摘要................................................................................................................
第一章 绪论..................................................................................................... 1.1旋挖钻机简介.............................................................................................. 1.2旋挖钻机平台设计....................................................................................... 1.3车架的发展及几种典型车架的设计............................................................... 1.4本课题研究的重点和意义............................................................................ 第二章 平台设计过程..................................................................................... 2.1总体方案的制定........................................................................................... 2.2平台布置...................................................................................................... 2.3车架及支承板的初步设计.............................................................................. 2.4对初步设计的结果进行校核............................................................................ 2.5车架设计的改进及布置的最终结果.................................................................. 第三章 平台连接............................................................................................... 3.1梁构件之间以及梁与支承板的连接................................................................. 3.2大梁连接件以及液压缸和支撑杆连接件的设计.................................................
第四章 总结...................................................................................................... 参考文献..........................................................................................................
45吨旋挖钻机平台设计
摘要：本文结合传统设计和计算机辅助工程技术，先参考了各种其他相关机械的设计，模仿了其他
旋挖钻机的平台设计，选择了车架的类型以及车架梁的截面；确定平台上各部分尺寸，画出了平台布置图，根据受力情况完成了车架设计。然后根据《金属结构》等书选择了车架使用的材料，对连接部分进行了设计。然后工程力学相关知识进行了校核，根据校核的结果对车架进行改进得到最终的结果。
关键词：旋挖钻机，平台设计，车架，工程力学，校核
Design, Simulation and Finite Element Analysis for The Slewing
Mechanism of 45 Tons Hydraulic Hammer
Abstract：In this thesis, by the use of traditional design and computer-aided engineering（CAE）, firstly
