【正文】 ...................................... 19 3. 3. 3 泥漿系統(tǒng)設(shè)計及液壓元件選擇 .................................................................. 20 3. 3. 4 其他液壓元件的選擇 ................................................................................... 21 4. 液壓系統(tǒng)的性能驗算 ......................................................................................................... 23 4. 1 液壓系統(tǒng)壓力損失 ................................................................................................... 23 4. 2 液壓系統(tǒng)的發(fā)熱溫升計算 ....................................................................................... 24 4. 2. 1 計算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 ........................................................................... 24 4. 2. 2 計算液壓系統(tǒng)的散熱功率 ............................................ 錯誤 !未定義書簽。 5. 1 研究總結(jié) ..................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 附錄 ............................................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 畢業(yè)設(shè)計 1 1 1. 緒論 1. 1 水平定向鉆進鋪管技術(shù)簡介 1. 1. 1 非開挖技術(shù)簡介 非開挖鋪管技術(shù)是一種新型鋪管技術(shù)，與傳統(tǒng)的開挖作業(yè)相比，具有快速、高效、不破壞環(huán)境及綠化和不干擾 。 目前 。 它采用方向可控和以水射流破土為主的鉆進技術(shù)，使用地表放置的鉆機，按設(shè)計軌跡預鉆一個導孔，然后在擴孔和回拉的同時鋪入管線，管線直徑范圍一般在 50450mm。 國外 HDD 產(chǎn)品規(guī)格齊全，自動化程度高，結(jié)構(gòu)緊湊，地層適應(yīng)性強，性能覆蓋范圍大，功率匹配合理、可靠，技術(shù)水平含量高，尤其是在 PLC 控制、自動更換鉆桿等方面尤其獨特的先進性和優(yōu)越性 。 主要產(chǎn)品有中國地質(zhì)科學院勘探研究所生產(chǎn)的GBS 系列定向鉆機、連云港黃海機械廠等單位研發(fā)的 FDP 系列水平定向鉆機等 。 如徐 工 集團的 ZD 系列鉆機，在參考國外同類機型的基礎(chǔ)上，采用機電液集成的 PLC 控 制、電液比例控制等技術(shù)，具有較高的技術(shù)水準和市場競爭力 。 鉆機上應(yīng)用液壓技術(shù)是在七十年 代開始的，最初主要是用于給進機構(gòu) 。 因此，在全液壓鉆機設(shè)計中，迫切需要應(yīng)用液壓技術(shù)和液壓元件發(fā)展的最新成果，對傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)進行技術(shù)改造，達到完善功能、提高效率的目的 電液閥和電 液 控制系統(tǒng)在各類 機 械設(shè)備上獲得了廣泛應(yīng)用，機械裝備迅速向機電液一體化方向發(fā)展 。在中國管道建設(shè)大發(fā)展的 21 世紀，非開挖技術(shù)將具有十分廣闊的應(yīng)用前景，經(jīng)濟效益和社會效益也非常巨大。 結(jié)構(gòu)設(shè)計是指對底盤、發(fā)動機系統(tǒng)、動力頭、動力頭給進 /回拖機構(gòu)、鉆桿裝卸機構(gòu)、夾持器、錨固裝置和泥漿系統(tǒng)等的機械設(shè)計和合理布局。