【正文】 and highlight the advantages of traffic. Infrastructure construction in China today in full swing environment, have broad market prospects. At present, the parison with foreign advanced level of research and development of horizontal directional drilling, drilling rig in China is still in a backward R amp。 hydraulic ponent selection。 廣泛用于市政、電信、電力，煤氣、油氣、自來(lái)水、有線電視、熱力等管線工程部門(mén)，也可用于水平降水工程、管棚支護(hù)工程以及污染物防滲治理工程等 。 特別是在需要穿越地表以上障礙物或大中型河流時(shí)，定向鉆進(jìn)方法是最好的管線鋪設(shè)方法之一 。 據(jù)了 解，目前國(guó)外有三十余家 HDD 制造商， 例 如，典型廠家有美國(guó)的 DITCH WITCH 公司、威猛公司、凱斯公司、英格索蘭公司等 。 90 年代中期以來(lái)，原地礦部、建設(shè)部、冶金部等相關(guān)單位，在一些小型 HDD 的自主研發(fā)上取得了一些突破和可惜的成績(jī) 。 性能大幅提高，不少產(chǎn)品技術(shù)水平很高，到達(dá)國(guó)際先進(jìn)水平 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 3 a)國(guó)外某型號(hào)水平定向鉆機(jī) b） 國(guó)內(nèi)某廠商研制的水平定向鉆機(jī) 圖 水平定向鉆機(jī)的基本外形 1. 3 水平定向鉆機(jī)液壓系統(tǒng) 1. 3. 1 水平定向鉆機(jī)液壓系統(tǒng)簡(jiǎn)介 液壓技術(shù)在水平定向鉆機(jī)上特別是在中大功率鉆機(jī)上被廣泛采用 。 隨著鉆機(jī)功率的增大，系統(tǒng)的能耗和發(fā)熱問(wèn)題越來(lái)越突出 ， 成為制約和影響鉆機(jī)性能發(fā)揮的重要因素 。特別是 20 世紀(jì)下半葉以來(lái)，流體傳動(dòng)與控制技術(shù)和電子技術(shù)、信息技術(shù)相結(jié)合，發(fā)展了機(jī)械電子液壓一體化的器件和系統(tǒng) 。我國(guó)極具潛 力的非開(kāi)挖技術(shù)市場(chǎng)也吸引了大批國(guó)際非開(kāi)挖設(shè)備制造商。 為了滿(mǎn)足日益增長(zhǎng)的非開(kāi)挖施工建設(shè)的需要，應(yīng)盡快提高我國(guó)水平定向鉆進(jìn)技術(shù)水平，這需要從結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、液壓系統(tǒng)、智能控制以及施工工藝等幾個(gè)方面入手。 智能控制主要包括鉆進(jìn)導(dǎo)向控制技術(shù)、定向鉆機(jī)專(zhuān)用控制技術(shù)、地下電纜與管道探 測(cè)防觸碰安全保護(hù)技術(shù)、鉆進(jìn)規(guī)劃軟件了 開(kāi) 發(fā)技術(shù)以及智能故障診斷技術(shù)。 1. 4. 2 論文主要內(nèi)容及各章安 排 本文主要是對(duì) 45t 水平定向 鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及工況特點(diǎn)做了比較詳細(xì)的分析，在原液壓系統(tǒng)的基礎(chǔ)上對(duì)鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行全面地設(shè)計(jì) 。 最后，在 第五章 中 ，總結(jié)前幾章的工作，并且對(duì)水平定向鉆機(jī)的發(fā)展方向作出展望 。 2. 1 水平定向鉆機(jī)的工作原理 2. 1. 1 水平定向鉆進(jìn)鋪管過(guò)程 非開(kāi)挖水平定向鉆進(jìn)鋪管過(guò)程主要分為導(dǎo)向孔鉆進(jìn)、回拉擴(kuò)孔、回拉鋪設(shè)管道三個(gè)階段 。 圖 是導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過(guò)程的示意圖 。 