based on the experience of the formula to determined the rotary transmission organizations of hydraulic hammer , design model parameters of bearings and the rotary motor, check the matching bolt, complete the Design and Calculation of Gear.Then by the use of Pro / Engineer CAD platform, completed the three-dimensional modeling of all parts of the slewing mechanism,assembly and interference detection.Through Mechanism modules, made sports simulation and dynamic analysis of the slewing mechanism. By the use of Pro / MECHANICA modules and ANSYS finite element analysis,finded out the largest force and failure-prone parts of gear, support beams and support plate.The analysis data verificated the previous design, at the same time ,applied references for further Optimal Design and Series Design. Key Words:the slewing mechanism,Pro/E，Pro/MECHANICA，simulation，ANSYS
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第一章 简 介
1.1旋挖钻机简介
图1.1 旋挖钻机外观图
旋挖钻机是一种适合建筑基础工程中成孔作业的施工机械。主要适于砂土、粘性土、粉质土等土层施工，在灌注桩、连续墙、基础加固等多种地基基础施工中得到广泛应用，旋挖钻机的额定功率一般为125～450kW，动力输出扭矩为120～400kN·m，最大成孔直径可达1.5～4m，最大成孔深度为60～90m，可以满足各类大型基础施工的要求。该类钻机一般采用液压履带式伸缩底盘、自行起落可折叠钻桅、伸缩式钻杆、带有垂直度自动检测调整、孔深数码显示等，整机操纵一般采用液压先导控制、负荷传感,具有操作轻便、舒适等特点。主、副两个卷扬可适用于工地多种情况的需要。该类钻机配合不同钻具,适用于干式（短螺旋）或湿式（回转斗）及岩层（岩心钻）的成孔作业,还可配挂
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长螺旋钻、地下连续墙抓斗、振动桩锤等，实现多种功能，主要用于市政建设、公路桥梁、工业和民用建筑、地下连续墙、水利、防渗护坡等基础施工。国内的专家认为：旋挖钻机在国内今后几年仍有很大的市场。故对旋挖钻机现状与结构特点分析有着十分重要的意义！旋挖钻机有三种类型，其中小型机 扭矩100kN·m，钻孔直径0.5～1m，钻孔深度40m左右，钻机整机质量40t左右。小型机的应用市场定位： （1）各种楼座的护坡桩；（2）楼的部分承重结构桩；（3）城市改造市政项目的各种小于1m的桩；（4）适用于其他用途的桩。小型机的市场工作量覆盖比例达到30%以上。 旋挖钻机在二战以前首先在美国卡尔维尔特公司问世，二战之后在欧洲得到发展，1948年意大利迈特公司首先开始研制，接着意大利、德国开始发展，到了70～80年代在日本得到快速发展，当时日本称之为回转斗成桩，也叫阿司特利工法（EarthDriII），在德国、日本这类工法相当普遍。我国在80年代初从日本引进过工作装置，配装在KH-125型履带起重机上。 最近几年我国旋挖钻机取得了快速发展。各厂商纷纷涉足旋挖钻机的生产，目前国内外生产旋挖钻孔机厂商有近二十家。 目前国外产品最大扭矩可达360kN·m，发动机功率达448kW，钻孔直径4m，钻深90余米等，品牌主要集中于土力、宝峨、意马、麦特、卡萨格兰第、巨力、日本产小扭矩旋挖钻机。目前国外的旋挖钻机一般都设有摇管装置、由两个或三个液压马达驱动的大扭矩动力头（可配套管连结器）、液压系统采用恒功率变量自动控制、自锁互扣钻杆、先进的监控仪表（如发动机和液压系统自动监测和报警系统、钻孔深度显示、钻桅自动测斜纠偏装置），同时配有各种保险装置（如防止带负载起动，卷扬机超高限位等），但各家公司的旋挖钻机都有自己的技术特点。
1.2旋挖钻机平台设计
平台的主体部分是车架，另外加上用以加强的支承板以及一些主要的连接件和固定装置。所以车架的设计是主要部分。
评价车架设计的好坏，应该清楚的知道旋挖钻机在行进和工作的过程中车架所承受的各种不同的力。
车架在实际环境下要面对的4种压力 1.负载弯曲（Vertical bending）
