【正文】 ...................................... 19 3. 3. 3 泥漿系統(tǒng)設(shè)計(jì)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(yàn)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(jì)算 ....................................................................................... 24 4. 2. 1 計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 ........................................................................... 24 4. 2. 2 計(jì)算液壓系統(tǒng)的散熱功率 ............................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 5. 1 研究總結(jié) ..................................................................................... 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 附錄 ............................................................................................................ 錯(cuò)誤 !未定義書簽。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 1 1 1. 緒論 1. 1 水平定向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)簡(jiǎn)介 1. 1. 1 非開挖技術(shù)簡(jiǎn)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(jìn)技術(shù)，使用地表放置的鉆機(jī)，按設(shè)計(jì)軌跡預(yù)鉆一個(gè)導(dǎo)孔，然后在擴(kuò)孔和回拉的同時(shí)鋪入管線，管線直徑范圍一般在 50450mm。 國(guó)外 HDD 產(chǎn)品規(guī)格齊全，自動(dòng)化程度高，結(jié)構(gòu)緊湊，地層適應(yīng)性強(qiáng)，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(dòng)更換鉆桿等方面尤其獨(dú)特的先進(jìn)性和優(yōu)越性 。 主要產(chǎn)品有中國(guó)地質(zhì)科學(xué)院勘探研究所生產(chǎn)的GBS 系列定向鉆機(jī)、連云港黃海機(jī)械廠等單位研發(fā)的 FDP 系列水平定向鉆機(jī)等 。 如徐 工 集團(tuán)的 ZD 系列鉆機(jī)，在參考國(guó)外同類機(jī)型的基礎(chǔ)上，采用機(jī)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(zhǔn)和市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力 。 鉆機(jī)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(jìn)機(jī)構(gòu) 。 因此，在全液壓鉆機(jī)設(shè)計(jì)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(duì)傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行技術(shù)改造，達(dá)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(jī) 械設(shè)備上獲得了廣泛應(yīng)用，機(jī)械裝備迅速向機(jī)電液一體化方向發(fā)展 。在中國(guó)管道建設(shè)大發(fā)展的 21 世紀(jì)，非開挖技術(shù)將具有十分廣闊的應(yīng)用前景，經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益也非常巨大。 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是指對(duì)底盤、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、動(dòng)力頭、動(dòng)力頭給進(jìn) /回拖機(jī)構(gòu)、鉆桿裝卸機(jī)構(gòu)、夾持器、錨固裝置和泥漿系統(tǒng)等的機(jī)械設(shè)計(jì)和合理布局。水平定向鉆機(jī)智能化控制系統(tǒng)的主要任務(wù)是改進(jìn)鉆機(jī)作業(yè)的經(jīng)濟(jì)性和動(dòng)力性，提高鉆機(jī)的作業(yè)效率，同時(shí)簡(jiǎn)化操作人員的操作，通過(guò)友好的人機(jī)界面，在操作靈活簡(jiǎn)便的同時(shí)保證作業(yè)的精度，在這方面要予以高度重視并進(jìn)行深入研究。 