钻机动力头箱体的铸造工艺设计

1、摘要动力刀座体系是打桩机工具最巨大的构成要素，它的产品功效好坏直接作用钻头工具整机的运转功用。然而在打桩机工具动力刀座设计工艺上，国内主机厂起步较晚，经验缺乏，缺少测试探索，致使动力刀座使用历程中障碍率高，可靠性缺乏。所以，深入探索动力刀座设计理论，改善解析它的构造中欠缺环节，提升动力刀座的可靠性，对提高打桩机工具整机运转功用有着巨大意义。论文首先阐述了动力刀座构造的构成、功用和理论，对比解析了国内外打桩机工具动力刀座的典型构造，找出不同构造之间的差异，为动力刀座设计提供参考。然后，以 XR220D打桩机工具为样机，设计了动力刀座，运用三维语言程序 Creo 创建动力刀座传动零件基座、传动齿轮

2、和设备驱动程序的样式。在此前提之上，借助有限单元解析语言程序 ANSYS 对动力刀座的关键零部件进行了理论力学解析，以了解它的不同工况下的内力、形变织构分布状况，进而找出构造中的欠缺环节，为动力刀座的改善提供根据。有限单元解析成效显示：动力刀座传动零件基座和设备驱动程序的上限内力值超过了原料的许用内力值，极限工况下容易遭到破坏，是构造的欠缺所在地。对动力刀座内旋转的关键基本单元进行模态解析，得到了前六阶固有单位时间内完成重复出现变化的次数，说明动力刀座旋转件不会发生共振。最后，本文针对动力刀座构造的欠缺环节进行改进改善，改善后验证性的进行有限单元解析，对比改善前后欠缺环节的内力，成效显示动力刀

3、座传动零件基座和设备驱动程序的上限内力值显著下降，改善后的上限内力值都在许用内力值之下，验证了改善参数的合理性。关键词：打桩机工具，动力刀座， 构造设计， 有限单元解析，改善abstractThe power tool base system is the most important component of the pile driver tool, and its product efficiency directly affects the working function of the whole drill tool. However, in the design process

4、of power tool holder of pile driver, the domestic main engine factories started late, lacked experience and test exploration, resulting in high failure rate and lack of reliability in the use process of power tool holder. Therefore, it is of great significance to deeply explore the design theory of

5、dynamic tool holder, to improve the analysis of the lack of links in its construction and to enhance the reliability of dynamic tool holder for improving the working function of pile driver tools. Firstly, the paper expounds the structure, function and theory of dynamic tool seat, compares and analy

6、ses the typical structure of dynamic tool seat of pile driver at home and abroad, finds out the difference between different structures, and provides reference for the design of dynamic tool seat. Then, taking the XR220D pile driver tool as a prototype, the power tool holder is designed, and the thr

7、ee-dimensional language program Creo is used to create the model of the power tool holder box, transmission gear and drive sleeve. On this premise, the key parts of the power tool seat are analyzed theoretically and mechanically with the aid of ANSYS program, so as to understand the distribution of

8、internal force and deformation texture under different working conditions, and then find out the deficiencies in the structure, so as to provide a basis for the improvement of the power tool seat. The results of finite element analysis show that the maximum internal force of the power tool seat box

9、and the drive sleeve exceeds the allowable internal force of the raw material, and is easily damaged under the limit condition, which is the lack of the structure. By modal analysis of the key basic elements of the rotation in the power tool holder, the number of times that the first six order inher

10、ent unit time completes the periodic change is obtained, which shows that the power tool holder rotating parts will not have resonance. Finally, this paper improves the deficiency link of the power tool seat structure, carries on the finite element analysis after the improvement, compares the intern

11、al force of the deficiency link before and after the improvement, and shows that the maximum internal force of the power tool seat box and the driving sleeve decreases significantly. The maximum internal force after the improvement is under the allowable internal force value, which verifies the rati

12、onality of the improvement parameters.Key words: Piling machine tools, power knife holder, structural design, finite unit analysis, improvement目录第一章绪论4第二章52.1动力刀座传动零件基座构成及功用52.2动力刀座传动零件基座设计62.2.1 动力刀座齿轮设计与建模72.2.1.1动力刀座设备驱动程序的设计与建模82.3传动零件基座载荷解析及它的作用92.3.1传动零件基座的有限单元样式10第三章113.1动力刀座传动零件基座有限单元解析113.1