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从字面上就可以十分容易的理解这个压力，部分汽车的非悬挂重量（unsprung mass），是由车架承受的，通过轮轴传到地面。而这个压力，主要会集中在轴距的中心点。因此车架底部的纵梁和横梁（member），一般都要求较强的刚度。 2.非水平扭动（longitudinal torsion）
当前后对角车轮遇到道路上的不平而滚动，车架的梁柱便要承受这个纵向扭曲压力 （longltudinal torsion），情况就好像要你将一块塑料片扭曲成螺旋形一样。 3.横向弯曲（lateral bending）
所谓横向弯曲，就是汽车在入弯时重量的惯性（即离心力）会使车身产生向弯外甩的倾向，而轮胎的 抓着力会和路面形成反作用力，两股相对的压力将车架横向扭曲。 4.水平菱形扭动（horizontal lozenging）
因为车辆在行驶时，每个车轮因为路面和行驶情况的不同，（路面的铺设情况、凹凸起伏、障碍物及 进出弯角等等）每个车轮会承受不同的阻力和牵引力，这可以使车架在水平方向上产生推拉以至变形，这种情况就好像将一个长方形拉扯成一个菱形一样。 如果车架在某方面的韧性(stiffness)不佳，就算有再好的悬挂系统，也无法达到良好的操控表现。
1.3车架的发展及几种典型车架的设计
1.3.1车架的发展
“车架”这个名称原本是从法文的“Chassis”衍生而来的，早期所使用的车架，大多都是 由笼状的钢骨梁柱所构成的，也就是在两支平行的主梁上，以类似阶梯的方式加上许多左右相连的副梁制造而成。车体建构在车架之上，至于车门、沙板、引擎盖、 行李厢盖等钣件，则是另外再包覆于车体之外，因此车体与车架其实是属于两个独立的构造。这种设计的最大好处，在于轻量化与刚性得以同时兼顾，因此受到了不少制造商的青睐。
由于钢骨设计的车架必须通过许多接点来连结主梁和副梁，加之笼状构造也无法腾出较大的空间，因 此除了制造上比较复杂、不利于大量生产之外，也不适合用在强调空间的四门房车上。随后单体结构的车架在车坛上成为主流，笼状的钢骨车架也逐渐改由这种将车 体与车架合二为一的单体车架所取代，这种单体车架一般以“底盘”称之，也就是衍生自英文的 “Platform”。
大梁式和承载式车架是占绝大多数的主流车架形式，但它们都分别有着显著的缺点，即笨重和刚度不足。于 是近年出现了融合这两者优点和车架设计方案，三菱PAJEROIO的独创车架，在承载式结构的车厢底部增加了独立的钢框架，可以认为是简化的大梁结构，从而在保证刚度的同时，重量和重心又比大梁式结构大为下降。另一个例子是本田
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S2000，由于对性能要求很高，而敞篷车 身的刚度不足，于是在承载式车架的底部加焊了类似大型横梁的补强结构，从而增强了刚度。今后这种“杂交”车架的形式肯定会更层出不穷。
1.3.2起重机车架设计
起重机车架设计在《金属结构》一书中名为起重机底架设计。底架是整个起重机的支承骨架，一般有两种形式：一种是利用汽车底盘进行改装，由于汽车车架的强度和刚性不适应起重机繁重的作业条件，故必须在原汽车车架上增设副车架，从而增强车架的强度与刚性，这种形式的车架工艺比较简单，适用于小吨位的轮式起重机，另一种是专用起重机底架，底架的刚度和强度都可以根据作业的需要进行设计。
底架结构是随汽车起重机技术的发展而不断进步的。底架的横截面由开式厚板架构向闭式薄板结构演变。在闭式薄板结构中，带横向隔板的箱形底架逐渐成为典型结构。 底架是一个受空间力系的复杂超静定结构，目前厂家多采用常规的解析法进行初步设计计算，然后用有限元法进行校核。
1.3.3挖掘机车架设计
挖掘机车架设计在《金属结构》一书中名为挖掘机转台设计。转台前半部分用来安装所有的工作机构、司机室等。转台后半部分主要动力设备和平衡重。
挖掘机转台多采用纵横梁组成的平面框架结构，其上铺设盖板。转台的主要承载部分是由合金钢板焊接而成的箱形主梁，动臂和动臂液压缸支承在主梁上的A型架上。大中型挖掘机支承多采用双A型架式转台，而小型挖掘机多采用单A型架式转台，其主梁下的衬板和支承环与回转支承连接。转台由于结构复杂，精确计算较为困难。初期设计，一般多采用简化的方法进行计算。实际上转台的高次超静定结构不可能按照结构力学计算方法进行力学分析，可采用通用有限元软件在计算机上进行。
1.4本课题研究的重点和意义
本次研究重点在于了解熟悉工程机械的工作原理、车架的结构、平台的合理布局，最主要是车架的设计以及强度和稳定性的校核。综合运用所学的理论知识、基本的计算机操作和绘图能力，熟悉技术研究的步骤和规章，尽自己所学，尽自己所能，尽多投入时间和精力完成代表十六年学习成果的毕业设计。
人工钻孔，劳动强度大，耗时长，效率低，而且所成孔直径、深度都有限制，于是需要旋挖钻机。随着社会的进步，施工中对孔要求越来越高，所以对旋挖钻机要求也越来越高，旋挖钻机就得到了肯定并且短时间飞速发展，小型旋挖钻机开发在旋挖钻机开
