机械毕业设计654非开挖水平定向钻机动力头装置设计

1、毕业设计说明书目：非开挖水平定向钻机动力头装置设计院：业:机械设计及其自动化号：姓 名： 指导教师:完成日期：2014年5月28日目录摘要I第一章绪论41.1课题研究的背景及其意义41.2国内外研究情况-51.3非开挖水平钻机的结构及工作原理61.4课题的研究6第2章非开挖水平定向钻机动力头装置设计的方案-82.1动力头现阶段情况82.2动力头方案对比与选择9第3章 非开挖水平定向钻机动力头装置参数的确定 133.1最大回拖力133.2最大回转扭矩133.3动力头零部件选型与设计-15第4章动力头的三维建模-284.1动力头的三维建模2942动力头传动运动仿真现象28第5章总结 33参考文献:34非开挖水平定向钻机动力头装置设计摘 要非开挖水平定向钻机是完成地下管线铺设和修复的重要机械装置之一，在加 大城市化建设的过程中起着不可替代的作用。在该钻机中，动力头起着重要性的 作用，它是给钻机提供推进和回拖运动的机械传动执行结构，其性能直接影响整 机的工作效率。本文基于非开挖水平钻机动力头进行结构设计，并对其进行三维 建模与运动仿真。首先以非开挖水平钻机的背景和意义为入手点，介绍了研究该 课

2、题的必要性；接着通过对动力头不同结构的分析，选择出适合该课题的结构类 型，并对内部结构进行选型和设计；采用传统的设计和强度校核方法，验证了设 计的合理性；最后完成三维建模，并对模型进行整体装配，完成传动部分的运动 仿真。本文研究的水平定向钻机，在设计和疲劳强度方面基本符合产品的要求。 关键词：非开挖水平钻机；动力头；设计；三维建模Trenchless horizontal directional drill head unit designAbstractTrenchless horizontal directional drilling is completed underground pipeline repair and laid one of the important mechanical device, the application of tre nchless horizontal rigs plays an irreplaceable role during the process of incre asing urbanization. Trenchless hor

3、izontal drilling rig, the power head plays a ro le of importance; it is the mechanical drive to the rig and implementation str uctures provide propulsion and drag back to the action, its performance direc tly affects the efficiency of the machine. The paper is based on thesefeatur es of trenchless horizontal drill head for structure design, and carries on the modeling and Dynamic Simulation. First, this paper through the background an d signifc-ance of trenchless horizontal drilling rigs startin

4、g point, introduces the necessity to do this project; followed by an analysis of the internal struc ture of the different power head,choose the appropriate type of structure we ne ed, and completed the selection and designof the internal structure; using the traditional method of design and strength check, verify the rationality of the de sign; Finally, complete its the 3D-modeling based on thewhole assembly m odel and transmission part of Dynamic Simulation. In this paper, in terms of d esign a

5、nd fatigue strength aspect basically with the requirement of product in o ur study the horizontal directional drilling.Key Words: Trenchless Horizontal Drill; Power Head; Design; 3D-modeling.第一章绪论非开挖施工技术虽然距今已有近百年的历史，但其重大发展始于本世纪50年 代,尤其是近十几年近年来,非开挖管线工程施工量已占全部地下管线工程的 10%,个别地区如德国柏林市己达到40%左右我国非开挖技术的市场前景与现代 化建设的进程密切相关，加速基础设施和基础工业的建设是最基本的前提,因此对 石油管道!煤气管道!电力电缆管道！自来水以及污水管线等各种地下管线的需求 可望在短期内内有较大幅度的增长，这为我国非开挖技术的发展提供了有利的条 件，市场潜力巨大。目前，为了避开现有的密集管网系统,大城市管线埋深有加大的趋势，例如上 海，北京等,有些管线的埋深已达10m左右开挖施工的成本随埋深的加大而提高， 非开挖施

6、工的优越性更为显著研究表明，当埋管深度超过4m时，开挖施工的成本 开始高于非开挖施工的成本，此外，随着设备利用率的提高，施工经验的丰富,非开 挖的施工的成本也会逐渐降低。此外,随着现代文明意识和环保意识的逐渐加强,开挖路面进行地下管线施工 导致的社会问题!交通问题和污染问题已越来越受到人们的关注城市限制开挖 施工的法规也己经陆续出台，其适用面将逐渐扩展，这对非开挖技术的推广应用无 疑会产生极大的推动作用例如，为了保护城市道路,减少地下管线施工导致的交 通堵塞，国务院于1996年10月1日公布的5城市道路管理条例6规定，新建道路 5年内不准开挖;修复道路3年内不准开挖。综合社会效益!行业发展趋势!施工规范要求以及不断提高的水平定向钻进 施工技术水平几个方面,可见对水平定向钻机的研究有着重要的实际应用意义。1.1课题研究的背景及其意义据调查，在2011年特大暴雨袭击了我国多个城市，暴雨过后，积水成涝， 出现了 “水漫金山”、“城市看海”、“地铁观水帘洞”等现象，然而造成这种现象 的主要原因是城市排水管网建设滞后，排水管道老化。因此，为了保证城市化建 设的顺利进行，地下管线（污水排水管道、煤

