【正文】 (s)。 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)。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。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）。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)。 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=。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。 液壓馬 達(dá)選用力士樂公司生產(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。 (1)液壓馬達(dá) 變量馬達(dá)有多種結(jié)構(gòu)形式，與斜盤式軸向柱塞馬達(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)。 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。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)。 在本文中給出了一些參數(shù)匹配的表格 。 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 。 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 。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 。為管與土之間的摩擦系數(shù) (v39。 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 。 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 。 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) 。 車架為整體式焊接：兩縱梁與車架用高強(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 。 表 是鉆機(jī)的主要參數(shù) 。 因此，推力 (回拖力 )是鉆機(jī)最重要 的參數(shù) 。 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 )。 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，既避免了過量 排 土造成地面塌陷，也解決了擠壓過度形成的地面開裂難題 。 2. 1 水平定向鉆機(jī)的工作原理 2. 1. 1 水平定向鉆進(jìn)鋪管過程 非開挖水平定向鉆進(jìn)鋪管過程主要分為導(dǎo)向孔鉆進(jìn)、回拉擴(kuò)孔、回拉鋪設(shè)管道三個(gè)階段 。 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) 。 為了滿足日益增長(zhǎng)的非開挖施工建設(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。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) 。 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 。 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) 。 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 。 hydraulic ponent selection。 本文敘述了水平定向鉆機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)過程 。 鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)直接負(fù)責(zé)整機(jī)的控制和傳動(dòng)系統(tǒng)，直接影響到系統(tǒng)的各項(xiàng)性能指標(biāo)，是鉆機(jī)的關(guān)鍵技術(shù) 。 hydraulic system design。 1. 1. 2 水平定向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)簡(jiǎn)介 水平定向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)是目前應(yīng)用最為廣泛的非開挖技術(shù)之一，它將石油工業(yè)的定向鉆進(jìn)技術(shù)與傳統(tǒng)的管線施工方法相結(jié)合，為地下管線 施 工帶來(lái)了一次技術(shù)革 命 。 1. 2. 2 國(guó)內(nèi) HDD 現(xiàn)狀 國(guó)內(nèi)的 HDD 研發(fā)相對(duì)于國(guó)外來(lái)說(shuō)，起步較晚，與國(guó)際先進(jìn)水平存在很大的差距，特別是在導(dǎo)向監(jiān)控方面 ，很大程度上依賴國(guó)外的技術(shù) 。 圖 分別是國(guó)外和國(guó)內(nèi)研發(fā)的兩種型號(hào)的水平定向鉆機(jī)的基本外形 。 液壓技術(shù)也不斷取得新的突破，使整個(gè)機(jī)械裝備性能發(fā)生突破性前進(jìn) 。從市場(chǎng)需求來(lái)看，用戶對(duì)施工質(zhì)量的要求越來(lái)越高，一些傳統(tǒng)的產(chǎn)品已無(wú)法滿足施工要求，只有自動(dòng)化程度高、適應(yīng)范圍廣、采用先進(jìn)施工工藝的新型機(jī)器才能一顯身手，這也是今后 水平定向鉆機(jī)的發(fā)展方向。這方面的提高和完善，既需要理論上的研究和分 析，還需要實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)的總結(jié)。 因此，本章即在進(jìn)行水平定鉆機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)以前，對(duì)鉆機(jī)的 工 作原理、設(shè)計(jì)參數(shù)、結(jié)構(gòu)部件 、工 作環(huán)境、負(fù)載情況進(jìn)行深入的分析 。