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发中算是偏安一隅。通过本课题的研究培养我们获取信息、综合运用理论知识、基本技能、应对和处理问题的能力。是我们对四年所学知识和技能进行系统化、综合化运用、总结和深化的过程。通过考察、立题、收集素材、设计方案、工艺制作等过程，检查我们的思维能力、创造能力、实践能力和掌握技艺的深度。促进我们养成良好的工作习惯，提高办事效率，为将来走向社会岗位奠定良好的基础。
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第二章 平台设计过程
设计参数： 宽度要求不超过3000mm，重量不超多4吨，长度无要求但不宜过长，厚度无要求但需满足强度要求而且不宜过高。
2.1总体方案的制定
参照其他制造商旋挖钻机平台设计，类似于挖掘机，本次设计平台已车架为主体；用支承板提高强度，加强连接；然后用适当的方式连接其他部分。 2.1.1车架梁材料的选择
工程机械金属结构选材原则应是首先保证结构安全可靠，满足使用要求；其次是尽可能满足用材的经济性；再次是符合有关设计规范选材规定。选材主要考虑下列因素。 （1）金属结构的类型
板梁结构多选用碳素结构钢轧成的板材，板材厚度不宜小于6mm，如有特殊防腐层时，可不小于5mm。
工程机械金属结构常用钢材有Q235、Q345、Q390、Q420. （2）金属结构的载荷性质
结构承受不同性质的载荷，应选用不同的钢材。旋挖钻机车架不需承受动力载荷或交变载荷。低合金钢静力强度很高，对低温敏感性低，耐腐蚀性强，可焊性好，在由强度来决定构件截面尺寸时，选用选用低合金钢才能充分发挥静强度高的优点，同时达到省材和降重的目的。 （3）金属结构的工作温度
对低温工作的工程机械金属结构，应选用低温敏感性低，冲击韧性较高的材料，如Q235、Q345，而不采用沸腾钢和半镇静钢。 （4）金属结构的工作环境
对于在露天工作且存在腐蚀性介质的工程机械金属结构，应选用具有腐蚀性能的材料，如质量等级为C的碳素结构钢。
综上所述，最适宜的材料是Q235，所以车架梁材料选用Q235，以下表格是Q235的一些基本属性：
表2—1：
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2.1.2车架种类的选择
车架主要有梯形车架、一体式金属车架、一体式碳纤维车架。
梯形车架还有一个更为人熟知的名称—阵式车架，是最早出现的车架形式。顾名思义，梯形车架的样 子就好像一条平躺着的梯子由两条纵向的主粱，结合许多大小(粗细)不同的副横梁所构成的，有些情况还会加上斜梁作巩固。
使用梯形车架主要是看中它车身和底盘分离的设计，车架和车壳作非固定连接，如果是一体式车架的话，很有可能随时扭到连车厂都不认得这是自己造的车！梯形车架的非水平扭曲刚性其实并不理想，一样会产生大幅的扭动，分离式车身正好阻止了车壳的扭动。另外这种车架的前向抗曲能力(即对抗前方正面撞击力的能力)非常的强！由于梯形车架的负载抗曲能力高，而车架先天造就平台造型，对语营造空间有极其正面的作用。
使用一体式车架的机械，整个车身的外壳本事就属于车架的一部分。所以它不同于传统的梯形车架或者管式车架，需要在车架外包裹外壳。事实上，按严格的定义来说，一体式车架都是由不同的组件装嵌而成的，其中最大的一块就是地台， 其余的如车顶、侧板大小各异，所有的板件都是由高压压模机压制出来的，利用机械臂做电焊处理，有的甚至使用激光焊接技术。而且一体式车架先天拥有良好的撞击保护能力，车头以及车尾加装副车架一方面有利于吸收撞击所造成的冲击力， 另一方面对车架行驶的刚性也有所帮助。！
一体式车架一个明显的缺陷就是一体式车架因为使用大量的金属，重量偏高。外壳的作用主要是用来营造理想的空间效果，而车架的设计主要由金属钢片构成，虽然钢片已经作了开坑的加强韧度处理，但是在物理结构上的刚度，特别是非水平扭动 (longitudinaltorsion)，始终不及钢管式车架。如果以重量和刚性比来作比较的话，使用同等金属重量所制作出来的一体式车架是所有车架中刚性表现最不济的。旋挖钻机受冲击的机会很小，选用一体式车架并无优势。
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碳纤维质量轻，强度和硬度是钢材的两倍，但价格昂贵；虽然它很坚韧，但是却有受力向度的问题，也即是说，整体中的某些部位不太能受力。所以旋挖钻机平台的车架不宜选用。
所以本次设计选用梯形车架。
2.1.3 车架梁构件设计
工程机械金属结构中，有大量主要承受横向载荷的受弯构件，它们或被单独使用，或按一定的规律组合起来形成整体结构，例如各种工程机械的车架，就是由横梁和纵梁组合而成的整体结构。实腹式受弯构件简称梁。实腹式梁又分为型钢梁与组合梁。型钢梁可直接作为构件使用，不需要组装，加工简单，成本低，一般在跨度与载荷较小的情况下优先采用。如用做各种工程机械的车架；或经过加强后用于做单梁起重机主梁。由于受到轧制条件的限制，型钢截面尺寸和截面质量分布有一定局限，当型钢梁规格不能满足使用要求时，就可以采用组合梁。组合梁有焊接和铆接两种，在工程机械金属结构中，主要使用焊接组合梁，其主要优点是能按使用要求合理分布材料，但制造成本高于型钢梁。最常用的焊接组合梁为工字型截面梁和香型截面梁。箱型截面抗弯刚度大，稳定性好，常用于跨度大且梁的高度受到限制或抗扭刚度要求高的情况。