13、.1 有限单元样式的假设113.1.1.1原料属性参数123.2网格划分133.3约束和载荷的施加143.3.1 两种工况的理论力学解析153.3.1.1 动力刀座传动零件基座构造改善17结论23致谢24参考文献25第一章绪论动力刀座传动零件基座作为全液压钻头工具上的关键部件具 有以下特点： (1)构造繁琐传动零件基座联接了液压电动机、减速齿轮 对、轴、配油套等关键零部件，它的形状特殊，设计难度 较大： (2)工艺流程长传动零件基座的主要制造历程包括铸 造、热处理、粗镗、精镗、铣削、钻削等，加工重复出现长； (3)工艺要求高 传动零件基座上分布有大小精密度与准确度和表 面精密度与准确度要求较高

14、的轴承支承孔系及安装基准面孔 系及平面之间还有严格的形位公差要求。制造难点多。 以上特点致使了全液压钻头工具动力刀座传动零件基座的制造 质量难控制，如毛坯锻造历程中容易出现锻造缺陷。 机加工历程中容易出现大小精密度与准确度或形位精密度与准确度超差的 不合格品。毛坯锻造缺陷对传动零件基座质量作用尤为突出。 在研发实践中传动零件基座铸件常出现砂眼、缩孔、缩松、气 孔、裂纹等共性锻造缺陷。如果缺陷程度较轻，且缺 陷数量较少。可以通过补焊后再加工的办法解决；如 果缺陷严重，或缺陷数量较多。只能进行报废处理。 较高的废品率和返修率致使了基本单元加工费用高、制 造重复出现长等一系列问题。动力刀座是打桩机工

15、具巨大的运转设备，它主要由托架总成和动力箱总的两大要素构成。如图 1.2 所示，托架总成包括左右连接支撑物和滑移架，功用是支撑动力刀座传动零件基座在钻桅上变动，并且传导加压油缸的加压力和提升力；动力箱总成是动力刀座的重点部件，包括变量电动机、降速器、小齿轮、大齿轮、键连接、设备驱动程序和动力刀座传动零件基座等。动力刀座传导驱动扭矩和油缸功用力给钻杆钻具。驱动扭矩的传导理论如下：变量电动机输出扭矩和转速，经过降速器和齿轮箱两次减速增扭，将动力传导到大齿轮，大齿轮和设备驱动程序固定连接，带动设备驱动程序旋转，设备驱动程序的内侧牙板和钻杆的外键条相互啮合，从而驱动钻杆旋转。油缸功用力的传导理论如下：

16、加压油缸通过销轴将力传导到滑移架，然后分二要素传导到动力刀座传动零件基座，一要素是滑移架下侧和动力刀座传动零件基座通过销轴连接，直接将力传导到传动零件基座；另一要素是滑移架上侧连接左右支撑物的上侧，左右支撑物的下侧是通过销轴连接动力刀座传动零件基座，经过左右支撑物将力传导到动力刀座传动零件基座。正如前文所述，虽然我国的打桩机工具发展迅速，然而动力刀座的设计在国内仍然处于起步阶段。我国大要素打桩机工具的动力刀座都是参考仿制国外知名产品，工艺上始终落后国际先进水平，创新缺乏，缺少自己的特点。简单的模仿制造，虽然能给企业带来眼前利益，然而缺少工艺的支撑也让国产动力刀座在实际施工中频频出现障碍。动力刀

17、座一旦发生障碍，整机必须停机维修，拆下动力刀座，检修障碍后，重新装上动力刀座方可继续运转，严重作用了施工功用。并且由于动力刀座重量大，拆装十分难度大，并且障碍类型多，障碍源并不容易发现，有时候须要耗费大量时间，严重作用了工程进度；更有甚者，失效动力刀座的障碍难以修复，须要更换动力刀座，大大增加了施工费用。所以，如何减少动力刀座 的障碍，提高动力刀座的寿命，是旋挖钻主机厂和施工厂家共同关注的问题2。本文比较了国内外典型动力刀座的构造差异，找出不同构造的优缺点，然后以徐工 XR220D 打桩机工具为探索对象，体系解析了动力刀座的主要构造构成，给出了动力刀座设计的历程，并用Creo 语言程序创建了构