預(yù)埋管徑內(nèi)采用排土法擴(kuò)孔，以外采用擠壓法擴(kuò)孔，將余土擠向孔壁四周，待鋪管后，應(yīng)力釋放自然回填，既避免了過(guò)量 排 土造成地面塌陷，也解決了擠壓過(guò)度形成的地面開(kāi)裂難題 。 圖 回拖鋪管 2. 1. 2 鉆孔鉆進(jìn)原理 由液壓系統(tǒng)提供的靜壓力通過(guò)鉆桿作用在鉆頭上，當(dāng)推進(jìn)力大于土壤作用在鉆頭和鉆桿表面的阻力時(shí)，便可以擠壓土壤在地下成孔 。 當(dāng)鉆頭斜面向下而鉆桿只推進(jìn)不旋轉(zhuǎn)時(shí)，鉆頭將帶動(dòng)鉆桿向上偏移 ； 而當(dāng)鉆桿帶動(dòng)鉆頭高速旋轉(zhuǎn)時(shí)，由于垂直方向的力相互抵消，所以鉆機(jī)將直線前進(jìn) (如圖 所 示 )。 2. 2 水平定向鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)特點(diǎn) 2. 2. 1 鉆機(jī)的主要設(shè)計(jì)參數(shù) 由上可知，最大回拖力以及扭矩是水平定向鉆機(jī)最重要的參數(shù)，但設(shè)計(jì)鉆機(jī)時(shí)，不應(yīng)該把最大回拖力作為主要參數(shù)而忽略其他參數(shù) 。 因此，推力 (回拖力 )是鉆機(jī)最重要 的參數(shù) 。 另外，作為沖洗介質(zhì)的通道，向孔底鉆具輸送鉆進(jìn)泥漿、壓縮空氣等 。 表 是鉆機(jī)的主要參數(shù) 。 從結(jié)構(gòu)上講，水平定向鉆機(jī)主要包括以下幾個(gè)部分 。 車(chē)架為整體式焊接：兩縱梁與車(chē)架用高強(qiáng)度螺栓 連接成一體，后端帶有兩垂直支腿、兩縱粱前部設(shè)置了導(dǎo)向輪及張緊裝置 )后部設(shè)置了驅(qū)動(dòng)輪及其傳動(dòng)裝置，行走減速機(jī)選用進(jìn)口的馬達(dá)、減速機(jī)一體的內(nèi)藏式減速機(jī)，該減速機(jī)有快慢速兩擋，結(jié)構(gòu)緊湊 。 (3)鉆桿和鉆頭 鉆桿為高強(qiáng)度鋼管制造，每節(jié)長(zhǎng)度 3～ 5m，直徑 60～ 90mm，利用錐管螺紋聯(lián)結(jié)相互聯(lián)結(jié)，最小曲率半徑為 50 節(jié)鉆桿，可根據(jù)用戶(hù)需要增加數(shù)量 。 夾持／擰卸機(jī)構(gòu)均配有雙夾持器，與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和動(dòng)力頭進(jìn)退相配合， — 起組成鉆機(jī)的鉆桿夾卸系統(tǒng) 。 (7)泥漿系統(tǒng) 泥漿系統(tǒng)由隨車(chē)泥漿系統(tǒng)與泥漿攪拌系統(tǒng)組成 。 水平定向鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)根據(jù)所實(shí)現(xiàn)的功能不同，可分為以下幾個(gè)個(gè)基本回路：鉆桿旋轉(zhuǎn)回路、動(dòng)力頭進(jìn)退回路、履帶行走回路 、 鉆具夾緊及擰卸回路、泥漿泵回路、大粱支 排 回路支腿回路 。 孔底壓力越大，鉆頭切入深度越深，破碎巖石所需轉(zhuǎn)矩越大；孔底壓力太大，轉(zhuǎn)矩達(dá)到系統(tǒng)安全閥設(shè)定的最大值時(shí)，會(huì)出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，不能正常鉆進(jìn) 。 2. 3. 2 動(dòng)力頭進(jìn)退工況分析 a、 負(fù)載特性分析：動(dòng)力頭進(jìn)退 主要是回拖力的計(jì)算 。 總回拖力，鉆進(jìn)的計(jì)算公式 ： LFF ee f?? （ ） 式中： F 為總回拖力 (KN)； eF 為管道的端面阻力 (KN)； ef 為單位長(zhǎng)度管子的綜合摩擦阻力因子 (KN/m)； L(m)為管道長(zhǎng)度 。為管與土之間的摩擦系數(shù) (v39。 a 為考慮到土質(zhì)不同設(shè)置的修正系數(shù) 。LFF ????? 0 () 上式代表的意思是，鉆機(jī)的總回拖力是由以下四部分組成： (1)管道前端的迎面阻力；(2)由于上理荷載作用管外壁上產(chǎn)生的摩阻力； (3)由于管外壁與土之問(wèn)的粘聚力產(chǎn)生的摩阻力； (4)由于管段重量產(chǎn)生的摩阻力 。 