【正文】 （ ） 式中： F 為總回拖力 (KN)； eF 為管道的端面阻力 (KN)； ef 為單位長度管子的綜合摩擦阻力因子 (KN/m)； L(m)為管道長度 。 重力負(fù)載性質(zhì)取決于鉆孔傾角，鉆孔上揚(yáng)時為阻性負(fù)載，鉆孔下斜時為超越負(fù)載；重力負(fù)載的大小與鉆孔深度、鉆孔傾角大小及單位長度鉆桿的重量有關(guān) 。 2. 3. 2 動力頭進(jìn)退工況分析 a、 負(fù)載特性分析：動力頭進(jìn)退 主要是回拖力的計(jì)算 。 b、工況特點(diǎn)分析：鉆探工藝要求回轉(zhuǎn)器的轉(zhuǎn)速有較大的調(diào)節(jié)范圍，以適應(yīng)不同的鉆進(jìn)方法及鉆進(jìn)規(guī)程，并能雙向回轉(zhuǎn)及微動回轉(zhuǎn)；同時要求轉(zhuǎn)矩能在較大范圍內(nèi)適應(yīng)負(fù)載的變化 。 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，會出現(xiàn)卡鉆現(xiàn)象，不能正常鉆進(jìn) 。 回轉(zhuǎn)系統(tǒng)負(fù)載主要由孔底的切削負(fù)載和回轉(zhuǎn)鉆桿的負(fù)載組成 。 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，可分為以下幾個個基本回路：鉆桿旋轉(zhuǎn)回路、動力頭進(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 。 2. 3 鉆機(jī)液壓系統(tǒng)工況分析 準(zhǔn)確分析液壓系統(tǒng)工況是進(jìn)行液壓系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)的前提 。 (7)泥漿系統(tǒng) 泥漿系統(tǒng)由隨車泥漿系統(tǒng)與泥漿攪拌系統(tǒng)組成 。 (5)發(fā)動機(jī)系統(tǒng) 主要有于機(jī)型相匹配的柴油機(jī)和液壓泵組成，由于鉆機(jī)的機(jī)構(gòu)比較復(fù)雜，液壓油路比較負(fù)載，一般采用多聯(lián)泵，可以同 時提供多個 排 量的高壓油 。 夾持／擰卸機(jī)構(gòu)均配有雙夾持器，與回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)和動力頭進(jìn)退相配合， — 起組成鉆機(jī)的鉆桿夾卸系統(tǒng) 。 (4)鉆桿自動裝卸裝置 鉆桿自動裝卸裝置包括鉆桿存放／提取和夾持／擰卸機(jī)構(gòu) 。 (3)鉆桿和鉆頭 鉆桿為高強(qiáng)度鋼管制造，每節(jié)長度 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)用戶需要增加數(shù)量 。 推拉裝置是動力頭回拉或迸給運(yùn)動的執(zhí)行機(jī)構(gòu)，由一對低速大轉(zhuǎn)矩馬達(dá)驅(qū)動一對減速機(jī)，由減速機(jī)驅(qū)動鏈輪鏈條機(jī)構(gòu)，由鏈輪鏈條機(jī)構(gòu)向動力頭提供進(jìn)給力或回拉力 。 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)動輪及其傳動裝置，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 。 底盤主要包括車架及行走裝置 。 從結(jié)構(gòu)上講，水平定向鉆機(jī)主要包括以下幾個部分 。 主機(jī)主要包括以下幾個部分：鉆桿旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、動力頭行走機(jī)構(gòu)、整機(jī)行走機(jī)構(gòu)、支腿機(jī)構(gòu)、大粱翻轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)、夾持器夾緊機(jī)構(gòu)、夾持器翻轉(zhuǎn) (卸扣 )、泥漿系統(tǒng) 等 。 表 是鉆機(jī)的主要參數(shù) 。 由于鉆機(jī)時高負(fù)荷連續(xù)工作，因此要考慮發(fā)動機(jī)的連續(xù)輸出功率 。 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 。 鉆機(jī)的拉力用來克服管道阻力，而輸出轉(zhuǎn)矩決定了鉆機(jī)的最大擴(kuò)孔能力，也就了該鉆機(jī)能夠施工的最大管道直徑 。 因此，推力 (回拖力 )是鉆機(jī)最重要 的參數(shù) 。 (1) 推力 (回拖力 ) 鉆機(jī)拉力決定拖拉管道的長度 。 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，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) 。 