18、造的三维样式，然后用 ANSYS 对关键基本单元进行有限单元解析，找出动力刀座构造中的欠缺环节，最后改进改善了动力刀座构造，对改善后的构造再进行仿真解析，比较改善前后的内力，验证了改善方案的合理性。通过改善改善了动力刀座构造的欠缺环节，有效地缓解了内力聚合现象，提高了动力刀座的可靠性。第二章2.1动力刀座传动零件基座构成及功用打桩机工具动力刀座传动零件基座主要由滑移架、连接支撑物和齿轮减速箱三要素构成，是动力刀座总成的支撑部件和密封设备。滑移架支承动力刀座并保证它的可以在钻桅导轨上做直线变动；齿轮箱给动力刀座齿轮提供封闭的运转环境，阻碍外界粉尘、泥浆进入传动零件基座内部；连接支撑物与滑移架和齿

19、轮箱构成一个三角形，平衡动力刀座的传动零件基座受力，保证动力刀座变动的可靠性。动力刀座传动零件基座在设计上有如下要求：（1）承载能力：动力刀座钻进历程中来自地层的阻力最终传导功用在动力刀座传动零件基座上。这就要求动力刀座传动零件基座具备足够的承载能力。（2）变动的灵活性：要求动力刀座传动零件基座在钻桅上变动自如，无卡阻现象，这就要求滑移架和钻桅的平面度和直线度等公差必须达到设计要求，来确保灵活的变动。（3）耐磨性：动力刀座在钻桅上的长期变动，必然会加剧导轨接触处的磨损，所以相对变动表面必须有足够的耐磨性，并且能够得到很好的润滑，才能保证动力刀座的正常运转。2.2动力刀座传动零件基座设计滑移架是

20、动力刀座的支承导向部件，通过销轴与连接支撑物以及齿轮减速箱形成固定连接，在加压工况和提升工况时，可以沿钻桅导轨变动，它的样式如图 3.2 所示。吊耳通过销轴和加压油缸连接，传导油缸的功用力。滑移架上的四个导向耳架可以沿着钻桅导轨上下滑动。导向耳架的钩爪与钻桅两侧导轨的容置槽形成滑动连接，可以在钻桅的有效长度范围内上下滑动，并保证动力刀座运转时的垂直度。动力刀座作为打桩机工具巨大的运转设备，它的齿轮传动运用闭式传动，齿轮都安装在精密加工且封闭严实的传动零件基座内，润滑及防护条件都优于开式齿轮。齿轮传动零件基座作为齿轮传动体系的基座，给动力刀座提供可靠的运转空间26。传动零件基座样式如图 3.3

21、所示，1 所在地用来布置变量电动机和降速器，2 所在地用来布置动力刀座大齿轮。 连接支撑物是为了保证动力刀座运转稳定性的辅助部件，动力刀座左右二侧各有一个连接支撑物。它一端通过销轴连接滑移架，另一端连接齿轮传动零件基座，与它们之间形成一个三角形，这样在加压油缸向上提升时，齿轮传动零件基座不会因为自身重力而下垂。图 3.4 的样式是滑移 架、齿轮传动零件基座和连接支撑物通过几何约束关系装配在一起，构成的动力刀座传动零件基座27。 2.2.1动力刀座齿轮设计与建模齿轮传动是动力刀座重点的传动方式之一。动力刀座齿轮是安装在经过精密加工而且封闭严密的传动零件基座内，防止外界杂物侵入，并且润滑良好，属于

22、闭式齿轮传动。当下，动力刀座齿轮传动基本运用一级直齿圆柱齿轮传动。为了避免齿轮根切，对于压力角为 20的 规范直齿圆柱齿轮，小齿轮齿数 Z=17，所以初步取小齿轮齿数为 18。小齿轮齿数确定后，大齿轮齿数可以根据传动比计算得出，为了使相乎啮合齿轮磨损均匀，传动平稳，大小齿轮的齿数一般互为质数， 初取齿数为 77，它的中 u 为前文提到的大小齿轮传动比28。按照齿根弯曲疲劳强度和齿 面接触疲劳强度两个准则设计计算齿轮的具体参数，成效如表 3.1 所示29。 根据已知参数，通过 Creo 语言程序创建大小齿轮的三维样式，如下图所示。 2.2.1.1动力刀座设备驱动程序的设计与建模动力刀座驱动扭矩的