進(jìn)退機(jī)構(gòu)的特性就是保持給定的初始給進(jìn)力條件下，當(dāng)巖石可鉆性改變時(shí)適應(yīng)進(jìn)退速度的變化規(guī)律 。 夾緊環(huán)節(jié)的負(fù)載主要是由兩個(gè)液壓缸完成，從理論上之需要克服液壓缸本身的摩擦力即可，但在實(shí)際饋況下要增加一定量的壓力；而擰卸環(huán)節(jié)的負(fù)載主要的克服鉆桿 之聞錐螺紋的擰緊里和卸扣力 。 要求具備如下功能： 1） 回轉(zhuǎn)器正轉(zhuǎn)與夾持器松開(kāi)及卡盤(pán)夾緊聯(lián)動(dòng)； 2） 回轉(zhuǎn)器反轉(zhuǎn)與夾持器夾緊及卡盤(pán)夾緊聯(lián)動(dòng)，實(shí)現(xiàn)鉆具卸扣； 3） 回轉(zhuǎn)器前進(jìn)與后退與夾持器及卡盤(pán)的夾緊與松開(kāi)聯(lián)動(dòng)，完成起下鉆及倒桿動(dòng)作 。 工況分析：在自由地面上行走，工作人員可以在鉆機(jī)上控制鉆機(jī)的轉(zhuǎn)向，但是在鉆機(jī)完成工作以后，鉆機(jī)需要自身在事先搭好的斜坡平板上行駛，并且平板的寬度有限，工作人員本能停留在鉆機(jī)上控制，因此此時(shí)應(yīng)該確保鉆機(jī)履帶行走系統(tǒng)的絕對(duì)同步 。 2. 4 本章小結(jié) 本章是在進(jìn)行水平定向鉆機(jī)液壓設(shè)計(jì)以前做的基本的準(zhǔn)備工作，主要是對(duì)鉆機(jī)的工作原理、結(jié)構(gòu)特點(diǎn)以及工況進(jìn)行介紹和分析 。 在本文中給出了一些參數(shù)匹配的表格 。 主要分析機(jī)構(gòu)運(yùn)行的負(fù)載特性分析和工況特點(diǎn)分析，對(duì)整臺(tái)機(jī)械的工作特點(diǎn)有了比較詳盡的了解 。之后司鉆扳動(dòng)電磁比例換向閥 16 至左位，調(diào)節(jié)進(jìn)給回拖方向閥使動(dòng)力頭和卸扣器之間留 出上鉆桿空間，用吊車(chē)把鉆桿放在動(dòng)力頭主軸和后夾緊缸 32 之間，完成后，操作后夾緊鉗換向閥18 至右位，夾緊鉆桿，另一只手操作電磁比例換向閥 8 至左位，正向高速旋轉(zhuǎn)動(dòng)力頭使畢業(yè)設(shè)計(jì) 18 18 鉆桿擰緊，完成后，操作手動(dòng)換向閥 18 至左位，松開(kāi)后夾緊鉗，然后按下電磁換向閥 9至左位，啟動(dòng)泥漿泵馬達(dá)給鉆桿內(nèi)通泥漿，通泥漿的同時(shí)操作比例電磁換向閥 16 至左位，使動(dòng)力頭沿鉆臂前進(jìn)，待鉆頭快到入土位置，一邊繼續(xù)前進(jìn)一邊扳動(dòng)比例電磁換向閥 8 至左位使動(dòng)力頭同轉(zhuǎn)，一邊前進(jìn)一邊回轉(zhuǎn)，使整個(gè)動(dòng)力頭采取螺旋式鉆進(jìn)。如果鉆桿帽長(zhǎng)度不一樣，前后夾緊鉗不能夠準(zhǔn)確夾緊兩根鉆桿的鉆帽，操作手動(dòng)換向閥15，調(diào)整浮動(dòng)缸 2 28 的長(zhǎng)度從而使前后夾緊缸正好能夠夾緊兩根鉆桿帽，有利于鉆桿的拆卸。 表 45t 水平定向鉆機(jī)動(dòng)力頭技術(shù)參數(shù) 動(dòng)力頭最大推 力 450kN 動(dòng)力頭最大回轉(zhuǎn)扭 20KN? m 最大推拉力時(shí)運(yùn)動(dòng)速 度 動(dòng)力頭最高 回 轉(zhuǎn)速度 130r/min 3. 2 發(fā)動(dòng)機(jī)選型和計(jì)算 根據(jù)馬達(dá)輸出功率的計(jì)算公式： 9549nTP? （ ） 式中， T—— 馬達(dá)輸出扭矩； n—— 馬達(dá)轉(zhuǎn)速。 由式 ，推拉系統(tǒng)最大輸入 功率 : WFP .57450vm a x2 ????? ? 綜上所述，動(dòng)力頭液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)所需的輸入功率 kW23221 ??? PPP 水平定向鉆機(jī)作業(yè)時(shí)，泥漿泵與動(dòng)力頭液壓驅(qū)動(dòng)系統(tǒng)聯(lián)合工作。 (1)液壓馬達(dá) 變量馬達(dá)有多種結(jié)構(gòu)形式，與斜盤(pán)式軸向柱塞馬達(dá)相比，斜軸式馬達(dá)在耐沖擊、容積效率、機(jī)械效率、功率密度等方面均高于前者，在啟動(dòng)性能方面也具有明顯優(yōu)勢(shì)。