1、ZPCXJ700型支盘成型机结构及加工工艺设计摘要：支盘成型机是20世纪八十年代末期，由张俊生先生发明的挤扩多分支承力盘混凝土灌注桩技术的施工设备，已由最初的分支器经过1994年、1998年两次改进发展成为液压挤扩支盘成型机，通过大量理论研究和工况分析，支盘桩具有经济效益好，适应性强，对环境破坏小，沉降量小、施工工艺简单、单桩承载能力高等优点，对工程中节约成本具有重要的现实意义。这次设计是在继承了以上支盘成型机基本结构的基础上，通过实际工况分析后进行多处改进而完成的。具有支盘挤扩力大、拆卸方便，质量轻等优点。关键词：支盘成型机，支盘桩，增力液压缸ZPCXJ700 type Branch-tra
2、y Machine structure and processing technology designAbstract：Branch-tray Machine is a creation of Mr zhangjunsheng about Branch-tray Picket construction equipment in the 80s of the 20th century.It has improved on hydraulic pressure press-enlarge equipment through 1994 and 1998 from initial branch im
3、plement.Through a large number theoretical research and analyze.Branch-tray Picket have many advantage about great economical benefit，adaptability，cut down environmental destroy，little sedimentation,easy in operation,one picket bear the weight of big etc.There is a important benefit for reduce costi
4、ng in engineering.The design have many improve from practical work circumstances analyze though carry on the early Branch-tray Machine basic structure.It has many advantage of big press-enlarge force,convenient dismount, mass light etc.Key word：Branch-tray Machine，Branch-tray Picket，Add-force Hydrau
5、lic -pressure Urn目 录1 前言12 支盘成型机绪论22.1 基本理论22.2 支盘成型机定义32.3 支盘成型机的组成32.4 支盘成型机在施工中的常见问题42.4.1 设备的“上浮”与“下串”现象52.5 支盘成型机的产生及发展前景73 方案设计83.1 设计方案的提出及要求83.2 设计原始基本技术参数的确定93.3 机身工臂工作机构参数的确定93.3.1 工臂工作机构的计算103.4 增力液压缸行程的确定114 增力液压缸设计134.1 增力液压缸的草图设计134.2 增力液压缸各缸体内、外径的设计144.3 增力液压缸推、拉力的计算154.4 增力液压缸的主要结构件尺
6、寸设计164.4.1 最小导向长度的确定164.4.2 增力液压缸缸底壁厚的计算174.4.3 增力液压缸活塞杆直径的计算174.5 增力液压缸各连接结构件尺寸设计和校验184.5.1 增力液压缸活塞杆连接半环(半环90)结构尺寸设计及强度校验:184.5.2 增力液压缸活柱和导向套连接半环强度校验194.6 增力液压缸密封圈的选择205 机身及工臂工作机构的设计215.1 机身及工臂工作机构的草图设计215.2 机身及增力液压缸连接装置的设计及校验计算225.2.1 增力液压缸缸外壁大三半环及其连接结构尺寸设计及校验:225.3 机身及工臂工作机构主要结构尺寸的设计235.3.1 机身侧板的
7、结构设计及其截面强度效验235.3.2 销轴的尺寸设计及强度校验245.3.3 机身顶板的结构设计255.4 机身及工臂工作机构其它连接结构件的尺寸设计255.4.1 机身压头与油缸活柱头连接处的半环结构设计及其强度效验26结 论28参考文献29致 谢30附 录31I1 前言支盘成型机是20世纪八十年代末期，由张俊生先生发明的挤扩多分支承力盘混凝土灌注桩技术的施工设备，随着岩土工程技术的不断发展，桩基础技术日趋成熟，其应用范围不仅仅局限于建筑领域，在路基、桥梁、港口、深海平台、地下支护等方面的应用也日渐广泛，特别是随着计算机技术的不断应用，使桩的设计、施工及监控技术数值化，桩基技术朝着信息化方
8、向发展。通过大量理论研究和工况分析，支盘桩具有经济效益好，适应性强，对环境破坏小，沉降量小、施工工艺简单、单桩承载能力高等优点，对于土木建筑工程中节约成本具有重要的现实意义。本次支盘成型机设计是在北京俊华地基工程技术集团公司发明的分支器及第一代（夯击式挤扩支盘成型机）和第二代（液压挤扩支盘成型机）的基础上通过实际工况分析后进行多处改进而完成的。本次设计是在郭永生老师及其它各位带课老师的悉心指导下完成的，在此表示衷心的感谢。限于编者水平有限，文中错误或不足之处再所难免，恳请批评指正。2 支盘成型机绪论2.1 基本理论支盘成型机理论是建立在支盘桩的应用理论的基础上的，支盘桩是一种新的桩型，是在普通