7、气天然气管道、电力电缆管道）的 修复和铺设尤为重要。然而传统的管线铺设方法是采用“挖槽埋管法”。所谓的 “挖槽埋管法”是指通过使用挖沟机、反铲等设备或人工进行挖槽的开挖，其主 要缺点是妨碍交通（堵塞、中断或改道）、破坏环境（绿化带、公园和花园）、影 响市民生活和单位的正常工作、安全性差、综合施工成本高。并且“挖槽施工” 给道路带来了潜在的安全隐患，给城市居民的生活带来了巨大的困扰。因此，很 多大城市为了保证人民的正常出行生活，纷纷出台禁止在中心城区开挖施工的规 定或行政命令，这给非开挖技术的产生提供了社会性的条件。非开挖技术(Trenchless Technology)是指利用各种岩土钻掘设备和技术 手段，在地表最小开挖量的条件下进行地下管线铺设、更换或修复作业的一种高 科技新技术，国外叫做TT技术。它与传统的“挖槽埋管法”相比较，克服了传 统施工方法中的缺点，提高了施工的效率，保证了居民生活和城市化规划的正常 进行。实践证明，在大多数情况下，尤其是在繁华市区或管线的深度埋深时，非 开挖施工是明挖施工很好的替代方法；在特殊情况下，例如穿越公路、铁路、河 流、建筑物等时，该项施工方法更是

8、一种经济可行的施工方法。并且该项技术符 合了目前国家发展计划提出的“建立资源节约型和环境友好型社会”的要求。因 而自其进入工程施工市场以来，便日益受到人们的青睐，取得了非常好的经济、 社会效益。目前发达国家应用此项技术铺设管线的比例已占到9%15%，我国更 是以20%的速度在快速增长。非开挖水平定向钻机(Horizontal Directional Driller,简称HDD)作为 非开挖技术中的典型机械施工设备，具有节能环保、作业安全、施工准确度高、 施工效率高、周期短，管线铺设长、埋深大等特点。因而逐步发展成一种最具活 力的非开挖施工机械。它被广泛应用于穿越文物保护区、铁路、城市道路、江河、 机场、森林保护区以及闹市区等进行供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等 管线的修复和铺设中，适用于沙土、粘土、卵石等地质情况，在我国大部分地区 的施工中都在运用，工作环境温度是-15C45C。近年来，随着人们环保意识 的逐渐增强，国家对节能环保技术的实施给与了很多的支持，特别是，在我们最 为熟悉的西气东输、南水北调等国家发展战略和重大基础建设工程中，非开挖技 术的引进发挥了巨大的实际作用，更加

9、充分体现了国家对该技术的支持和基础设 施的投入。2011年4月1617日在武汉召开的第十五届中国国际非开挖技术研 讨会，多个国家的专家都纷纷出席了这次研讨会，提出了他们对于这项技术的看 法和发展，充分体现了国家对该项技术的支持。1.2国内外研究情况在国外，非开挖技术起始于20世纪70年代，80年代中期被人们逐渐接受 和认可，在21世纪80年代成为发达国家的一种新型产业。据调查，目前国外大 约有30多家非开挖水平钻机的制造商，主要集中在美国、日本、德国等几发达 国家，生产厂家主要有威猛公司、沟神公司、奥格公司、凯斯公司等。它们生 产的水平定向钻机产品规格齐全、品种较多、功能齐全，充分体现了以人为本的 设计理念。具体表现在：中小型水平定向钻机采用橡胶履带底盘，减少对草坪和 路面的损坏，钻杆自动装卸装置、减少操作者的劳动强度；对于大型设备则带有 随车吊，便于钻杆的吊装，提高了工作效率5。动力头采用电液比控制技术和国 际先进的液压产品进行装配，同时采用PLC控制技术实现了自动钻进、自动回拖、 自动瞄固和行走时的无极变速控制及转向控制，采用防触电安全技术和远程控制 技术，因为自带驾驶室，所有驾驶员操作舒适安全。国外的非开挖水平钻机目前 正朝着微型化、大型化和超深度导向监控、机械自动化和硬岩作业等方向发展。而国内，非开挖技术的发展起始于20世纪80年代中期，经历了三个阶段的 发展，分别为：技术引进期、研发期和发展与进口期。近年来，国内非开挖水平 钻机的产业也得到迅速发展，涌现了大批优秀的生产厂家，如北京土行孙、南京 地龙、徐工集团、连云港、湖南立威等。虽然我们起步晚，目前和国外产品仍有 较大差距，但是这并不影响非开挖技术水平钻机在我国的生产。虽然在2011年 发达国家受到主权债务危机的影响，导致各国的经济增速均在普遍下滑，但是我 国在非开挖行业确取得了不错的成绩。图1.1为进几年来非开挖水平钻机的新增 数量。3000 |历年奈新增数星25002A0CL500-1 1 用年耒就地数量1二0

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