23、传导路线是：电动机、花键、小齿轮、大齿轮、键连接、设备驱动程序、钻杆；动力刀座油缸功用力的传导路线是：加压油缸、滑移架、动力刀座传动零件基座、设备驱动程序、钻杆。所以，设备驱动程序是动力刀座传导扭矩和加压力的关键部件，对动力刀座的正常运转和传动可靠性起着巨大功用。设备驱动程序由牙板、连接板和套筒三要素构成2，如图 3.11 所示。牙板可以焊接或者螺栓连接在套筒内壁，三块牙板在套筒内壁的圆周方向均匀布置，牙板的外形和大小是根据最外层钻杆的外键条设计的。外圈圆环状的键连接板通过螺栓和动力刀座键连接相连，将动力传导到设备驱动程序筒，内圈三块牙板和最外层钻杆键条配合，带动钻杆旋进。设备驱动程序的类别可

24、以分为整体式、分体式两类32。整体式设备驱动程序是通过整体锻造再加工的办法制造的，工艺简单，制造方便，然而无法对牙板进行单独的热处理来强化它的承载能力，牙板一旦磨损后，无法修复，须要更换整个设备驱动程序，更换维修费用高。2.3传动零件基座载荷解析及它的作用(1)静载荷解析。对于传动零件基座承受的静载荷，只需 要解析它的在拔钻工况下受到的功用力，此时承受的静 载荷上限。拔钻时，动力刀座传动零件基座承受钻杆上的土屑和 钻杆的重力对它的形成的拉力，如果传动零件基座刚度不够，强 大的拉力使传动零件基座主面板板发生沿着钻杆方向的形变织构， 过大的形变织构量会作用大小齿轮的正常啮合，容易致使 齿轮因过载而

25、过早损坏，更为严重的可能致使面板和 挂板的焊缝裂开，造成整个动力刀座报废。 (2)动载荷解析。液压动力刀座体系运转时，动 力由液压电动机经行星减速器传导给驱动小齿轮，然 后通过回转支承减速增扭后驱动螺旋钻杆旋转，从 而实现钻杆的连续旋转钻进。在此历程中，传动零件基座承 受钻杆钻进引起的往返运动载荷以及齿轮机构啮合引发 的往返运动。如果往返运动单位时间内完成重复出现变化的次数与传动零件基座本身的固有单位时间内完成重复出现变化的次数很接 近就可能引起共振，共振容易致使焊缝裂开，降低 元件寿命，那样将大大降低动力刀座体系的使用寿命。2.3.1传动零件基座的有限单元样式(2)单元选择与网格划分 传动零

26、件基座是繁琐的三维构造通常运用四面体自由 网格划分的办法。在网格划分前简化箱壳和箱盖之间的螺栓联 接为抗变形力联接3传动零件基座的模态解析 (1)传动零件基座的固有单位时间内完成重复出现变化的次数解析 在齿轮啮合传动中所以，在设计时应使传动体系的激振 单位时间内完成重复出现变化的次数远离传动零件基座的固有单位时间内完成重复出现变化的次数。 传动零件基座的往返运动可以表示为多阶固有振型的线性 叠加，它的中低阶固有振型对构造往返运动作用较大因 此低阶振型对构造的动态特性起决定功用。传动零件基座的各阶模态单位时间内完成重复出现变化的次数(原设计)如表1所示。从表l可以看出传动零件基座的固有单位时间内

27、完成重复出现变化的次数较为分散第1阶固有单位时间内完成重复出现变化的次数较低容易受到外部激励的作用传动 体系的激振单位时间内完成重复出现变化的次数主要是轴的旋转单位时间内完成重复出现变化的次数和齿轮啮合 单位时间内完成重复出现变化的次数为了保证钻头工具在高速运转时动力刀座 的稳定性，应当提高传动零件基座的第1阶固有单位时间内完成重复出现变化的次数使它的 远离齿轮的啮合单位时间内完成重复出现变化的次数。 (2)传动零件基座的往返运动形式解析 通过振型解析可以看出传动零件基座的往返运动主要为整 体的摆动往返运动和扭转往返运动：第5、第6阶模态为传动零件基座 的局部往返运动。各阶往返运动形式如下：第

