题目
目 录
1. 行走机构主要参数的拟定 ………………………………………………………………05
2. 短船液压缸的设计计算 ………………………………………………………………….06
2.1 短船液压缸的载荷力计算 ………………………………………………………….06
2.1.1 摩擦阻力F f ………………………………………………………………….07
2.1.2 惯性阻力Fm …………………………………………………………………08
2.1.3 行走风阻力F w ……………………………………………………………….09
2.1.4 轨道坡度阻力Fs …………………………………………………………….09
2.1.5 载荷力的确定 ……………………………………………………..................10
2.2 液压缸主要结构尺寸的设计计算 ......................................11
2.3 确定短船行走液压缸的型号 ………………………………………………………12
2.4 短船液压缸技术规格 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13
2.5 短船液压缸活塞杆稳定性校核 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13
3. 短船机构的总体设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16
3.1 行走小车间距的设计计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17
3.2 短船尺寸的设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17
3.3 短船上下层机构设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17
3.4 短船上下层连接轴的校核 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18
4. 小车组件的设计计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19
4.1 小车车轮的计算与校核 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20
4.2 车轴的设计计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21
4.3 选定并校核轴承 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23
5. 轨道的设计计算 ………………………………………………………………………….26
6. 焊缝的强度计算 …………………………………………………………………………28
6.1 小车构架的焊接校核 ……………………………………………………………....28
6.2 球座的焊接校核 ……………………………………………………………………29
7. 球头的强度校核 …………………………………………………………………………29
8. 短船液压缸连接部分设计 ……………………………………………………………...30
9. 球头螺栓强度校核 ……………………………………………………………………...31
10. 总结与展望 ……………………………………………………………………………. 32
11. 致谢 ……………………………………………………………………………………...33
12. 参考文献 ………………………………………………………………………………...34
摘 要
这次毕业设计的课题是YZY400全液压静力压桩机的设计, 我们是团队毕业设计, 我完成静压桩机横向行走及回转机构设计。我首先参考塔式起重机，根据行走机构的主要参数，确定液压缸的型号，然后确定整个桩机行走部分的所有尺寸并完成部件的选定，最后对尺寸、部件强度进行计算校核，包括液压缸活塞杆的稳定性、轴、轴承、球头、轨道、车轮、螺栓、销轴、焊缝的计算校核。
关键词：压桩机 ; 液压缸 ; 计算
Abstract
The task of graduate design will design a pile driver of statics YZY400 include hydraulic pressure. Our collecting will finish this task , while I will finish landscape orientation and circumgyrate framework of this pile driver . First of all , I reference tower crane and base tread framework’s parameter , then make sure model number of fluid cylinder , secondly , I make sure all dimension of tread part and chose parts , lastly , I finish to cheak all dimension and intensity , include stability of fluid cylinder’s rod 、axes 、shafting bearing 、 buld 、rail 、wheel 、 welded 。
