1 绪论在基础工程建设中，基础施工是很重要的一环，从悬空寺的木桩到南京长江二桥的混凝土大口径灌注桩，千百年来人类对桩基探索始终没有停止，努力寻找着一种低公害的施工工艺，随着经济的高速发展，建筑物向大型化发展，要求桩基的承载力也越来越大，因此，钻孔机械的要求也越来越高。

1.1 国内钻孔机械的现状西方发达国家发展桩工机械已有近百年的历史，我国桩工机械则从五十年代开始研制，八十年代形成一定规模，九十年代得以迅速发展。

特别是我国实施改革开放政策二十多年来的飞跃发展，我国的桩工行业，从小到大．从测绘仿制直至自行设计与制造。

我国原有的机械工业整体实力薄弱，基础较差，原材料工业落后，以及我国由长期计划经济所造成的小而全的生产格局，造成桩工机械整体水平远远落后于西方国家的同类产品，其性能处于国际九十年代初水平，布局和组织生产则更加落后。

国内钻孔机械制造者主要是地矿部下属企业，且建设部、铁道部、核工业、有色等行业都有自己的制造企业，行业布局极不合格，重复生产。

高科技、高附加值的产品少，技术含量低的产品多；打入国际市场的产品少，国内急需的产品又研制不出来，占用外汇依赖进口的多国内桩工机械制造企业近百家，年产值5000万元以下居多，上亿元产值的企业寥寥无几，全国桩工机械的产值没有意大利土力公司一家的年产值高。

1.2 钻孔机械的发展方向1.2.1 大口径灌注桩钻孔机国家早在七五”期间，就提出“重点推广钻孔灌注桩”，随着“八五”、“九五”期问建桥高潮，大口径钻孔灌注桩钻机得以高速发展，在我国目前钻孔机械产品中，大口径钻孔机的开发、研制比较成功，市场份额大，有较强的竞争力。

1.2.2 长螺旋钻孔机长螺旋钻机在基础施工领域，以其高效率成孔、成桩、低震动、低噪声、低污染文明施工的独特优点，得以迅速发展。

1996年诞生的长螺旋钻机泵送混凝土CFG桩成桩工艺，它是以长螺旋钻机为主，再配合泵送混凝土一次成桩的工艺，施工速度快，污染小，适应地层能力强，它一出现就得到了市场的认可，发展迅速。

CFG桩的迅速发展，也给长螺旋钻机发展带来了商机，用于CFG桩的长螺旋以步履钻机为主，深度18m～25m。

今后长螺旋钻机的发展应注意以下几点：(1)采用履带底盘；(2)开发液压无级变速动力头；(3)满足钻深30m；(4)引入自动控制技术等。

1.2.3 短螺旋钻孔机短螺旋钻孔机(回转斗钻孔机)是三十年代末有美国卡尔特公司研制的，一般适用于粘土、粉土、淤泥质土和砂土等土层，直径一般在800m～3000mm，钻孔深度50m；60～70年代意大利土力公司和德国宝峨公司发展了短螺旋钻机，扩大了钻机的性能，一般都可配摇管，成为灌注桩施工的主流产品。

1.2.4 全套管钻机全套管钻机又称“贝诺特钻孔机”，是法国贝诺特公司1954年开发研制并首先应用于桩基施工，随后德国、日本相继推出了自己的产品，90年代中期昆明捷程公司和徐州工程机械厂开始生产摇动式全套管钻机。

1.2.5 反冲击循环钻孔机反冲击循环钻孔机在70年代先后由意大利，日本，法国相继研制成功。

冲击反循环钻机是将冲击无循环钻进工艺改成先进的冲击反循环钻进工艺，克服了无循环钻进造成孔底重复破碎的致命弱点，效率提高数倍，对孤石等传统钻进难处理的地层，效率显著提高。