28、l阶模态的振 动形式为传动零件基座沿轴向的前后摆动上限往返运动位移发 生在传动零件基座顶部输入轴侧的边缘。第2阶是传动零件基座沿横 向的左右摆动上限形变织构的所在地与第1阶基本一 致。第3阶是传动零件基座绕l，轴的扭转往返运动，传动零件基座顶部右 侧边缘距离扭转中心最远，为往返运动时的上限位移。 第4阶是传动零件基座的收缩与膨胀箱盖中部的往返运动位移上限。第5阶是箱盖的上下摆动，表现为传动零件基座上半 要素的收缩与膨胀。第6阶是传动零件基座输入轴支承要素 绕X轴的扭转往返运动。 从前2阶往返运动形式可以看出传动零件基座顶部左侧边 缘的往返运动位移上限。主要是由于安装大小的限制， 使得左侧输入轴

29、支承要素延伸到传动零件基座主体的外部 类似于“悬臂”构造支承刚度较小，是传动零件基座的一个 欠缺环节。 4改进后传动零件基座的模态解析 在齿轮箱的设计历程中为了增加传动零件基座欠缺部 分的刚度提高传动零件基座的总体刚度对改进后的动力刀座传动零件基座重新进行模态解析得 到改进前后传动零件基座固有单位时间内完成重复出现变化的次数的对比状况，如表1所示。 从表1中可以看出构造改进后传动零件基座各阶固有 单位时间内完成重复出现变化的次数都得到了提高传动零件基座的第l阶摆动往返运动单位时间内完成重复出现变化的次数提 高了2164使得动力刀座传动体系的啮合单位时间内完成重复出现变化的次数远离 了传动零件基

30、座的固有单位时间内完成重复出现变化的次数改进后的动力刀座传动零件基座构造更加 稳定。第三章3.1动力刀座传动零件基座有限单元解析3.1.1 有限单元样式的假设虽然ANSYS Workbench自带的几何建模工具DesignModeler平台可以创建三维模 型，然而对于繁琐的样式，它建模占用时间长，功用是相当低的37。建模时，在如实反应动力刀座传动零件基座的约束状况和受力状态的前提下，为了缩短计算时间并保证计算的准确性，提高有限单元解析的可行性，须要对动力刀座传动零件基座进行简化，简化遵循以下几条原则： 1）动力刀座传动零件基座的力学样式的形状与实体构造保持几何相似，保留原有构造的受载特点，忽略

31、要素非承载件以减少单元个数。3.1.1.1原料属性参数动力刀座传动零件基座主要构造所使用的原料为Q345A钢，通过工程实践，取安全系数为1.34，探索对象的原料属性如表 4.2 所示。3.2网格划分网格的密度须要综合考虑求解时间、求解繁琐度和求解精密度与准确度的作用。网格越密，求解的历程越繁琐，求解的时间越长，所以一般在保证求解精密度与准确度的前提下，尽量减少网格的数量。动力刀座传动零件基座运用自动网格划分法，自动确定网格的密度，并对某些所在地的网格进行细化。动力刀座传动零件基座总共划分成184478 个节点，83727 个单元，如图 4.5 所示3.3约束和载荷的施加（1）工况 1 由前文的

32、解析知，工况 1 为五节钻杆全部伸出，加压油缸提供上限功用力的工况。此工况为钻进时的极限工况，动力刀座整体在此工况下基本保持静止，取动力刀座齿轮箱的下表面为固定约束。同时，五节钻杆伸出，钻进时主卷扬浮动，每节钻杆依靠它的挡环承受着它的内部几节钻杆的重力，最外层钻杆压在动力刀座上，故钻杆和钻具的总重力最后都是功用在动力刀座传动零件基座，总重力大小为 96.4kN，功用在动力刀座传动零件基座大齿轮安装所在地的凸台上表面，方向沿着 Y 轴负方向。工况 1 的约束和载荷的施加如图 4.6 所示。工况 2 约束和载荷的施加如图 4.7 所示。3.3.1 两种工况的理论力学解析（1）工况 1 内力成效解析

