
|
9
|
发动机功率
|
kW
|
112
|
|
10
|
发动机转速
|
rpm
|
1950
|
|
11
|
主卷扬提升力
|
kN
|
125
|
|
12
|
主卷扬绳径
|
mm
|
22
|
|
13
|
主卷扬提升速度
|
m/min
|
80
|
|
14
|
副卷扬提升力
|
kN
|
50
|
|
15
|
副卷扬绳径
|
mm
|
16
|
|
16
|
副卷扬提升速度
|
m/min
|
65
|
|
17
|
最大钻孔深度
|
m
|
40
|
|
18
|
最大钻孔直径
|
mm
|
1500
|
|
19
|
底盘型号
|
|
YC230
|
|
20
|
工作状态宽度
|
mm
|
2990
|
|
21
|
运输状态宽度
|
mm
|
2990
|
|
22
|
运输状态高度
|
mm
|
3350
|
|
23
|
工作状态高度
|
mm
|
14900
|
|
24
|
履带板宽度
|
mm
|
800
|
|
25
|
牵引力
|
kN
|
390
|
|
26
|
配置标准钻杆
|
|
Φ317mm*5*8.76m
|
|
27
|
最大总重量
|
t
|
35
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2.2机械结构及工作原理
2.2.1机械结构
旋挖钻机是一种技术含量和机电液集成度较高的桩基础工程装备。其结构从功能上分，分为底盘和工作装置两大部分。其主要部件有底盘（行走机构、底架、上车回转）、工作装置（桅杆、钻杆、钻头、动力头等）、变幅装置(三角架、动臂、支撑杆、桅杆举升液压缸、动臂变幅液压缸等)、主副卷扬、驾驶室、液压系统和电气系统以及发动机系统等组成。如图2.1所示。
图2.1 KR125旋挖钻机总体结构示意图
