螺杆桩机动力头强度分析与增强设计开题报告

 2020-02-10 11:02
1.目的及意义(含国内外的研究现状分析)

1.1研究背景

螺杆形混凝土灌注桩施工技术,是一种应用于建筑基础桩施工的新技术。它所形成的螺杆桩的承载力比一般的钻孔灌注桩高出一倍以上,还节省30%的混凝土,经济效益明显。螺杆桩适用于高层建筑、高铁桥梁等基础工程,使用范围大,行业中认可度高。螺杆桩在施工过程中要采用专用的螺杆桩机钻孔。成桩时,动力头在直流电机控制下带动螺杆钻具旋转运动,同时在链条的拉力下沿主塔轨道做竖直上下移动。下钻时,动力头正钻,挤压土体形成螺杆桩圆柱段及螺纹段孔。当设计深度较长时由于钻具长度不足,需提钻至一定高度后才能继续下钻并反复多次直至达到设计深度,提钻时,动力头反转,链条带动钻具及动力头上升,采用同步技术,通过电气控制系统控制动力头转速与链条速度实现钻头旋转过程与提升过程完全同步化,成孔后提升钻杆至地面,在提钻同时管内泵压混凝土灌注,最后放入钢筋笼成桩。由于恶劣的工作环境和复杂的受力情况,螺杆桩机的钻具及动力头中零部件容易出现疲劳断裂、弯曲变形等问题,一旦出现问题,不仅需耗费大量经济时间成本检查维修,同时严重降低施工效率、耽误工程进度。因此为避免再次发生事故,必须针对失效原因进行分析并找出解决方法。图1为某型号螺杆桩机的动力头部分。


图1

螺杆桩机动力头部分包括提供动力的两个同步电机以及由两级NGW型行星轮系及一个定轴轮系组成的减速器部分。各级轮系参数如下表所示:

表1 第一级行星轮系设计参数

级数

齿轮类型

齿数

模数

变位系数

压力角

齿宽

分度圆

齿轮精度

第一级

太阳轮

13

3.5

0.543

20°

58

45.5

5

行星轮

43

3.5

0.578

20°

58

150.5

5

内齿圈

101

3.5

0.578

20°

58

353.5

7-7-8

表2 第二级行星轮系设计参数

级数

齿轮类型

齿数

模数

变位系数

齿宽

压力角

分度圆

齿轮精度

第二级

中心轮

18

5.5

0.418

129

20°

99

5

行星轮

32

5.5

0.382

129

20°

176

5

内齿圈

84

5.5

0.12

129

20°

462

7-7-8

表3 第三级定轴斜齿轮轮系设计参数

级数

齿轮类型

齿数

模数

变位系数

齿宽

法向压力角

分度圆

螺旋角

精度

第三级

斜齿轮1

18

12

0

220

20°

216

9°左

5

斜齿轮2

91

12

-0.5713

220

20°

1092

9°右

5

其中第一级行星轮系及电机输入端转速较高扭矩较小强度足够,因此强度分析与增强设计的重点在第二级行星轮系与定轴轮系部分。为了得到较为准确地分析结果,须对减速器中的各齿轮、轴、轴承、行星架等零件、标准件及减速器箱体等逐一进行强度校核计算。

1.2国内外相关研究现状

1.2.1疲劳研究现状

疲劳研究在国外发达国家开展较早,自二战以来发展迅速。2014年,C.Roux X.Lorang、H.Maitournam和M.L.Nguyen-tajan研究了一种承受多参数可变疲劳载荷的火车轮设计的评估优化方法,并且该方法结合了有限元计算和疲劳等效对结构的疲劳进行了评估,最终得出结构的失效概率是由局部的疲劳等效应力和疲劳强度分布之间的干扰来直接获得。2013年,B.Echard,N.Gayton,A.Bignonnet等学者通过已有的频域法以及应力强度法的研究对比,提出了一种疲劳设计的可靠性分析方法,克服了应力强度方法的限制,并且能够精确的对失效概率进行评估以及对影响可靠度的各种随机变量进行量化。2013年,S.Netpu和Panya Srichandr对泰国发电站一个失效的斜齿轮进行研究,通过对断裂表面的宏观与微观检查,以及对齿轮材料的微观结构和微观硬度的检查与测试,得到了疲劳断裂的原因,以及裂纹的产生位置和发展过程。2005年,Osman Asi对汽车齿轮箱里的斜齿轮进行了失效分析,指出对于齿轮的失效分析,首先要对其进行完整性评价,最终发现造成失效的主要原因仍然是斜齿轮安装不准确。Deepak malgar, N.G.S.Udupa运用3D模型和有限元分析方法对齿轮轮齿的弯曲疲劳进行分析,发现齿根圆角半径对于齿轮设计是一个重要的几何参数,并且随着轮齿齿根圆角半径的增大,齿轮最大弯曲应力会随之减少,除此之外对于齿轮寿命也会有所提高。

我国对机械疲劳的研究相比国外其他国家相对较晚,并且仅仅个别单位在上世纪五六十年代做了一些疲劳性试验工作。由于研究工作开展较晚,研究水平并不高,因此仅仅是为了处理一些实际的生产问题进行研究。自改革开放开始,我国的一些科研院所以及厂矿企业开始系统的对产品的疲劳设计方法以及材料疲劳性能进行试验研究,其中研究成果较为突出的是航空航天部门。如今我国的科研技术人员已经对疲劳产生的机制、疲劳失效原因分析以及裂纹扩展等疲劳相关问题做出了众多的工作。

您需要先支付 5元 才能查看全部内容!立即支付

该课题毕业论文、开题报告、外文翻译、程序设计、图纸设计等资料可联系客服协助查找,微信号:bysjorg 、QQ号:3236353895;