Keywords : pile driver ; fluid cylinder ; calculate
全液压静力压桩机是利用中压油产生的强大静压力，平稳、安静地将预制桩快速压入地基的一种新型桩基础机械，已广泛用于我国沿海城市建设和旧城市改造的桩基础施工。全液压静力压桩机共有十二个部分组成，司机室、操作台、机身、压桩机构、起重机、纵行机构、横行及回转机构、配重、顶升机构、夹桩机构、液压系统、电气系统、油箱系统。
桩机对单根预制桩施加的最大静压力不大于自身的总重量（包括70%的配重块重量）。目前该类桩机自身的吨位一般为80-650t 。
随着夜压技术的发展，我国在20世纪70年代开始研制生产静压桩机。采用静压桩机将桩逐段压入土层中具有如下明显的优点：
（1）在施工过程中无震动、无噪音、无污染，在城市居住密集区施工有明显的优越性。
（2）由于桩是通过静力压入图层，桩没有受到锤击所引起的拉伸应力的冲击，因此桩内的钢筋配置和混凝土的强度均可比锤击桩要小，这样可节约桩的工程成本。经统计，与打击桩相比，静压桩可节约钢材47%，水泥12%。
（3）采用柴油锤打桩，桩周边土壤有一定程度的“液化”，因此，桩要经过一段时间“休息”后，才具有真实的承载力，静压桩在施工中不会对周边土壤产生较大的干扰，所压入桩的最终压力基本上体现了桩的实际承载力，因此施工完成后，根据压入过程的压力曲线可迅速计算出桩的实际承载力。
（4）基本上无断桩。
（5）可以直接用静压桩机对桩进行静载实验。
虽然静压桩有上述优点，但由于静压桩机要配有较多的配重，整个机器的拼装、运输及工作效率仍然比打击桩低，所以目前仍不如柴油锤打击桩与钻孔桩普及。但随着城市的发展，对噪音及泥浆污染进行越来越严格的限制，静压桩机必将越来越受到市场的重视。
我这次毕业设计的任务是完成短船行走机构与回转机构的设计和校核，短船行走机构与回转机构由船体、行走梁、回转梁、挂轮机构、行走轮、液压缸、回转轴和滑块组成。回转梁两端与底盘结构铰接，中间由回转轴与行走梁相连，行走梁上装有行走轮，正好落在船体的轨道上，用焊接在船体上的挂轮机构挂在行走梁上，使整个船体组成一体。液压缸的一端与船体铰接，另一端与行走梁铰接。工作时，顶升液压油缸工作，使长船落地，短船离地，然后短船液压缸工作使船体沿行走梁前后移动。顶升液压缸回程，长船离地，短船落地，短船液压缸伸缩使桩机通过回转梁与行走梁推动行走小车在船体的轨道上左右移动。上述动作反复交替进行，实现桩机的横向行走。桩机的回转动作是：长船接触地面, 短船离地, 两个短船液压缸各伸长1/2行程, 然后短船接触地面, 长船离地, 此时让两个短
船液压缸一个伸出一个收缩, 于是桩机通过回转轴使回转梁上的滑块在行走梁上作回转滑动。油缸行程走满，桩机可转动10°左右，随后顶升液压缸让长船落地，短船离地，两个短船液压缸又恢复到1/2行程处，并将行走梁恢复到回转梁平行位置。重复上述动作，可使整机回转到任意角度。
1. 行走机构主要参数的拟定
接地比压 ---------------0.13MPa
纵向行走最大行程---------2m
前进速度 ----------------1.4~1.5m min
后退速度 -----------------2.6~2.8m min
横向行走最大行程----------0.5m
左移速度 -----------------1.4m min
右移速度 -----------------2.8m min
转角----------------------15°
静压桩机的吨位设计计算:
静压桩机的机身总重量： M =400 （吨）
从静压桩机额定压桩的安全考虑，该桩机应设计吨位：
M =1. 2⨯400=480（吨）
2. 短船液压缸的设计计算
2.1 短船液压缸的载荷力计算
在露天工作的静压桩机, 当沿着有一定坡度的轨道行走时, 其总行走阻力包括：摩擦阻力F f ； 轨道坡度阻力F s ； 行走风阻力F w 和惯性阻力F m 。
2.1.1 摩擦阻力F f
摩擦阻力包括车轮的滚动摩擦阻力、车轮轴承中的摩擦阻力以及车轮轮缘与轨道之间
的滑动摩擦阻力。为了简化讨论，假定静压打桩机的全部载荷都作用于一个车轮上，当车轮沿着轨道滚动时，其受力情况如图1所示，沿铅垂方向有载荷重力G 以及支反力N ，当车轮在驱动力矩T 的作用下开始转动，由于车轮轨道的微小变形，支反力N 将偏离载荷G 的作用线一个距离f 。
图 1 摩擦阻力F f 计算图
由车轮的平衡条件有：
T 1 = G ⨯u ⨯d T 2 = N ⨯f
T = ⨯F f ∵ T = T 1 + T 2 = G ⨯u ⨯d +N ⨯f
∴ F f = 2T = G ⨯(u ⨯d +2f ) (2.1.1.1)
车轮轮缘与轨道侧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数K f 来考虑，得：
F f = G ⨯(u ⨯d +2f ) ⨯K f (2.1.1.2)
式中 T ───— 驱动力矩
题目
目 录
