長螺旋鉆機(jī)麻花鉆頭鉆進(jìn)過程模擬及結(jié)構(gòu)優(yōu)化.pdf

1、中圖分類號(hào)UDC碩士學(xué)位論文學(xué)校代碼!Q塑密級(jí)公開長螺旋鉆機(jī)麻花鉆頭鉆進(jìn)過程模擬及結(jié)構(gòu)優(yōu)化DrillingSimulationOfTwistDrillTipOfLongSpiralDrillAndStructuralOptimization作者姓名：學(xué)科專業(yè)：研究方向：學(xué)院(系、所)：指導(dǎo)教師：許建軍機(jī)械工程機(jī)械設(shè)計(jì)及理論機(jī)電工程學(xué)院胡仕成(副教授)論文答辯日期—坐步了答辯委員會(huì)主席中南大學(xué)2013年5月長螺旋鉆機(jī)麻花鉆頭鉆進(jìn)過程模擬及

2、結(jié)構(gòu)優(yōu)化摘要：長螺旋鉆機(jī)是樁工機(jī)械類產(chǎn)品的一種，由于具有設(shè)備成本低、適用范圍廣、樁基質(zhì)量好、單樁承載力高、噪聲少、無泥漿污染、耗用鋼材少等優(yōu)點(diǎn)而被普遍使用。但長螺旋鉆機(jī)仍存在鉆進(jìn)效率不高的問題，影響了鉆孔、成樁的效率和整機(jī)的使用性能。為了提高鉆孔效率，本文對(duì)長螺旋鉆機(jī)鉆頭的鉆進(jìn)效率進(jìn)行了仿真研究，設(shè)計(jì)出一種鉆進(jìn)效率高的長螺旋鉆機(jī)麻花鉆頭。論文的主要研究工作及創(chuàng)新有：(1)對(duì)長螺旋鉆頭進(jìn)行了深入研究，將目前國內(nèi)外所使用的鉆頭結(jié)構(gòu)及其使用情

3、況進(jìn)行了對(duì)比分析，為鉆頭設(shè)計(jì)提供了理論依據(jù)。(2)對(duì)影響長螺旋鉆進(jìn)效率主要因素進(jìn)行了理論分析，并設(shè)計(jì)了一種利于切土的長螺旋鉆頭——麻花鉆尖結(jié)構(gòu)鉆頭，利用長螺旋鉆機(jī)麻花鉆頭定心準(zhǔn)確、不偏斜或竄孔、對(duì)土體進(jìn)行一次切削后兩端刀齒再對(duì)土體進(jìn)行二次切削，提高了切削能力。建立了鉆進(jìn)過程的力學(xué)模型，分析表明長螺旋鉆機(jī)麻花鉆頭提高了鉆削能力和定心性能。(3)建立了長螺旋鉆機(jī)麻花鉆頭和傳統(tǒng)的定心型長螺旋鉆頭鉆進(jìn)的有限元分析模型并進(jìn)行鉆進(jìn)過程模擬，模擬結(jié)果

4、表明長螺旋鉆機(jī)麻花鉆頭的鉆進(jìn)效率比傳統(tǒng)的定心型鉆頭提高了1660％。(4)應(yīng)用了均勻試驗(yàn)方法優(yōu)選設(shè)計(jì)變量組，根據(jù)變量參數(shù)建立仿真模型模擬鉆進(jìn)，得出不同變量參數(shù)組合下的鉆進(jìn)深度值。優(yōu)化得出鉆進(jìn)效率最高的最優(yōu)參數(shù)為：螺旋角35。，頂角90。和后角lO。。(5)自制了實(shí)驗(yàn)臺(tái)架對(duì)優(yōu)化后的長螺旋鉆機(jī)麻花鉆頭和傳統(tǒng)的定心型長螺旋鉆頭進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)測(cè)試，測(cè)試結(jié)果表明長螺旋鉆機(jī)麻花鉆頭的鉆進(jìn)效率比定心型長螺旋鉆頭的鉆進(jìn)效率高1336％，與仿真結(jié)果基本吻合。