同時，在定向鉆的鉆頭中裝有斜面位置傳感器和信號發(fā)射器，操作人員通過接收器便能夠隨時知道斜面的傾角和鉆頭的實(shí) 際深度等信息，便于進(jìn)行曲線運(yùn)行控制 。 當(dāng)鉆頭斜面向下而鉆桿只推進(jìn)不旋轉(zhuǎn)時，鉆頭將帶動鉆桿向上偏移 ； 而當(dāng)鉆桿帶動鉆頭高速旋轉(zhuǎn)時，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 )。 由于定向鉆鉆頭有一個非對稱的斜面，它使 得鉆頭所受的合力是與鉆桿垂直的 。 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，便可以擠壓土壤在地下成孔 。 若 B 處受限制時，可做一個短的下管坑，邊接一根回拉一根，直至將全部管線回拉到孔內(nèi)，完成鋪管工作 。 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 。排 出孔內(nèi)多余殘土，等待鋪管 。 圖 是導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過程的示意圖 。 導(dǎo)向孔鉆進(jìn)過程中，地面接收儀隨時顯示斜面鉆頭的深度，傾角及斜面的面向角，操作者據(jù)此進(jìn)行造斜鉆進(jìn)或直線鉆進(jìn) 。 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)管道三個階段 。 只有完全理解主機(jī)的工作原理、機(jī)構(gòu)特點(diǎn)、負(fù)載特性才能合理地設(shè)計(jì)出一套比較完善的液壓系統(tǒng) 。 最后，在 第五章 中 ，總結(jié)前幾章的工作，并且對水平定向鉆機(jī)的發(fā)展方向作出展望 。 在接下來的章節(jié)中，第二章主要是對水平定向鉆機(jī)的本體結(jié)構(gòu)分析、工況負(fù)載分析，第三章主要是根據(jù)上述分析的結(jié)果，對液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì) ，并對各子系統(tǒng)進(jìn)行分析及液壓元件的合理。 1. 4. 2 論文主要內(nèi)容及各章安 排 本文主要是對 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)上對鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行全面地設(shè)計(jì) 。 施工工藝包括現(xiàn)場勘察工藝、鉆進(jìn)軌跡設(shè)計(jì)工藝、鉆進(jìn)先導(dǎo)孔工藝和擴(kuò)孔鋪管工藝。 智能控制主要包括鉆進(jìn)導(dǎo)向控制技術(shù)、定向鉆機(jī)專用控制技術(shù)、地下電纜與管道探 測防觸碰安全保護(hù)技術(shù)、鉆進(jìn)規(guī)劃軟件了 開 發(fā)技術(shù)以及智能故障診斷技術(shù)。 液壓系統(tǒng)包括動力頭液壓驅(qū)動系統(tǒng) (包含回轉(zhuǎn)系統(tǒng)和推拉系統(tǒng) )、行走液壓系統(tǒng)、鉆畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 5 桿自動存取液壓系統(tǒng)、虎鉗液壓系統(tǒng)、錨固液壓系統(tǒng)和輔助液壓系統(tǒng)。 為了滿足日益增長的非開挖施工建設(shè)的需要，應(yīng)盡快提高我國水平定向鉆進(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方面入手。 現(xiàn)代工程的施工量較大，工期要求比較嚴(yán)格，因此在施工過程中，提高作業(yè)效率、減輕操作人員的勞動強(qiáng)度，就顯得尤為重要。我國極具潛 力的非開挖技術(shù)市場也吸引了大批國際非開挖設(shè)備制造商。 1. 4 課題背景及論文主要工作內(nèi)容 1. 4. 1 課題背景及來源 隨著我國國民經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展和政府對環(huán)境的日益重視，自 20 世紀(jì) 90 年代以來， 我國非開挖的工程施工量和投入的設(shè)備數(shù)量均以每年 40％的高速度增長。特別是 20 世紀(jì)下半葉以來，流體傳動與控制技術(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) 。 1. 3. 2 鉆機(jī)液壓系統(tǒng)的發(fā)展現(xiàn)狀和趨勢 20 世紀(jì)是科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展的一個世紀(jì)，各項(xiàng)科學(xué)技術(shù)在各個 領(lǐng)域取得了全所未有的突破性進(jìn)展 。 隨著鉆機(jī)功率的增大，系統(tǒng)的能耗和發(fā)熱問題越來越突出 ， 成為制約和影響鉆機(jī)性能發(fā)揮的重要因素 。 