本次设计是小型旋挖钻机，工况并不复杂，车架梁跨度和载荷较小，为节约成本，简化制造工艺，采用型钢梁，并使用简单的矩形截面。 主梁截面尺寸如图2.1.1所示：（单位：mm）
图2.1.1主梁截面图
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辅助小梁截面如图2.1.2所示：（单位：mm）
图2.2.2 辅助小梁截面图
2.2平台布置
2.2.1总体方案
参照其他制造商的旋挖钻机设计，类似于挖掘机转台布置，将主要工作机构（变幅机构、钻杆、桅杆、主卷扬、钻具等）和驾驶室布置在平台前半部分，因为这样方便操纵者驾驶旋挖钻机，方便操纵者控制旋挖钻机进行工作。底盘的回转支承从车架下面支承整个平台。为了平衡整机、使整机重心落在底盘的回转中心，同时利用好平台的空间，将油箱、辅助卷扬、发动机布置在平台的后半部分；用于平衡和保护的配重布置在车架尾端。
2.2.2平台上各部分尺寸 A.发动机
根据同组成员给出的数据，本次课题需选用的发动机功率为132KW，经过在市场上的搜索，结合性价比和尺寸重量等，选用康明斯发动机，型号为6BTA，以下是康明斯6BTA的基本参数 长 1181mm 宽 675mm 高 1127mm 额定功率 180马力
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重量 453KG B.辅助卷扬
同组成员选择的辅助卷扬型号是 ，下面是 的尺寸 长 772mm 宽 700mm 高 640mm C.油箱
本型旋挖钻机需要储存1立方米的油量，加上油箱上的零部件需要1.5立方米的空间，重量约为1吨。为了方便布置，油箱长度约等于发动机长度，取1200mm，宽度取1000mm，高度H=1.5mD驾驶室 驾驶室尺寸： 长 1500mm 宽 1000mm 高 1500mm E回转支承
回转支承在平台下面，支承起旋挖钻机上机部分 同组总体设计着给出的尺寸是 长宽各1700mm，厚200mm F配重
配重与车架同宽，厚200mm，高根据最终重量决定，约1000mm.
2.2.3平台布置具体方案
配重用于平衡整机、保护平台，故布置于平台尾端。驾驶室依据我国惯例（驾驶者在左边操作）布置于平台前半部分左边。辅助卷扬在布置时考虑到钢绳与滑轮的摩擦、避免钢绳摆动时打到桅顶，将辅助卷扬布置在平台后半部中间。由于油箱比发动机重约半吨，因此油箱布置在驾驶室的另一侧——右侧，发动机布置在布置在驾驶室同一侧——左侧。剩下就是支承起主要工作机构（变幅机构、钻杆、桅杆、钻具、主卷扬等）的连接件，由同组成员给出的数据（回转半径870mm，液压杆与支撑杆与车架连接处靠近回转中心，变幅大梁连接件在回转半径圆边缘），平台前半部分留出1990mm（1740mm+250mm）*1740mm的空间。
布置简约图如图2.1.1所示：
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3÷1.2m÷1m=1.25m。
图2.2.1平台布置简约示意图
2.3车架及支承板的初步设计
由辅助卷扬的长度772mm、油箱的宽度1000mm、需留间隙，算出车架宽度的一半
772÷2+1000=1386mm，取1450mm，即留间隙1450-1386=64mm。车架宽度即1450×2=2900mm。
由配重宽度200mm、油箱长度1200mm、回转支承长度1700mm、大梁连接件约250mm以及间隙350mm（配重与油箱间约100mm、油箱与大梁支承件间约250mm)，车架（不包括驾驶室支承梁）长度约200+1200+1700+250+350=3700mm。取3676mm，配重与油箱距离104mm。设计支承梁时，发动机、辅助卷扬和油箱将共用支承横梁，所以使他们中心线在一条直线上，所以配重与发动机距离113mm
（(1200-1181)÷2+104≈113），配重与发动机距离354mm（。 （1200-700）÷2+104=354） 所以首先用两根2900mm的横梁和两根3676-2×40=3596mm的纵梁做车架的基本框
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架。
配重下面横向布置一根辅助小梁用以支承配重，距离配重下面主横梁200-40-20=140mm。
发动机、辅助卷扬、油箱下面布置两根主梁用以支承发动机、辅助卷扬、油箱，两根距离480mm，第一根距离辅助小梁104+(1200-480）÷2=464mm。
回转支承上布置两根纵梁，距离870×2-40×2=1660mm，两根回转支承纵梁分别距离两侧纵梁长度一直延伸到油箱下面的横梁，因为车（2900-870×2-40×2）÷2=540mm。架主要是中间受弯矩，这样有利于提高强度。