9、灌注桩的基础上，根据不同土层可以挤扩多节支盘，提高了桩的承载能力。支盘桩是有20世纪80年代后期，由张俊生先生发明的挤扩多分支支承盘混凝土桩，是我国在建筑桩技术史上为人类做出的又一重大贡献。图2.1 支盘桩的外形结构图支盘桩是在原有等截面钻孔灌注桩的基础上发展而来的.是一种新型结构的钢筋混凝土灌注桩，它是利用仿生学的原理，根据树根的原理想象出来的，用现有的施工机具钻（冲）孔后，再向孔内放入专用的液压机扩设备，通过地面液压站控制挤扩设备弓压臂的扩张和收缩，并根据地质构造在适宜土层中挤扩成承力盘及分支。由于挤扩是三维静压，经挤密的周围土体和空腔内灌注的混泥土与桩身紧密地结合为一体，形成了挤扩支盘桩
10、，发挥了桩土共同承力的作用。其结构如图2.1所示，位于桩身最上部的承力盘，称为上支盘或顶盘；位于桩身最下端的承力盘，称为下支盘或底盘；而位于桩身中部的承力盘叫做中支盘或中盘；位于桩身最上端的分支称为上分支，如果上分支以下的桩身上还有分支，那么都将其称为中分支，桩的底部不设分支。挤扩支盘桩与普通灌注桩相比具有显著的优点：1.具有显著的经济效益。 由工况分析来看，其单方混凝土的承载力为普通灌注桩的两倍以上，即在同等承载力要求下，挤扩支盘桩比普通直孔桩节约40%-70%材料，节省工程造价20%-30%。2.对土层的适应性强。 它在内陆冲击和洪积平原及沿海、河口部位的海陆交替层及三角洲平原下的硬塑性粘
11、土、密实粉土、粉细砂层和中粗砂层等均适合作支盘的持力层，具有很强的适应性。而且不受地下水位高低的限制。3.可减少对环境的破坏。 在同等承载力的情况下与普通直孔灌注桩相比可大大减少泥浆排放量。由于采用液压挤压具有低噪音，无震动的优点，适合于人口稠密区的施工作业。4.沉将量小。 由于支盘桩特殊的结构，支盘的存在分担了桩的大部分的竖直载荷，使桩底承受的应力大大减少。桩的整体沉降量根据土层的不同一般情况下可以减少50%-90%不等。5.施工工艺简单。 支盘桩只是在普通孔桩安放钢筋笼之前增加了一道挤压支、盘工序。6.单桩承载能力高。 由于支盘桩特殊的受力机理，支盘桩的承载力是普通混凝土的灌注桩的2-3倍
12、，为预制桩的1.5-2倍。挤扩支盘桩不仅可以作为承载桩，也可以作为支扩桩、抗拔桩和承载较大的水平桩、和复合地桩。挤扩支盘桩的出现，对于解决灌注桩的许多技术缺陷，提高和改进灌注桩的承载性有着重大的影响和改进，是一项重要的新技术成果。2.2 支盘成型机定义支盘成型机由于还处于研究和不断的改进阶段，并没有形成完整统一的命名及进行系列的开发。现阶段我们对它定义为；制作支盘桩的成型机，简称支盘成型机。在支盘桩工程施工中，用于实现支、盘成型的专利建筑机械设备叫做支盘成型设备或支盘成型机。2.3 支盘成型机的组成图2.3 液压支盘成型机支盘过程主要部件图2.2 液压支盘成型机结构 液压支盘成型机是实现支盘桩
13、成型的最主要的部件，但是它只是实现支盘成型中的一部分，整个支盘成型过程如图2.3所示它是由（1）主机、（2）接长管、（3）液压站、（4）液压胶管、（5）孔口定位装置、（6）起重机组成，其工作原理为：液压油从液压站通过液压胶管注入主机的液压缸，液压缸推动主机的工臂支开形成支盘桩的盘形。液压支盘成型机结构如图2.2所示，主要由液压缸和机身两部分组成，液压缸与机身之间通过三半环进行连接，改变了以前螺栓连接弊端，可以进行方便的安装与拆卸，液压缸活塞杆的伸出端通过销轴与连接头的上端连接，连接头的下端通过销轴与挤扩工作机构中的工臂相连接；在压力液体的作用下，通过活塞杆的直线往复运动，带动工臂工作机构进行支
14、盘挤扩作业施工。2.4 支盘成型机在施工中的常见问题支盘桩施工过程中，一种特殊现象要引起特别的注意，那就是实施支盘挤扩的过程中，能明显地看到位于桩孔内的主机和接长杆随着工臂的挤扩，出现机体“上浮”或者“下窜”的现象。上浮时，机体会倾斜，同时起重机吊钩会松绳，有时上浮量会很大，达到几百毫米，这样就有可能出现机体刮削孔壁的现象，因此孔口定位装置一定要科学合理，确保接长杆的中心线与桩孔中心线重合。下窜时，起吊钢丝绳被拉紧，如果不能及时松绳，可能会导致出现起重机被拖拉倾斜的事故。所以，这个时候往往需要起重机及时松绳，但一次挤扩动作完成后，随着支盘成型机活塞杆的缩回，要操作起吊钢丝绳复位，为下一次挤扩操
15、作做好准备，以确保支盘空腔的正确位置。上浮和下窜现象的发生，在施工中一直是一个非常敏感而且有争议的问题，常常造成施工人员的恐慌，引起施工管理人员，包括工程监理甚至施工单位人员对施工质量产生怀疑。因此我们有必要对这个问题进行分析。 2.4.1 设备的“上浮”与“下串”现象如图2.2所示，支盘成型机是通过主机中的液压缸推动一个四连杆（工臂）机构运动，用工臂挤扩钻孔孔壁，型成若干分支或支盘空间。然而，由于支盘成型机结构及施工的特殊性，支盘成型机在挤扩孔壁过程中常发生如下现象：1.“上浮”现象 上浮是指支盘成型机在钻孔内实施支盘挤扩成型作业时，位于钻孔中的主机、接长管部件有较为明显的整体向上移动的现象。支盘成型机挤扩支盘作业时，在液压活塞杆的推动下，工臂从主机机身内伸出挤扩孔壁，当伸出一定量（液压缸活塞推移一定行程）时，工臂与土层接触面积达到某一值，同时地基土被挤压密实，土的反力增大到相应数值；随着工臂的继续支出，土的反力已大到足够使设备整体向上移动，便出现设备的上浮现象，如图2.4中V1方向所示，直至液压缸达到工作行程为止。图2.4 设备在钻孔中的位置及上浮和下窜此时，用于吊挂设备的钢丝