33、：从工况 1 的等效内力云图（图 4.8）可以看出，动力刀座传动零件基座的上限力所在地是滑移架上端固定吊耳的横向支撑物的边缘，上限内力值大小为 179.29MPa，小于许用内力值（258MPa），所以动力刀座传动零件基座在工况 1 下处于安全状态。该工况下，内力比较聚合的所在地是连接吊耳的那根支撑物，远离这个所在地，内力逐渐减小，齿轮传动零件基座虽然承受钻杆的重力，然而整体内力比较均匀，内力值在 19.9MPa 左右，远低于许用内力值。上限内力发生在上述所在地的原因是加压油缸的压力是该工况下的上限载荷，该载荷功用在吊耳的销轴孔上，通过两个吊耳将力传导到滑移架上端的横向支撑物，该支撑物内部为空形

34、，承载能力较弱，所以横向支撑物处内力聚合；如图 4.9，横向支撑物的边缘和纵向支撑物搭接，搭接处几何形变织构大且残余焊接内力等因素造成该所在地是内力上限点。（2）工况 2 内力解析成效：从工况 2 的内力等效云图（图 4.12）可以看出，钻机点头砸杆工况下，动力刀座传动零件基座的上限内力发生在安装缓冲设备的凸缘平台和传动零件基座上端面的结合处，它的值为743.17MPa，远超过许用内力值（258MPa），靠近这个所在地的内力值都比较大，所以动力刀座传动零件基座在工况 2 下将发生破坏，不能正常运转，后续必须改善设计动力刀座传动零件基座，以保证动力刀座正常运转，将在论文第五章具体解析。内力聚合处

35、发生在上述所在地的原因是钻机点头砸杆的冲击力是该工况下的上限载荷，冲击力功用在动力刀座传动零件基座，而凸缘和传动零件基座上端面的结合处恰恰是构造欠缺的环节，所以内力上限。3.3.1.1动力刀座传动零件基座构造改善前一章完成了两个极限工况下动力刀座传动零件基座的有限单元强度解析，根据有限单元计算成效得知传动零件基座在钻机点头砸杆工况下的的上限内力值为 743.17MPa，超过了许用内力，上限内力发生的所在地是安装缓冲设备的凸缘平台和传动零件基座上端面的结合处。钻机点头冲击力功用在该所在地附近并且此结合处强度不够，致使了这个所在地内力高度聚合，本章针对这个内力聚合的所在地进行改善处理，已达到改善局

36、部内力聚合状况，保证传动零件基座构造安全。传动零件基座的改善如下图所示，原来传动零件基座上端面和凸缘平台结合所在地的圆筒形状加强板大小过小，结合所在地基本是尖点接触，并且传动零件基座上端盖的厚度不够，致使受大载荷时内力高度聚合，改进的方案是重新设计传动零件基座上端面和凸缘平台结合处的圆筒形状加强板，并且合理的加强传动零件基座上端盖厚度，缓解内力聚合。式中：传动零件基座上端盖的厚度，mm； D1圆筒形状加强板的内径，mm； D2圆筒形状加强板的外径，mm； h圆筒形状加强板的高度，mm。 （2）构造改善的约束是上限内力必须小于原料的许用内力，即：（3）目标函数是设计要上限化或者最小化的数值50，

37、是评价设计优劣的规范。ANSYS 程序默认以内力、重量等目标变量的极小化为目标。本节传动零件基座改善设计的目标函数是内力的最小化，即：输入原始参数，不断的通过 ANSYS 语言程序计算解析，最终得到一组最优解，原始的设计参数和经过改善后的参数如表 5.1 所示。经过构造改善，得到最优解参数，运用参数创建最优解的样式，并在 ANSYS 中仿真工况 2 下的传动零件基座受力，网格划分、载荷施加和第四章完全相同，仿真的内力云图和位移云图如下图所示。改善后的样式在工况 2 功用下上限内力值为 217.77MPa，小于许用内力值，上限内力所在地和改善前一样；上限位移量为 0.358mm，所在地是两个支撑

38、物中间的连接杆。与原动力刀座传动零件基座相比，内力值和形变织构值均有所下降，符合设计要求。改善前后的比较如表 5.2所示。对传动零件基座形成的缺陷进行整理归类传动零件基座缺陷产 生的原因主要包含构造设计、原料选择和锻造工艺 3个方面。 (1)构造设计 全液压坑道钻头工具主要用于煤矿井下的钻孔施 工，它的外形大小受限，产品设计力求紧凑，所以传动零件基座 上多种繁琐构造相互叠加致使传动零件基座壁厚难以设计 均匀凝固历程中不易形成顺序凝固条件，局部所在地 没有良好的补缩通道，容易形成锻造缺陷。 (2)原料选择考虑到传动零件基座使用要求由于铸铁和球铁的抗冲 击产品功效较差且一旦锻造缺陷形成难以通过补焊