根據(jù)鋪設(shè)管道的直徑、材質(zhì)、地層等因素確定擴(kuò)孔方式、擴(kuò)孔級(jí)序，一般最大擴(kuò)孔直徑畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 7 比預(yù)埋管徑大中 100mm。 因此 。 在穿越地質(zhì)和施工工藝相同時(shí)鉆機(jī)的整體能力主要體現(xiàn)在所能施工管道的具體尺寸上，即管道直徑和相應(yīng)長(zhǎng)度 。 表 為管徑和鉆孔長(zhǎng)度的鉆機(jī)功率配備選擇對(duì)照表 。 行走裝置主要包括兩縱梁、履帶張緊裝置、履帶總成、驅(qū)動(dòng)輪、導(dǎo)向輪、支重輪及行走減速機(jī) 。 其中鉆桿存放／提取機(jī)構(gòu)包括鉆桿箱上下抬升和索臂伸縮機(jī)構(gòu)；當(dāng)裝鉆桿時(shí)鉆桿箱上下抬升機(jī)構(gòu) 落到索臂上，畢業(yè)設(shè)計(jì) 11 11 索臂由控制系統(tǒng)控制抓取不同列數(shù)的鉆桿，然后鉆桿箱抬起，索臂伸出將鉆桿送到安裝位置實(shí)現(xiàn)安裝；卸時(shí)索臂將拆下鉆桿送到鉆桿箱相應(yīng)列數(shù)下，鉆桿箱落下將鉆桿擠入箱內(nèi)實(shí)現(xiàn)拆卸 。 通過對(duì)液壓系統(tǒng)工況的分析，可以明確負(fù)載情況、控制對(duì) 象、控制內(nèi)容及控制要求，為液壓系統(tǒng)功能的合理設(shè)計(jì)提供依據(jù) 。 回轉(zhuǎn)液壓系統(tǒng)具有壓力適應(yīng)、速度可調(diào)、調(diào)速范圍大但不頻繁的特點(diǎn) 。 u39。LcπBπ q u 39。 2. 3. 3 鉆具夾緊及擰卸回路工況分析 a、 負(fù)載分析：這個(gè)回路其實(shí)包括兩套回路，一個(gè)是夾緊環(huán)節(jié)的負(fù)載，一個(gè)擰卸環(huán)節(jié)的負(fù)載 。 mgs inc o sFf ）（ ?? ?? f （ ） 式中： fF — 行走系統(tǒng)負(fù)載； f — 履帶與地面接觸摩擦系數(shù)； ?— 接觸面傾斜角度，水平接觸面取 0。 諸如鉆桿的參數(shù)以及發(fā)動(dòng)機(jī)的參數(shù)都對(duì)鉆機(jī)起至關(guān)重要的影響，各個(gè)參數(shù)之間有一定的匹配關(guān)系 。 7．單向閥 1 1 1 1 2 達(dá) 2 2 2 3 3 圖 鉆機(jī)液壓系統(tǒng)原理圖 該系統(tǒng)的工作原理：當(dāng)鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)條件具備，操作手操作鉆機(jī)的履帶行走手柄即換向閥 1 13 至左位驅(qū)動(dòng)履帶行走馬達(dá)使鉆機(jī)進(jìn)場(chǎng)，待進(jìn)場(chǎng)就位以后，扳動(dòng)手動(dòng)換向閥 14至右位，升起鉆臂調(diào)整角液壓缸至需要的人土角度 (通常為 ?? 16~8 )，調(diào)整完成后，把手動(dòng)換向閥 14 扳向中位，液壓鎖鎖緊該支路，然后定位并打下地錨樁。 以下是根據(jù)各液壓回路對(duì)液壓元件進(jìn)行選擇。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 20 20 3. 3 各液壓子系統(tǒng)設(shè)計(jì)及液壓元件選擇 3. 3. 1 動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及液壓元件選擇 動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)系統(tǒng)采用采用單泵 +雙馬達(dá) +減速機(jī)的驅(qū)動(dòng)形式。 由上述計(jì)算可知，系統(tǒng)額定壓力為 40MPa，馬達(dá)最大輸出扭矩時(shí)的工作壓力取28MPa，排量為 ，最大輸出扭矩為 ? m，最高轉(zhuǎn)速為 4100 r/min。由計(jì)算得到的 1Q 、 2Q 可以看出，系統(tǒng)的流量變化不大。 選用 SumerNR350 三級(jí)減速機(jī)，減速比 .5106ip ? ，額定輸出扭矩 ? m，驅(qū)動(dòng) 半徑為 r=。操作者應(yīng)掌握合適的鉆進(jìn)或回?cái)U(kuò)速度，以保證有足夠的泥漿供給，形成良好的鉆孔。 3. 3. 4 其他液壓元件的選擇 畢業(yè)設(shè)計(jì) 24 24 1） 溢流閥 由上述 3. 3. 1 計(jì)算可知，系統(tǒng) 最大工作 壓力為 40MPa，流量不小于 242L/min， 主油路上溢流閥 6 的壓力值即為 40MPa；另外，回轉(zhuǎn)系統(tǒng)的最大工作壓力為 32MPa。所以油箱的容量 V=?10= 按 JB/T79381999規(guī)定容積取標(biāo)準(zhǔn)值 V=2020L。根據(jù)分析計(jì)算發(fā)現(xiàn)問題，對(duì)某些不合理的設(shè)計(jì)要進(jìn)行重新調(diào)整，或采取其他必要的措施。η Pi—— 各臺(tái)液壓泵的總效率； ti—— 第 i 臺(tái)泵工作時(shí)間 (s)。 Phc＝ (K1Al＋ K2A2)Δ T （ ） 式中 K1—— 油箱散熱系數(shù)，見表 ； K2—— 管路散熱系數(shù)，見表 ； Al、 A2—— 分別為油箱、管道的散熱面積 (m2)； T—— 油溫與環(huán)境溫度之差 (℃ )。 由以上各種損失構(gòu)成了整個(gè)系統(tǒng)的功率損失，即液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 Phr＝ Phl＋ Ph2＋ Ph3＋ Ph4 （ ） 上式適用于回路比較簡(jiǎn)單的液壓系統(tǒng)，對(duì)于復(fù)雜系統(tǒng)，由于功率損失的環(huán)節(jié)太多 ，一一計(jì)算較麻煩，通常用下式計(jì)算液壓系統(tǒng)的發(fā)熱功率 Phr＝ Pr— Pc （ ） 式中 Pr是液壓系統(tǒng)的總輸入功率， Pc是輸出的有效功率。 對(duì)于泵到執(zhí)行元件間的壓力損失，如果計(jì)算出的Δ p 比選泵時(shí)估計(jì)的管路損失大得多時(shí)，應(yīng)該重新調(diào)整泵及其他有關(guān)元件的規(guī)格尺寸等參數(shù)。 5）油管及接頭 油管內(nèi)徑 d 和油管壁厚 ? 及外徑 D 分別按下面公式算出 )/(4 vqd ?? () ][2?? pd? () ?2??dD () 可算得內(nèi)徑 d=，壁厚 ? =，外徑 D 取 14mm。 活塞桿直徑計(jì)算公式為： ?? 1d ??D () 表 速度比 ?