驾驶室下布置两根段纵梁，两根距离300mm，第一根距离车架边缘200mm，长度1500-730=770mm。
为提高车架强度，布置两块支承板：主支承板和驾驶室支承板，驾驶室支承板长1500mm，宽1000mm，厚30mm。位置同于驾驶室布置位置，左侧伸出车架3000-2900=100mm，后端根据车架上的空间伸入730mm。
主支承板由两端构成，前段宽870×长236+1700+870-1700/2=1956mm，2=1740mm，236mm是指大梁连接件超出回转支承部分。后端宽1140mm，长
3676-1956+870-1700/2=1740mm。有同组成员提供的数据，在主支承板前段打三个孔用以放液压缸，主支承板是对称设计，中心线距离两端各2900÷2=1450mm。中心孔直径200mm，圆心位于中心线上、距离前端端面870mm，另外两孔位于中心孔两侧，直径330mm，圆心Y向距离中心孔圆心600mm，X向距离180mm（即距离前端端面1050mm）。 为了安装回转支承，在以中心孔圆心为圆心，843mm半径的圆上均匀布置40个直径26mm的安装孔。 所以整个车架重量约
m=ρV=7.8×(2.9×0.2×0.12+3.5×0.16×0.12+0.03×1.95×1.74+0.03×1.74×1.14)=2.325T，
加上蒙的薄板，约2.5T。
2.4对初步设计的结果进行校核
2.4.1配重重量计算
设配重重量X吨，以回转中心为原点，纵向为X轴、横向为Y轴建立水平坐标。 由设计过程或图上量得的数据得平台上各部件重心水平位置，下面是各部件重量和水平位置
部件 重量 水平位置（X，Y） 配重 X （-2726，0）
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发动机 0.5T （-1922，1113） 油箱 1T (-1922，-950) 辅助卷扬 0.5T (-1922，0） 驾驶室 1T （870,1050） 钻杆 3.5T （2470，0） 钻斗+土 1T （2470，0） 桅杆 4T （1410，0） 车架 2.5T （-988，0） 为了满足上机重心位于回转中心或回转中心附近，则
-2726X-1922×（0.5+1+0.5）+870×1+（3.5+1）×2470+4×1410-2.5×988=0 X=4.2
取配重重量4吨。
计算Y向上机重心偏心距离
1113×0.5-950×1.5+1050×1Ly==10.0。
4+0.5+1+0.5+1+3.5+2.5+1+4满足要求。
2.4.2车架强度校核 1.配重区 受力图如图2.4.1：
图2..4.1配重受力梁受力图 F=4T×9.8N/kg=3.92×104N. S=2.9×0.06=0.174m2
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104F3.92×压应力P===2.25×105Pa.
S0.174由此可见，压应力很小
对图2.4.1的危险截面进行校核：
0.883.92×104NF42•xd弯矩M=∫==1.0510N•m. •x/2×0x01.45mL0.88[]受弯梁截面图如2.4.2（单位：m）
图2.4.2配重区受力梁截面图
0.2×0.1230.14×0.1230.06×0.1234-惯性矩Iy==m
121212抗弯系数W=
Iyymax=1.44×10-4m3
M1.05×104N•m≈弯曲应力σ=72.9MPa，满足要求。 =-43W1.44×10m 2.油箱区
受力图如图2.4.3（单位：m）
图2.4.3油箱区受力梁受力图
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F=1T×9.8N/kg=9.8×103N.
0.88F9.8×103N2xd=x/2≈3.8×103N•m. M=∫0x0L1m0.88[]抗弯梁截面图如图2.4.4（单位：m）
图2.4.4油箱区受力梁截面图
0.56×0.1230.48×0.1230.08×0.1234-=m 惯性矩Iy=
1212120.08×0.123 抗弯系数 W===1.92×10-4m3.
ymax6M3.8×103=≈20MPa，满足要求。 弯曲应力σ=-4W1.92×10Iy3发动机区
受力图如图2.4.5所示（单位：m）
图2.4.5发动机受力梁受力图 F=0.5T×9.8N/kg=4.9×10N
0.88F4.9×1032xd=x/2 弯矩M=∫2.66×103N•m. 0.205≈x0.205L0.6750.6753
[] 16
受弯梁截面、惯性矩、抗弯系数同油箱区
M2.66×103=≈ 弯曲应力σ=13.85MPa，满足要求。 -4W1.92×104回转支承区
受力简图如图2.4.6所示（单位：m）
图2.4.6
图中F1表示配重重力，F2表示油箱重力，F3表示辅助卷扬重力，F4表示发动机重力，F5表示变幅大梁的对车架的作用力。 a.对于危险截面1—1： 各力弯矩的计算
M1=3.92×104N×1.876m=7.35×104N•m.