對(duì)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(jì) 6 6 2. 鉆機(jī)結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)工況分析 液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與主機(jī)的設(shè)計(jì)是緊密相連的 。 （ 1） 導(dǎo)向孔鉆進(jìn) 在不開挖或少開 挖地表的情況下，利用導(dǎo)向鉆鑿技術(shù)，將一無(wú)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(kuò)孔 導(dǎo)向孔鉆出目標(biāo)點(diǎn)后，卸下導(dǎo)向斜面鉆頭，換上大徑擴(kuò)孔鉆頭，并在其后連接鉆桿，自 B 向 A 逐級(jí)回拉擴(kuò)孔，直至能夠容放預(yù) 埋管道為止 。 圖 是擴(kuò)孔器回拖擴(kuò)孔的示意圖 圖 擴(kuò)孔器回拖擴(kuò)孔 （ 3） 回拖鋪管 在條件許可的情況下，可將 B 點(diǎn)工作坑做到足夠長(zhǎng)，將全部管線一次性連接，采用A 處鉆機(jī)拉、 B 處頂管頂?shù)姆椒ǎ瑢㈩A(yù)埋管 道穿入孔內(nèi) 。 為減小定向鉆機(jī)所受到的阻力，將鉆頭做成特定的偏契式斜面，同時(shí)從鉆頭和鉆桿上的噴嘴中噴出潤(rùn)滑液來(lái)疏松和固定土畢業(yè)設(shè)計(jì) 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(jī)軌跡改變的原理 這就是定向鉆能夠進(jìn)行曲線施 工 的基本條件 。 設(shè)計(jì)的主要原則是：根據(jù)施工需求設(shè)畢業(yè)設(shè)計(jì) 9 9 計(jì)選擇一定拉力范圍的鉆機(jī)，然后將鉆機(jī)的輸出轉(zhuǎn)矩和轉(zhuǎn) 桿 的參數(shù)作為關(guān)鍵參數(shù)進(jìn)行對(duì)比，同時(shí)考慮發(fā)動(dòng)機(jī)持續(xù)功率的大小 。 (2) 鉆桿扭矩 定向鉆機(jī)的鉆孔和擴(kuò)孔過(guò)程主要靠鉆機(jī)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(zhǎng)度、桿體鋼管壁厚和絲扣牙型等 (4) （ 4） 發(fā)動(dòng)機(jī)的持續(xù)功率 這一參數(shù)標(biāo)志著 鉆機(jī)所具有的用于產(chǎn)生和回拖力的實(shí)際能力 。 表 鉆機(jī)功率配備選擇對(duì)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(jī)主要參數(shù) 鉆機(jī)主要參數(shù) 小型鉆機(jī) 大型鉆機(jī) 鉆機(jī)主要參數(shù) 小型鉆機(jī) 大型鉆機(jī) 鉆孔直徑 /mm 100110 12001800 轉(zhuǎn)速 /（ r/min） 0200 080 鉆孔長(zhǎng)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(jì) 10 10 2. 2. 2 鉆機(jī)結(jié)構(gòu)的主要組成部分 水平定向鉆機(jī)屬于中大型工程機(jī)械設(shè)備，完成施工任務(wù)需要多個(gè) 執(zhí)行機(jī)構(gòu) 。 (1)底盤 底盤為液壓驅(qū)動(dòng)，橡膠履帶，剛性連接式車架 。 (2)動(dòng)力頭總成 主要包括動(dòng)力頭減速器和推拉機(jī)構(gòu)，直接負(fù)責(zé)鉆桿旋轉(zhuǎn)和動(dòng)力頭的進(jìn)退，使鉆機(jī)的執(zhí)行部件 。 鉆頭包括鉆進(jìn)鉆頭和回?cái)U(kuò)鉆頭，回?cái)U(kuò)鉆頭直徑可根據(jù)實(shí)際鋪管的直徑選用，主要可分為流道式回?cái)U(kuò)頭、螺旋條式回?cái)U(kuò)頭、圈式回?cái)U(kuò)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(shí)施加主動(dòng)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(guò)動(dòng)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(jìn)產(chǎn)生的土屑等 。 2. 3. 1 鉆桿旋轉(zhuǎn)工況分析 a、負(fù)載特性分析：負(fù)載是指液壓控制系統(tǒng)中液壓執(zhí)行元件運(yùn)動(dòng)時(shí)所需克服的各種阻力 。 實(shí)際工作中就是通過(guò)控制孔底壓力的大小使實(shí)際轉(zhuǎn)矩穩(wěn)定工作在最大轉(zhuǎn)矩之下 。 動(dòng)力頭進(jìn)退的負(fù)載主要由鉆具的重力負(fù)載、摩擦負(fù)載和項(xiàng)緊巖石的軸向負(fù)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(jì) 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(diǎn)：分析動(dòng)力頭進(jìn)退機(jī)構(gòu)的功能是拉動(dòng)動(dòng)力頭部分即鉆桿部分通過(guò)齒輪齒條機(jī)構(gòu)在鉆機(jī)底盤上前進(jìn)后退 。 