水平定向鉆機智能化控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是改進鉆機作業(yè)的經(jīng)濟性和動力性，提高鉆機的作業(yè)效率，同時簡化操作人員的操作，通過友好的人機界面，在操作靈活簡便的同時保證作業(yè)的精度，在這方面要予以高度重視并進行深入研究。 對系統(tǒng)的節(jié)能性以及操縱性能有了較大的改善 。 畢業(yè)設(shè)計 6 6 2. 鉆機結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)工況分析 液壓系統(tǒng)的設(shè)計與主機的設(shè)計是緊密相連的 。 （ 1） 導向孔鉆進 在不開挖或少開 挖地表的情況下，利用導向鉆鑿技術(shù)，將一無線發(fā)射器 (探頭 )置入斜面鉆頭后的探頭盒內(nèi) 。 圖 （ 2） 回拉擴孔 導向孔鉆出目標點后，卸下導向斜面鉆頭，換上大徑擴孔鉆頭，并在其后連接鉆桿，自 B 向 A 逐級回拉擴孔，直至能夠容放預 埋管道為止 。 圖 是擴孔器回拖擴孔的示意圖 圖 擴孔器回拖擴孔 （ 3） 回拖鋪管 在條件許可的情況下，可將 B 點工作坑做到足夠長，將全部管線一次性連接，采用A 處鉆機拉、 B 處頂管頂?shù)姆椒ǎ瑢㈩A埋管 道穿入孔內(nèi) 。 為減小定向鉆機所受到的阻力，將鉆頭做成特定的偏契式斜面，同時從鉆頭和鉆桿上的噴嘴中噴出潤滑液來疏松和固定土畢業(yè)設(shè)計 8 8 壤，所以定向鉆可以完成 100 米以上的地下穿孔作業(yè) 。 圖 水 平定向鉆機軌跡改變的原理 這就是定向鉆能夠進行曲線施 工 的基本條件 。 設(shè)計的主要原則是：根據(jù)施工需求設(shè)畢業(yè)設(shè)計 9 9 計選擇一定拉力范圍的鉆機，然后將鉆機的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn) 桿 的參數(shù)作為關(guān)鍵參數(shù)進行對比，同時考慮發(fā)動機持續(xù)功率的大小 。 (2) 鉆桿扭矩 定向鉆機的鉆孔和擴孔過程主要靠鉆機的轉(zhuǎn)矩和泥漿的沖洗作用，而不只是推力(回拖力 )。 鉆桿主要參數(shù)是：材料、直徑、長度、桿體鋼管壁厚和絲扣牙型等 (4) （ 4） 發(fā)動機的持續(xù)功率 這一參數(shù)標志著 鉆機所具有的用于產(chǎn)生和回拖力的實際能力 。 表 鉆機功率配備選擇對照 性能要求 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 配備功率 /kw 30 60 100 130 160 220 300 360 400 以上 推力 /KN 100 150 250 320 640 750 1000 1540 1800 以上 轉(zhuǎn)矩 /(KN? m) 3 6 12 18 33 50 60 70 80 以上 表 鉆機主要參數(shù) 鉆機主要參數(shù) 小型鉆機 大型鉆機 鉆機主要參數(shù) 小型鉆機 大型鉆機 鉆孔直徑 /mm 100110 12001800 轉(zhuǎn)速 /（ r/min） 0200 080 鉆孔長度 /m 2050 15002300 轉(zhuǎn)矩（ kN? m） 120184 推 /拉力 /kN 1015 40006000 功率 /kW 5602560 畢業(yè)設(shè)計 10 10 2. 2. 2 鉆機結(jié)構(gòu)的主要組成部分 水平定向鉆機屬于中大型工程機械設(shè)備，完成施工任務(wù)需要多個 執(zhí)行機構(gòu) 。 (1)底盤 底盤為液壓驅(qū)動，橡膠履帶，剛性連接式車架 。 (2)動力頭總成 主要包括動力頭減速器和推拉機構(gòu)，直接負責鉆桿旋轉(zhuǎn)和動力頭的進退，使鉆機的執(zhí)行部件 。 鉆頭包括鉆進鉆頭和回擴鉆頭，回擴鉆頭直徑可根據(jù)實際鋪管的直徑選用，主要可分為流道式回擴頭、螺旋條式回擴頭、圈式回擴頭等 。 雙夾持器一般布置在底盤的前端，前夾持器 (靠近孔口 )承受反轉(zhuǎn)矩，后夾持器只在卸開第一扣時施加主動力矩 。 泥漿攪拌系統(tǒng)用于泥漿混配、攪拌、向隨車泥漿系統(tǒng)提供泥漿，隨車泥漿系統(tǒng)將泥漿加壓，通過動力頭、鉆桿、鉆頭打入孔內(nèi)，以穩(wěn)定孔壁、降低回轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)矩和拉管阻力，還可冷卻鉆頭、發(fā)射探頭、清除鉆進產(chǎn)生的土屑等 。 2. 3. 1 鉆桿旋轉(zhuǎn)工況分析 a、負載特性分析：負載是指液壓控制系統(tǒng)中液壓執(zhí)行元件運動時所需克服的各種阻力 。 實際工作中就是通過控制孔底壓力的大小使實際轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定工作在最大轉(zhuǎn)矩之下 。 