由于壓力變化范圍較大，所以系統(tǒng)的適應(yīng)性很強(qiáng)。 液壓馬 達(dá)選用力士樂(lè)公司生產(chǎn)的 A6VM80 斜軸式柱塞馬達(dá)，該變量馬達(dá)的技術(shù) 參數(shù)如表 所示。動(dòng)力頭由兩個(gè)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，故系統(tǒng)流量為： m i n/??????? 當(dāng)負(fù)載扭矩變大時(shí)，動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)速度降低。系統(tǒng)在中高壓下工作，取泄漏系數(shù) K=，故液壓泵的流量不應(yīng)小于 242L/min。 (1)液壓泵 與動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)類(lèi)似，動(dòng)力頭推拉液壓系統(tǒng)也是 由 變量泵和變量馬達(dá)構(gòu)成 的閉式系統(tǒng)。 動(dòng)力頭最大推拉力 F=450kN，最大推拉力時(shí)的運(yùn)動(dòng)速度為 v=。 表 力士樂(lè) A6VM55 液壓馬達(dá)技術(shù)參數(shù) 排量 (mL) 額 定壓力 (MPa) 最大壓力 (MPa) 最大流量 (L/min) 最高轉(zhuǎn)速 (r/min) 最大 扭 矩 (N? m) 重量 (kg) 40 45 244 7000 349 26 3. 3. 3 泥漿系統(tǒng)設(shè)計(jì) 及液壓元件選擇 任何一種型號(hào)的水平定向鉆機(jī)所配置的泥漿泵流量是一定的。國(guó)外有關(guān)泥漿 公司對(duì)此進(jìn)行了量化，總結(jié)出一套泥漿用量的經(jīng)驗(yàn)公式，用戶(hù)可根據(jù)該公式進(jìn)行初步計(jì)算，得到每分鐘泥漿用量、回拖時(shí)泥漿用量 、工程所用泥漿總量等相關(guān)參數(shù)。 驅(qū)動(dòng)馬達(dá)排量為 314mL/r，最高轉(zhuǎn)速為 640rpm，為使馬達(dá)獲得最高轉(zhuǎn)速，液壓泵的排量要達(dá)到 。因此溢流閥 6 和 11 均可選擇錐閥式 DBD 直動(dòng)型溢流閥（工作壓力可達(dá) 40MPa，最大流量330L/min）。據(jù) GB 234893,選取 d=32mm； 液壓缸壁厚計(jì)算公式為 ]][ ][[2 ???? ppD ??? () 可算得 ? =。油箱長(zhǎng)、寬、高之比為 1：（ 12）：（ 13），可初步算得油箱尺 寸為長(zhǎng) 940mm，高 1400mm，寬 1880mm。管接頭采用焊接管接頭。 4. 1 液壓系統(tǒng)壓力損失 壓力損失包括管路的沿程 損失 Δ p1，管路的局部壓力 損失 Δ p2和閥類(lèi)元件的局部 損失 Δ p3，總的壓力損失為 Δ p＝Δ p1＋Δ p2＋Δ p3 （ ） ?? 222 vp ?? ， 23 ???????????nn qqpp 式中 l—— 管道的長(zhǎng)度 (m)； d—— 管道內(nèi)徑 (m)； v—— 液流平均速度 (v/s)； ρ —— 油密度 (kg/m3)；λ —— 沿程阻力系數(shù)； ζ —— 局部阻力系數(shù)。 系統(tǒng)的調(diào)整壓力 pT≥ pl＋Δ p 式中 pT—— 液壓泵的工作壓力或支路的調(diào)整壓力。 ⑵液壓執(zhí)行元件的功率損失 ?? ??Mj jjrjth tPTP 12 )1(1 ? （ ） 式中 M—— 液壓執(zhí)行元件的數(shù)量； Prj—— 液壓執(zhí)行元件的輸人功率 (W)； η j—— 液壓執(zhí)行元件的效率； tj—— 第 j 個(gè)執(zhí)行元件工作時(shí)間 (s)。 ???zi PiiiitrtqpTP11 ? （ ） ???????? ?? ? ?? ?nimj jjWjiWitc tTsFTP 1 11 ? （ ） 畢業(yè)設(shè)計(jì) 28 28 式中 Tt—— 工作周期 (s)； z、 n、 m—— 分別為液壓泵、液壓缸、液壓馬達(dá)的數(shù)量； pi、 qi、η Pi—— 第 i 臺(tái)泵的實(shí)際輸出壓力、流量、效率； ti—— 第 i 臺(tái)泵工作時(shí)間 (s)； TWj、ω j、 tj——