39、进 行修补因而传动零件基座原料选用铸钢ZG270500，因为铸 钢原料的锻造产品功效较差因而传动零件基座出现缺陷的可能 性随之增大。 (3)锻造工艺 由于传动零件基座局部构造的锻造工艺性不好容易产 生锻造缺陷，因而须要探索锻造工艺，提高传动零件基座的铸 造工艺产品功效。 综上所述提高传动零件基座成品率的措施包含改进传动零件基座构造、优选传动零件基座原料和探索锻造工艺。2传动零件基座构造解析通过对传动零件基座缺陷的探索结合PROCAST锻造缺 陷解析总结了传动零件基座构造中作用锻造的因素主要有 以下几点： (1)壁厚的设计铸件的最小允许壁厚与锻造 合金的流动性密切相关。壁厚不能太厚，超过临界壁

40、厚的铸件中心要素晶粒粗大常出现缩孔、缩松等缺 陷，致使力学产品功效降低；壁厚亦不能太薄，否则容易 出现浇不到、冷隔等缺陷。因而。须要设计合理的壁 厚，既方便锻造又能充分发挥原料的力学产品功效； (3)传动零件基座两端的轴承孔过渡部位构造的设计箱 体的两端轴承孑L周围存在大量的内凹构造致使浇 注历程中易出现掉砂，进而形成夹砂、黏砂等问题； (4)支撑座的构造支撑腿的厚度过厚，不利于 铸就： 5)第2根轴后端的凸台设计在传动零件基座的第2 根轴后端的凸台构造，因造型繁琐，浇注历程中可能 出现掉砂现象： (8)螺纹孔深度设计螺纹孔深度过大，加工时 容易将传动零件基座内部的隐性缺陷暴露出来致使传动零件

41、基座漏 油，且螺纹孔过深加工难度增大； (6)要素大小公差设计要素大小的公差带过 小，加工难度大。 3传动零件基座锻造工艺的探索传动零件基座的锻造工艺包括锻造办法的选择和锻造工 艺方案的设计2方面的内容。 (1)锻造办法的选择 砂型锻造是运用型砂作为铸型将液态金属在 重力功用下铸就到铸型中冷却凝固成型的成型办法。砂型锻造研发率高、费用低、灵活性大、适应面 广，因而传动零件基座的锻造运用砂型锻造办法。水玻璃砂 锻造工艺常用于铸钢件的大量研发。与黏土砂比较， 水玻璃砂具有型砂流动性好、易紧实、操作简便、能 耗低、劳动强度低、劳动条件好、型(芯)大小精密度与准确度高、 铸件质量好、铸件缺陷少等好处。

42、与树脂砂比较，水 玻璃砂又具有费用低、硬化速度快、研发现场无毒无 味、劳动条件好等好处。湿型锻造法的砂型(芯)无 需烘干，它的好处是研发灵活性大、研发率高，研发周 期短便于组织流水研发，易于实现研发历程的机械 化和自动化；原料费用低；节省烘干设备、燃料；能够 延长砂箱使用寿命等。因而，传动零件基座的锻造选用水玻 璃砂湿砂造型工艺。 用以补偿铸件形成历程中可 能形成的收缩，起防止铸件形成缩孔、缩松并兼有排 气、集渣、引导充型的功用。原传动零件基座的锻造工艺方案 原传动零件基座因为沿主轴的轴向两端构造均较为复 杂因而分型面通过主轴的中心将传动零件基座分为左、右 2要素。铸就体系由浇口杯、直浇道和横

43、浇道3要素构成横浇道开设在分型面上。 冒口选用了保温冒口，它是由保 温原料或者发热原料作冒口套、顶部使用保温剂的 一种冒口。保温冒El可延长冒口的凝固时间，比一般 冒口的铸件工艺出品率提高1025。冒口分布在 5个热节处首先在电动机端的主轴法兰端面设置整圈 的圆柱形保温冒口同时在电动机法兰的2个直角部位 和2个支撑座与减速传动零件基座结合处各设置一个球形的 保温冒口这些区域均属于厚壁部位，设置冒口可有 效补缩。 改进后传动零件基座的锻造T艺方案如图3所示。结论动力刀座传动零件基座锻造质量决定着钻头工具整体产品功效的高 低，也是产品在行业竞争之本，传动零件基座的锻造缺陷较多。 产品返修率和报废率