1. 行走机构主要参数的拟定 ………………………………………………………………05
2. 短船液压缸的设计计算 ………………………………………………………………….06
2.1 短船液压缸的载荷力计算 ………………………………………………………….06
2.1.1 摩擦阻力F f ………………………………………………………………….07
2.1.2 惯性阻力Fm …………………………………………………………………08
2.1.3 行走风阻力F w ……………………………………………………………….09
2.1.4 轨道坡度阻力Fs …………………………………………………………….09
2.1.5 载荷力的确定 ……………………………………………………..................10
2.2 液压缸主要结构尺寸的设计计算 ......................................11
2.3 确定短船行走液压缸的型号 ………………………………………………………12
2.4 短船液压缸技术规格 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13
2.5 短船液压缸活塞杆稳定性校核 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„13
3. 短船机构的总体设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„16
3.1 行走小车间距的设计计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17
3.2 短船尺寸的设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17
3.3 短船上下层机构设计 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„17
3.4 短船上下层连接轴的校核 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„18
4. 小车组件的设计计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„19
4.1 小车车轮的计算与校核 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„20
4.2 车轴的设计计算 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„21
4.3 选定并校核轴承 „„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„23
5. 轨道的设计计算 ………………………………………………………………………….26
6. 焊缝的强度计算 …………………………………………………………………………28
6.1 小车构架的焊接校核 ……………………………………………………………....28
6.2 球座的焊接校核 ……………………………………………………………………29
7. 球头的强度校核 …………………………………………………………………………29
8. 短船液压缸连接部分设计 ……………………………………………………………...30
9. 球头螺栓强度校核 ……………………………………………………………………...31
10. 总结与展望 ……………………………………………………………………………. 32
11. 致谢 ……………………………………………………………………………………...33
12. 参考文献 ………………………………………………………………………………...34
摘 要
这次毕业设计的课题是YZY400全液压静力压桩机的设计, 我们是团队毕业设计, 我完成静压桩机横向行走及回转机构设计。我首先参考塔式起重机，根据行走机构的主要参数，确定液压缸的型号，然后确定整个桩机行走部分的所有尺寸并完成部件的选定，最后对尺寸、部件强度进行计算校核，包括液压缸活塞杆的稳定性、轴、轴承、球头、轨道、车轮、螺栓、销轴、焊缝的计算校核。
关键词：压桩机 ; 液压缸 ; 计算
Abstract
The task of graduate design will design a pile driver of statics YZY400 include hydraulic pressure. Our collecting will finish this task , while I will finish landscape orientation and circumgyrate framework of this pile driver . First of all , I reference tower crane and base tread framework’s parameter , then make sure model number of fluid cylinder , secondly , I make sure all dimension of tread part and chose parts , lastly , I finish to cheak all dimension and intensity , include stability of fluid cylinder’s rod 、axes 、shafting bearing 、 buld 、rail 、wheel 、 welded 。