綜上所述，進(jìn)退系統(tǒng)工況較復(fù)雜，可分為加壓鉆進(jìn)工況，減壓 鉆進(jìn)工況，兼有高壓小流量慢速給進(jìn)和低壓大流量快速給進(jìn)的情形 。 在實(shí)際的設(shè)計(jì)過(guò)程中，可以在實(shí)際中測(cè)定鉆桿之問(wèn)的擰緊力和卸扣力，而液壓系統(tǒng)的設(shè)計(jì)參數(shù)還應(yīng)該留有一定的余地 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 14 14 2. 3. 4 履帶行走系統(tǒng)工況分析 負(fù)載分析：履帶行走回路主要鉆機(jī)在開始工作以前或者結(jié)束工作以后，通過(guò)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)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(fù)載分析 ： 支 腿支撐的負(fù)載主要分兩部分： 1)鉆機(jī)本身的重量； 2)鉆機(jī)在工作過(guò)程中對(duì)地面的支撐作用 。 非開挖水平定向鉆進(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，在鉆進(jìn)過(guò)程中，通過(guò)控制鉆頭的傾斜角來(lái)控制 鉆桿鉆進(jìn)的角度；可以通過(guò)控制鉆桿旋轉(zhuǎn)控制鉆桿的路徑，沿直線鉆進(jìn)還是沿曲線鉆進(jìn)，因此可以看出，在水平定向鉆機(jī)工作過(guò)程中，鉆桿旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)以及動(dòng)力頭行走機(jī)構(gòu)是系統(tǒng)完成工作的關(guān)鍵機(jī)構(gòu) 。在現(xiàn)有的鉆機(jī)機(jī)型中，其主要部件可以分成七個(gè)部件：底盤、動(dòng)力頭總成、鉆桿和鉆頭、鉆桿自動(dòng)裝卸裝置、發(fā)動(dòng)機(jī)系統(tǒng)、導(dǎo) 向系統(tǒng)、泥漿系統(tǒng) 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 16 16 畢業(yè)設(shè)計(jì) 17 17 3. 鉆機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì) 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(jī)動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)系統(tǒng)、進(jìn)給回拖系統(tǒng)、鉆桿卸扣系統(tǒng)、泥漿泵控制和整機(jī)行走系統(tǒng)等幾大部分。在打?qū)蚩淄瓿珊蠡乩瓟U(kuò)孔卸鉆桿時(shí)，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(dòng)作，使其卸松鉆桿螺紋扣，只需卸松一絲扣，然后反轉(zhuǎn)動(dòng)力頭即可。 由于 45t 水平定向鉆機(jī)的工況復(fù)雜，對(duì)液壓元件的性能要求較高，所以選用了 國(guó)際上先進(jìn)成熟的力士樂(lè)產(chǎn)品。動(dòng)力頭的最大回轉(zhuǎn)扭矩 maxT =20kN? m，此時(shí)的回轉(zhuǎn)速度 n=40r/min，回轉(zhuǎn)系統(tǒng) 總效率? =。 (2)液壓馬達(dá) 對(duì)于動(dòng)力頭推拉液壓系統(tǒng)來(lái)說(shuō)：液壓馬達(dá)排量大，工作壓力高，輸出扭矩大，通 過(guò)減速機(jī)、鏈傳動(dòng)裝置提供給動(dòng)力頭的推拉力越大；反之則小。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 20 馬達(dá)的工作壓力 a28pm MP? ，機(jī)械效率 m? =。在回?cái)U(kuò)或拖管時(shí)，由于鉆孔直徑較大，泥漿用量相對(duì)較多，泥漿泵要調(diào)整為大流量。 以上計(jì)算值為初步估算值，實(shí)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(jī)械效率，消耗發(fā)動(dòng)機(jī)功率： 69kW，扭矩：314N? m。 據(jù)缸筒內(nèi)徑計(jì)算公式： p4?FD? () 式中液壓缸負(fù)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(jì)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(guò)濾器中的 LXZ250? *FCY 型號(hào)的吸油過(guò)濾器。對(duì)一般液壓傳動(dòng)系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，主要是進(jìn)一步確切地計(jì)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(guò)閥的實(shí)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(tái)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