M2+M3+M4=2×9.8×103×1.072=2.1×104N•m 变幅大梁的力分情况考虑
拔钻工况下，车架受拉力，F5max=1010kN，
6662288M5=1010×=2.6×105N•m. 103N×(922×)×22882383
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对危险截面的总弯矩M总=M5-M1-M2-M3-M4=1.66×105N•m. 压钻工况下，车架受压力，F5max=310kN，
6662288M5=310×=7.99×104N•m. 103N×(922×)×22882383对危险截面的总弯矩M总=M5+M1+M2+M3+M4=1.744×105N•m.. 因此对压钻工况进行校核
受弯构件如图2.4.7所示（单位：m）
图2.4.7
设形心位于x轴
80×160+1740×30/2=21mm y2=
1740惯性矩Iy=
∫0.009-0.021ydA∫ydA
0.0090.1290.00920.1292 =1.74×y3/3-0.021+0.16y3/30.009 =1.2×10-4m4
[]Iy[]1.2×104抗弯系数W===9.3×10-4m3
ymax0.129mM1.744×105==187MPa，满足要求 弯曲应力σ=W9.3×10-4
对于危险截面2—2 各力弯矩计算 各力弯矩的计算
M1=4.9×104N×1.64m=.8.03×104N•m.
M2+M3+M4=2×9.8×103×0.836=1.64×104N•m 总弯矩M总=M1+M2+M3+M4=9.67×104N•m. 受弯构件截面如图2.4.9（单位：m）
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图2.4.9
设形心位于x轴
80×120+1140×30/2=20mm y2=
1140惯性矩Iy=
22yd+y∫A∫dA-0.020.010.010.13
0.13 =1.14×y3/3-0.02+0.08y3/30.01 =6.2×10-5m4
[]Iy0.01[]6.2×10-5抗弯系数W==≈4.76×10-4m3
ymax0.13mM9.67×104==203MPa，满足要求。 弯曲应力σ=-4W4.76×10
2.5车架设计的改进及布置的最终结果
2.5.1部分改进
在校核过程中可以看出中间一根横梁基本无作用，所以去掉，将主支承板下的两根纵梁延长至油箱下的横梁。
在距离车架前半部分的横梁1386mm的位置布置三根根宽10mm，厚120mm的横梁。中间一根的布置是由于液压杆支撑杆等的压力容易造成支承板受弯局部变形，用以加强：两边两根的布置是由于考虑到装配维修等工作时，方便操作者踩上去。
校核过程中可以看出驾驶室支承板底下的两根小纵梁受力很小，为了节省材料，降低车架重量，将他们改成20nn宽。
2.5.2最终结果
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平台布置的最终结果，各部分分尺寸及布置位置见平台布置示意图。
第三章平台连接
3.1梁构件之间以及梁与支承板的连接
工程机械金属结构的事故很多是发生在连接处。由于连接处的加固比构件的加固更困难，连接又是工程机械金属结构的重要环节，因此必须保证连接可靠，提高工程机械的寿命。工程机械金属结构的连接方法有焊接连接、螺栓连接、铆钉连接、和销轴连接等。不同的连接方式连接效果不尽相同。
螺栓连接是工程机械常采用的一种连接方法。螺栓连接具有装配方便、迅速、质量可靠的优点，常用于结构安装连接或需要拆卸的结构中。缺点是构件截面被削弱，连接易松动。本次设计的车架不需要拆卸，而且构件截面被削弱，连接易松动都是致命弱点，所以不宜采用螺栓连接。
铆钉连接是很早就采用的一种连接方法。其优点是，铆钉连接的韧性和塑性较好，传力均匀，连接可靠，并且质量易于检查。特适合由可焊性较差的钢材制造的结构中。但铆钉连接制造费工、费时，用料多，钉孔削弱了构件截面，降低了构件受拉时的承载能力。因此本次设计不宜采用。
胶合连接对构件的截面无削弱，也无残余应力和变形问题，但胶合连接强度低，无法满足本次设计的要求，不宜采用。