1.2.6 小型便携式钻孔机（1）容易操作小型钻孔机体积小、重量轻、结构简单、操作方便，在对道轨打孔时，只需要扳动手柄，安装上钻头即可，特别省力。

（2）使用安全由于钻孔机打孔时，速度慢，冲击小，使用相对比较安全。

（3）使用方便小型钻孔机重量轻，体积小，不需要占用很打的空间，易搬动，容易存放。

（4）准确性高由于重量轻，固定后，容易找准位置，钻出孔来，孔壁也较为光滑。

小型钻孔机操作方便、结构简单，主要是使用转动副和移动副来完成钻孔的机械，他原于实践、用于实践，使用方便，安全可靠，深受工作人员的喜爱。

1.3 课题主要研究内容和研究方法在此次毕业设计过程中，首先我们要通过反求先掌握现有便携式钻孔机改进型设计的工作原理，分析其有的缺点：然后我们要通过反求设计的相关知识测量现有机型的尺寸，利用三维绘图软件绘制出该零件的三维实体造型图，并将各个零件组装在一起得到整个机构的三维实体装配图，通过模拟我们进一步研究该机构的原理特征；最后我们绘制出该机构的二维装配图及部分零件的零件图。

本次设计的主要任务如下：（1）测绘已有便携式钻孔机改进型的尺寸，并完成各个零件的三维实体造型及整体装配图；（2）分析现有设计的工作原理，分析其结构的优缺点，是否有原理上的优缺点，为我们的设计提供借鉴，避免现有设计缺点；（3）绘制二维装配图和部分零件的零件图；（4）对现有设计进行强度校核；（5）分析现有设计的不足，做进一步的改进设计。

2 混凝土及其切割2.1 混凝土概述2.1.1 混凝土的定义水泥混凝土（以下简称混凝土）是以水泥（或水泥加适量活性掺合料）胶凝材料，与水和骨料等材料按适当比例配合拌制成拌合物，再经浇筑成硬化后得到的人造石材。

新扮制的未硬化的混凝土，通常称为混凝土拌合物（或新鲜混凝土）。

经硬化有一定强度的混凝土亦称硬化混凝土。

2.1.2 混凝土的分类混凝土常按表现密度的大小分类：干表现密度大于的称为重混凝土，是用密实得特殊骨料配制的，干表现密度在的称为普通混凝土，是用天然（或人工）砂、石作骨料配制的。

按混凝土性能和用途可以分为：结构混凝土、耐热混凝土、耐火混凝土、防水混凝土等等。

按混凝土胶结材料可以分为：硅酸盐水泥混凝土、铝酸盐水泥混凝土、树脂混凝土、沥青混凝土、石膏混凝土等等。

按混凝土的流动性可以分为：干硬性混凝土、塑性混凝土、流动性混凝土、大流动性混凝土等等。

按混凝土的强度分为：普通混凝土，其抗压强度为；高强度混凝土，抗压强度；超高强度混凝土，抗压强度。

按施工方法可以分为：泵送混凝土、离心混凝土、喷射混凝土、振实挤压混凝土等等。

2.1.3 混凝土的特点混凝土是现代土建工程上应用最广、用良极大的建筑材料。

其主要优点是具有较高的强度及耐久性，可以调整其配合成分，使其具有不同的物理力学性能，以满足各种工程的不同要求；混凝土拌合物具有可塑性，便于浇注成各种形状的构建或整体结构；能与钢筋牢固地结合成坚固、耐久、抗震且经济的钢筋混凝土结构。