Keywords : pile driver ; fluid cylinder ; calculate
全液压静力压桩机是利用中压油产生的强大静压力，平稳、安静地将预制桩快速压入地基的一种新型桩基础机械，已广泛用于我国沿海城市建设和旧城市改造的桩基础施工。全液压静力压桩机共有十二个部分组成，司机室、操作台、机身、压桩机构、起重机、纵行机构、横行及回转机构、配重、顶升机构、夹桩机构、液压系统、电气系统、油箱系统。
桩机对单根预制桩施加的最大静压力不大于自身的总重量（包括70%的配重块重量）。目前该类桩机自身的吨位一般为80-650t 。
随着夜压技术的发展，我国在20世纪70年代开始研制生产静压桩机。采用静压桩机将桩逐段压入土层中具有如下明显的优点：
（1）在施工过程中无震动、无噪音、无污染，在城市居住密集区施工有明显的优越性。
（2）由于桩是通过静力压入图层，桩没有受到锤击所引起的拉伸应力的冲击，因此桩内的钢筋配置和混凝土的强度均可比锤击桩要小，这样可节约桩的工程成本。经统计，与打击桩相比，静压桩可节约钢材47%，水泥12%。
（3）采用柴油锤打桩，桩周边土壤有一定程度的“液化”，因此，桩要经过一段时间“休息”后，才具有真实的承载力，静压桩在施工中不会对周边土壤产生较大的干扰，所压入桩的最终压力基本上体现了桩的实际承载力，因此施工完成后，根据压入过程的压力曲线可迅速计算出桩的实际承载力。
（4）基本上无断桩。
（5）可以直接用静压桩机对桩进行静载实验。
虽然静压桩有上述优点，但由于静压桩机要配有较多的配重，整个机器的拼装、运输及工作效率仍然比打击桩低，所以目前仍不如柴油锤打击桩与钻孔桩普及。但随着城市的发展，对噪音及泥浆污染进行越来越严格的限制，静压桩机必将越来越受到市场的重视。
我这次毕业设计的任务是完成短船行走机构与回转机构的设计和校核，短船行走机构与回转机构由船体、行走梁、回转梁、挂轮机构、行走轮、液压缸、回转轴和滑块组成。回转梁两端与底盘结构铰接，中间由回转轴与行走梁相连，行走梁上装有行走轮，正好落在船体的轨道上，用焊接在船体上的挂轮机构挂在行走梁上，使整个船体组成一体。液压缸的一端与船体铰接，另一端与行走梁铰接。工作时，顶升液压油缸工作，使长船落地，短船离地，然后短船液压缸工作使船体沿行走梁前后移动。顶升液压缸回程，长船离地，短船落地，短船液压缸伸缩使桩机通过回转梁与行走梁推动行走小车在船体的轨道上左右移动。上述动作反复交替进行，实现桩机的横向行走。桩机的回转动作是：长船接触地面, 短船离地, 两个短船液压缸各伸长1/2行程, 然后短船接触地面, 长船离地, 此时让两个短
船液压缸一个伸出一个收缩, 于是桩机通过回转轴使回转梁上的滑块在行走梁上作回转滑动。油缸行程走满，桩机可转动10°左右，随后顶升液压缸让长船落地，短船离地，两个短船液压缸又恢复到1/2行程处，并将行走梁恢复到回转梁平行位置。重复上述动作，可使整机回转到任意角度。
1. 行走机构主要参数的拟定
接地比压 ---------------0.13MPa
纵向行走最大行程---------2m
前进速度 ----------------1.4~1.5m min
后退速度 -----------------2.6~2.8m min
横向行走最大行程----------0.5m
左移速度 -----------------1.4m min
右移速度 -----------------2.8m min
转角----------------------15°
静压桩机的吨位设计计算:
静压桩机的机身总重量： M =400 （吨）
从静压桩机额定压桩的安全考虑，该桩机应设计吨位：
M =1. 2⨯400=480（吨）
2. 短船液压缸的设计计算
2.1 短船液压缸的载荷力计算
在露天工作的静压桩机, 当沿着有一定坡度的轨道行走时, 其总行走阻力包括：摩擦阻力F f ； 轨道坡度阻力F s ； 行走风阻力F w 和惯性阻力F m 。
2.1.1 摩擦阻力F f
摩擦阻力包括车轮的滚动摩擦阻力、车轮轴承中的摩擦阻力以及车轮轮缘与轨道之间
的滑动摩擦阻力。为了简化讨论，假定静压打桩机的全部载荷都作用于一个车轮上，当车轮沿着轨道滚动时，其受力情况如图1所示，沿铅垂方向有载荷重力G 以及支反力N ，当车轮在驱动力矩T 的作用下开始转动，由于车轮轨道的微小变形，支反力N 将偏离载荷G 的作用线一个距离f 。
图 1 摩擦阻力F f 计算图
由车轮的平衡条件有：
T 1 = G ⨯u ⨯d T 2 = N ⨯f
T = ⨯F f ∵ T = T 1 + T 2 = G ⨯u ⨯d +N ⨯f
∴ F f = 2T = G ⨯(u ⨯d +2f ) (2.1.1.1)
车轮轮缘与轨道侧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数K f 来考虑，得：
F f = G ⨯(u ⨯d +2f ) ⨯K f (2.1.1.2)
式中 T ───— 驱动力矩