44、高，不仅作用钻头工具的研发进度 同时也增加了钻头工具的研发费用。在传动零件基座只受齿轮传动载荷时，轴承孔的上限形变织构位移为0 023 6 mm 满足齿轮传动精密度与准确度要求，且 传动零件基座有很高的强度; 即使动力刀座处在一档位强力提 拔的恶劣工况下变速传动零件基座仍具有良好的强度及 刚度 2) 通过多目标改善解析得出传动零件基座的侧壁厚度 是传动零件基座质量大小的巨大作用因素，而对传动零件基座的强度、 刚度作用不大，这为设计制造动力刀座变速传动零件基座提供指导方向运用 ANSYS 语言程序对动力刀座传动零件基座进行了静态有限单元解析，解析了传动零件基座在两种极限工况下的受力，确定了传动零

45、件基座构造在钻进极限工况下的上限内力为 179.29MPa，上限形变织构为 0.47mm；在钻机点头砸杆工况下上限内力为 743.17MPa，上限形变织构为 1.37mm。传动零件基座原料的许用内力值为 258MPa，对比发现，钻进极限工况下构造满足强度要求，不会发生破坏；钻机点头砸杆工况下，上限内力超过了许用内力，说明提钻时发生钻机点头砸杆会对动力刀座构造形成损坏，说明改善动力刀座传动零件基座，保证它的不被破坏，是很有必要的。主要改善了动力刀座传动零件基座和设备驱动程序，随后对改善后的构造参数化建模，再进行验证性的有限单元解析，证明改善后构造的上限内力和上限位移都有所下降，并且极限工况下上限

46、内力都小于许用内力值，满足动力刀座的设计要求。具体的改善成效如下：动力刀座传动零件基座改善后在钻机点头砸杆工况功用下上限内力值为 217.77MPa，改善前的上限内力值为 743.17MPa，原料的许用内力值为 258MPa。成效显示：改善前，钻机点头工况下，上限内力超过了许用内力，传动零件基座将破坏；改善后，钻机点头工况下，传动零件基座的上限内力在许用内力之下，传动零件基座构造安全可靠。致谢本论文是在我的老师某某教授的耐心指导下完成的。某某老师知识广博、内涵深远、教导严谨、严格要求和和蔼亲切，不仅只是我学生道路的指路人，也成为了我人生的向导。他在这短短的时间里，让我把学到的运用到实践中和自主

47、思考的习惯，对我未来的学习和运转路上形成了很大的作用。在此谨向某某老师表示最真诚的谢意和尊敬。它的次，感谢学校里的老师和同学，在学习中他们帮了我很多，在生活中，同学和老师一直关心我和帮助我，他们的陪伴见证的我的成长。还要感谢我的亲人，他们总是的支持着我的学习，激励着我不断努力，没有他们就没有我的今天。我会不辜负父母的期望，在以后的学习、运转和生活中努力做到最佳。最后，感谢为我答辩和评审的各位专家和评委，感谢你们对我提出的宝贵的建议和意见，感谢你们的批评和指正。谢谢！参考文献1宋金虎. 打桩机工具行业解析J. 工程机械文摘，2009.3:28-30 2宋雨. 打桩机工具动力刀座体系解析D. 长春

48、：吉林大学，2011 3徐钰琨. 打桩机工具动力体系节能控制工艺探索D. 济南：上东大学，2013 4朱俊霖. 打桩机工具变幅机构的自动控制体系探索D. 长沙：中南大学，2013 5薛建民，李来平，张强等. 打桩机工具电控设备P. 中国专利：CN200961277，2007-10-17 6黎中银，焦生杰，吴方晓. 打桩机工具与施工工艺M. 人民交通出版社，2010:118-119 7何清华. 打桩机工具探索与设计M. 中南大学出版社，2012:1-3 8郭传新，杨文军. 旋挖钻国内外发展状况及应用前景J. 建设机械工艺与管理，2002,3:27-30 9于好善. 中国桩工施工工法的里程碑打桩机

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