其主要缺点是：抗拉强度低，一般不用于承受拉力的结构；在温度、湿度变化的影响下，容易产生裂缝。

此外，混凝土原材料品质及混凝土配合成分的波动以及混凝土运输、浇筑、养护等施工工艺，对混凝土质量有很大的影响，因此，在我们生产过程中，需严格的质量控制。

2.1.4 混凝土的组成及各组材料的作用混凝土是由水泥、水、砂及石子四种基本材料所组成。

为节约水泥或改善混凝土的某些性能，常摻入一些外加剂和摻合料。

如摻加减水剂，磨细砂，矿粉，粉煤灰等。

水泥和水构成水泥浆。

水泥浆包裹在砂颗粒的周围并填充砂的空隙形成砂浆；砂浆包裹石子颗粒并填充石子的空隙组成混凝土。

在混凝土拌合物中，水泥浆在砂、石颗粒之间起着润滑作用，使拌和混凝土便于离心成型。

水泥浆硬化后形成水泥石，将砂、石胶结成为一个整体。

混凝土中的黄砂称为细骨料（或细集料），石子称为粗骨料（或粗集料）。

粗、细骨料一般不与水泥漆化学反应，其作用是构成混凝土的骨架，并对水泥石的体积变化有着一定的抑制作用。

2.2 混凝土的主要技术性质混凝土的主要技术性质包括混凝土拌和物的和易性、凝结特性、硬化混凝土的强度、变形及耐久性等。

2.2.1 混凝土拌和物的和易性和易性是指混凝土拌和物在一定的施工条件下，便于施工操作并能获得质量均匀、密实混凝土的性能。

和易性包括流动性、粘聚性及保水性三方面的含义。

（1）流动性流动性是指混凝土拌和物在自身质量或施工振捣的作用下产生流动，并均匀、密实地填满管模的性能。

流动性的大小，反映拌和料的稀稠。

它关系着离心的难易。

（2）粘聚性粘聚性也叫抗离析性，是指混凝土拌和物有一定得粘聚力，在生产制作过程中不致出现分层离析，使混凝土拌和性是以混凝土拌和物中稀浆析出的程度评定。

提起坍落度筒后，如有较多的稀浆从底部析出，拌和物锥体因失浆而骨料外露，表示拌和物的保水性不好。

如提起坍落度筒后，无稀浆析出或仅有少量稀浆自底部析出，混凝土锥体含浆饱满，则表示混凝土拌和物保水性良好。

2.2.2 影响混凝土拌和物和易性的因素影响混凝土拌和物和易性的因素很多，主要有水泥浆含量、水泥浆的稀稠、砂率的大小、原材料的种类以及外加剂等。

2.2.3 强度混凝土硬化后的最重要的力学性能，是指混凝土抵抗压、拉、弯、剪等应力的能力。

水灰比、水泥品种和用量、集料的品种和用量以及搅拌、成型、养护，都直接影响混凝土的强度。

混凝土按标准抗压强度(以边长为150mm的立方体为标准试件,在标准养护条件下养护28天,按照标准试验方法测得的具有95%保证率的立方体抗压强度)划分的强度等级,称为标号,分为C10、C15、C20、C25等。

混凝土的抗拉强度仅为其抗压强度的1/8～1/13。

提高混凝土抗拉、抗压强度的比值是混凝土改性的重要方面。

2.2.4 变形混凝土在荷载或温湿度作用下会产生变形，主要包括弹性变形、塑性变形、收缩和温度变形等。

混凝土在短期荷载作用下的弹性变形主要用弹性模量表示。

在长期荷载作用下,应力不变,应变持续增加的现象为徐变，应变不变,应力持续减少的现象为松弛。

由于水泥水化、水泥石的碳化和失水等原因产生的体积变形，称为收缩。

2.2.5 耐久性在一般情况下，混凝土具有良好的耐久性。

但在寒冷地区，特别是在水位变化的工程部位以及在饱水状态下受到频繁的冻融交替作用时，混凝土易于损坏。

为此对混凝土要有一定的抗冻性要求。

用于不透水的工程时，要求混凝土具有良好的抗渗性和耐蚀性。

抗渗性、抗冻性、抗侵蚀性为混凝土耐久性。

2.3 混凝土结构切割技术与应用传统的混凝土结构拆除方式主要有人工锤凿、机械锤打、风镐、液压破碎锤破碎等。

这些方法除会产生大量的粉尘、噪声污染外, 对须保留部分的混凝土结构也会引起一定程度的破坏。

同时,破碎施工对施工人员以及周围环境的安全亦造成威胁。

近年, 我国在进行混凝土结构的拆除施工时, 引进投入专用的混凝土切割设备, 采用钢筋混凝土切割工艺, 在结构功能的保护、工作效率的提高、施工安全以及环境保护等方面, 均取得满意的效果。

图2-1 混凝土钻孔示意图2.4 钢筋混凝土切割设备2.4.1 碟式切割机碟式切割机由主机体、碟式切割刀片、行走导轨和液压油泵等组成, 工作口一般采用水冷却, 根据动力可分为内燃式和液压式。

碟式切割可准确快捷地切出所需尺寸, 且混凝土内的钢筋无须另行切割和熔断, 被广泛用于各类大型建筑物的结构拆卸改建及门窗、楼梯、电梯等的墙体切割开口。

一般最大切割厚度可达1 m, 地台切割可处理厚达0.5m的钢筋混凝土结构。