焊接连接经过近几十年的工程实践和研究，已日趋完善。焊接与其他连接方式相比，其优点是不削弱构件截面，能简化结构的构造，减轻结构质量，省料、省工，易于机械化和自动化施工，焊接已成为工程机械金属结构中最主要、应用最普遍的连接方法。其缺点是，由于焊接是局部加热，因此会带来一些问题，如焊接接头在热影响区出现脆性和软化组织，必然影响材料的性能，使材料性能下降，同时不可避免地在焊缝中产生残余应力和残余变形以及由焊接构造和焊接工艺缺陷所引起的应力集中，而且焊接质量检验困难。但本次设计最适宜的连接方法莫过于焊接连接，因此选用焊接连接。
3.2大梁连接件以及液压缸和支撑杆连接件的设计 3.2.1大梁连接件的设计
设计参数，以回转中心为原点、车架纵向为x轴，横向为y轴，
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大梁末端中心坐标（-852，±340，922）。
由于大梁与大梁连接件有相对运动，故宜采用销轴连接。 由销轴剪切强度验算公式
QS16Q=×2≤τ τmax=
Ib3πd2[]16Q16×1088×103==9235mm2 d≥3τπ3×200×π[] d≥96mm 取d=100mm。
先以图3.2.1梯形加矩形形状衬底，厚20mm。矩形布置主板，梯形上布置加强筋。
图3.2.1大梁连接件衬底图
主板形状如图3.2.2（单位：m）
图3.2.2大梁连接件主板图
主板厚40mm。
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在梯形上布置两块高496mm,宽100mm,厚20mm的加强筋,如图3.2.3所示:（单位：m）
图3.2.3大梁连接件加强筋位置图
最终大梁连接件三视图见附录零件图。
3.2.2支撑杆连接件的设计
由于支撑杆与支撑杆连接件有相对运动，故宜采用销轴连接。 由销轴剪切强度验算公式
QS16Q=×2≤τ τmax=
Ib3πd2[]16Q16×797×103==6265mm2 d≥3τπ3×200×π[] d≥79.1mm 取d=80mm。
销轴两端各30mm，压在连接件上，中间80mm用以支承支撑杆。 先用长267mm，宽140mm的矩形衬底，厚30mm。
然后在衬底上两端各布置一个形状如图3.2.4所示的连接板，用以支承销轴。
图3.2.4支撑杆连接件主板图
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最终支撑杆连接件三视图见附录零件图。 3.2.3液压杆连接件的设计
液压杆连接件采用与支撑杆连接件相同的底座。
但由于布置位置，底座会遮住主支承板中心孔，因此必须移动位置，让液压杆与支撑杆共用一个主板，各使用15mm。下面对这样的设计进行校核。
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第四章 总 结
大学的最后一个学期，我们修了大学的最后一门课——毕业设计，这是毕业前的一次洗礼，是对我们大学生活最后一次总结。
两个多月里，我们放松过，也着过急，熬过夜。虽然平时学业不精，人也懒惰，但我还是认真投入了，查阅资料、评常识判断自己设计、校核，虽然做得不好，最后还是磕磕绊绊的完成了它，心里有一点小小的成就感。最后这一段时间，看到许多同学急急忙忙地赶，让我觉得有周老师和谭浩学长带我们做毕业设计真的很幸运，我衷心地感谢周老师和谭浩学长的指导与监督。这次毕业设计中，我觉得自己有时过于放松，每次放松不能及时刹车、浪费大把的时间，遇到困难不及时解决，不对比做得好的，喜欢拿做得慢的做比较，这是今后人生道路上必须得克服的一个致命缺点。虽然有缺点，但也不乏优点，我十分重视毕业设计，精神上从没有过放松，虽然内容不多，但都是自己做的，没有抄袭，这也是我诚实守信的一个表现。
通过这次毕业设计，我熟练掌握了CAD二维制图的基本操作，熟悉了设计过程，对大学所学的专业知识进行了回顾与掌握，各种技能都得到了提高。对掌握知识与技能的意义有了一个新的认识。总重要的是我明白了一个人生的道理：获得人生的成功，需要的专注与坚持不懈多过天才与机会。
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参考文献
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