動力頭進退的負載主要由鉆具的重力負載、摩擦負載和項緊巖石的軸向負載 (孔底壓力 )組成 。 cBWD ???? ?? u39。=tan((b/2)。 表 修正系數(shù)表 畢業(yè)設(shè)計 13 13 土質(zhì) 軟土 沙性土 礫石土 ? 綜合上述各式得： W u 39。 b、工況特點：分析動力頭進退機構(gòu)的功能是拉動動力頭部分即鉆桿部分通過齒輪齒條機構(gòu)在鉆機底盤上前進后退 。 綜上所述，進退系統(tǒng)工況較復雜，可分為加壓鉆進工況，減壓 鉆進工況，兼有高壓小流量慢速給進和低壓大流量快速給進的情形 。 在實際的設(shè)計過程中，可以在實際中測定鉆桿之問的擰緊力和卸扣力，而液壓系統(tǒng)的設(shè)計參數(shù)還應(yīng)該留有一定的余地 。 畢業(yè)設(shè)計 14 14 2. 3. 4 履帶行走系統(tǒng)工況分析 負載分析：履帶行走回路主要鉆機在開始工作以前或者結(jié)束工作以后，通過液壓馬達驅(qū)動底盤履帶系統(tǒng)在水平地面或者斜 坡上行走 。 2. 3. 5 支腿支撐回路工況分析 負載分析 ： 支 腿支撐的負載主要分兩部分： 1)鉆機本身的重量； 2)鉆機在工作過程中對地面的支撐作用 。 非開挖水平定向鉆進鋪管過程主要分為導向孔鉆進、回拉擴孔、回拉鋪設(shè)管道三個階段，在鉆進過程中，通過控制鉆頭的傾斜角來控制 鉆桿鉆進的角度；可以通過控制鉆桿旋轉(zhuǎn)控制鉆桿的路徑，沿直線鉆進還是沿曲線鉆進，因此可以看出，在水平定向鉆機工作過程中，鉆桿旋轉(zhuǎn)機構(gòu)以及動力頭行走機構(gòu)是系統(tǒng)完成工作的關(guān)鍵機構(gòu) 。在現(xiàn)有的鉆機機型中，其主要部件可以分成七個部件：底盤、動力頭總成、鉆桿和鉆頭、鉆桿自動裝卸裝置、發(fā)動機系統(tǒng)、導 向系統(tǒng)、泥漿系統(tǒng) 。 畢業(yè)設(shè)計 16 16 畢業(yè)設(shè)計 17 17 3. 鉆機液壓系統(tǒng)設(shè)計 液壓系統(tǒng)的構(gòu)成和工作原理 本液壓系統(tǒng)構(gòu)成主要包括鉆機動力頭回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、進給回拖系統(tǒng)、鉆桿卸扣系統(tǒng)、泥漿泵控制和整機行走系統(tǒng)等幾大部分。在打?qū)蚩淄瓿珊蠡乩瓟U孔卸鉆桿時，先操作方向閥 17 使夾緊缸 3l 夾緊第一根鉆桿帽， 然后操作換向閥 18 使后夾緊缸 32 夾緊第2 根鉆桿帽，待壓力升高到一定值后打開順序閥 19 使扭轉(zhuǎn)缸 33 動作，使其卸松鉆桿螺紋扣，只需卸松一絲扣，然后反轉(zhuǎn)動力頭即可。 由于 45t 水平定向鉆機的工況復雜，對液壓元件的性能要求較高，所以選用了 國際上先進成熟的力士樂產(chǎn)品。動力頭的最大回轉(zhuǎn)扭矩 maxT =20kN? m，此時的回轉(zhuǎn)速度 n=40r/min，回轉(zhuǎn)系統(tǒng) 總效率? =。 (2)液壓馬達 對于動力頭推拉液壓系統(tǒng)來說：液壓馬達排量大，工作壓力高，輸出扭矩大，通 過減速機、鏈傳動裝置提供給動力頭的推拉力越大；反之則小。 畢業(yè)設(shè)計 20 20 馬達的工作壓力 a28pm MP? ，機械效率 m? =。在回擴或拖管時，由于鉆孔直徑較大，泥漿用量相對較多，泥漿泵要調(diào)整為大流量。 以上計算值為初步估算值，實際泥漿用量比估算值稍大?？紤]到其余工作裝置的需要，供油壓力選擇 20MPa，考慮到齒輪泵的機械效率，消耗發(fā)動機功率： 69kW，扭矩：314N? m。 據(jù)缸筒內(nèi)徑計算公式： p4?FD? () 式中液壓缸負載力 F=450kN，工作壓力 p=28MPa，可得 D=，據(jù) GB 234893取 D=45mm。 3） 油箱 容量 V (單位為 L)的計算公式為 : V＝ aqv () 由于是高壓系統(tǒng)， a=10。選用 LXZ 系列箱外自封式吸油過濾器中的 LXZ250? *FCY 型號的吸油過濾器。對一般液壓傳動系統(tǒng)來說，主要是進一步確切地計算液壓回路各段壓力損失、容積損失及系統(tǒng)效率，壓力沖擊和發(fā)熱溫升等。 qn—— 閥的額定流量 (m3／ s)； q—— 通過閥的實際流量 (m3／ s)； Δ pn—— 閥的額定壓力損失 (Pa)，可從產(chǎn)品樣本中查到。弱發(fā)現(xiàn)把幾臺柱塞泵的 泄漏 油管并聯(lián)在一根同直徑 的總管后自再接通油箱，或 者把柱塞泵的泄油管接到 總回油管上，則應(yīng)予