隨著液壓技術(shù)的蓬勃發(fā)展，液壓技術(shù)在鉆機(jī)上的應(yīng)用也越來越普遍 。 畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 3 a)國外某型號水平定向鉆機(jī) b） 國內(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 。 但是，總的說來，我國的 HDD 與國外相比還是存在相當(dāng)?shù)牟罹啵€有待于我們一起努力，使我國的鉆機(jī)行業(yè)早 日 趕上并超越國際先進(jìn)水平 。 性能大幅提高，不少產(chǎn)品技術(shù)水平很高，到達(dá)國際先進(jìn)水平 。 “十五 ”期間，國內(nèi) HDD 產(chǎn)品研發(fā)取得較大發(fā)展 。 90 年代中期以來，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 。 目前國外 HDD 的發(fā)展朝著大型化、微型化、硬巖作業(yè)、機(jī)械自動化、超深度導(dǎo)向監(jiān)控等趨勢發(fā)展 。 據(jù)了 解，目前國外有三十余家 HDD 制造商， 例 如，典型廠家有美國的 DITCH WITCH 公司、威猛公司、凱斯公司、英格索蘭公司等 。 水平定向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)可用于穿越道路、河流、建筑物等障礙物鋪設(shè)管線，工作原理是采用定向鉆進(jìn)技術(shù)，按設(shè)計(jì)的鉆孔軌跡施工一個定向孔，然后在鉆桿柱端部換接大直徑的擴(kuò)孔鉆頭和直徑小于擴(kuò)孔鉆頭的待鋪設(shè)管線，在拉回鉆桿的同時將鉆孔擴(kuò)大，同時拉入需鋪設(shè)的管道，在鉆掘定向孔的過程中， 利用膨潤土、水，氣混合物來潤滑、冷卻和運(yùn)載切削的土至地面，鉆具上安裝了定向測控儀，可改變鉆頭的傾斜角度，鉆進(jìn)的長度就是鉆桿總長度，適用于各種土層，砂卵石層和巖層 。 特別是在需要穿越地表以上障礙物或大中型河流時，定向鉆進(jìn)方法是最好的管線鋪設(shè)方法之一 。 開挖鋪管技術(shù)主要包括水平定向鉆進(jìn)鋪管技術(shù)，微型隧道鋪管技術(shù)、沖擊矛鋪管技術(shù)、夯管法鋪管技術(shù)等 。 廣泛用于市政、電信、電力，煤氣、油氣、自來水、有線電視、熱力等管線工程部門，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 。 交通等優(yōu)點(diǎn)，其應(yīng)用日益廣泛，將成為未來城市鋪管作業(yè)的主流技術(shù) 。 2 液壓元件故障診斷和排除 .................................................................................. 24 附錄二、譯文 .................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 附錄一、液壓系統(tǒng)常見故障分析與排除 ........................................ 錯誤 !未定義書簽。 致謝 ............................................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 5. 2 研究展望 ..................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 5. 總結(jié)與展望 ........................................................................................... 錯誤 !未定義書簽 。 4. 2. 3 計(jì)算油箱散熱量 ............................................................. 錯誤 !未定義書簽。 3. 3. 1 動力頭回轉(zhuǎn)系統(tǒng)設(shè)計(jì)及液壓元件選擇 ......................... 錯誤 !未定義書簽。 hydraulic ponent selection。s performance to good condition, engine power utilization, rig hydraulic system transmission efficiency and higher operating efficiency. Key words: horizontal directional drilling。 關(guān)鍵詞 ：水平定向鉆機(jī)；液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)； 液壓元件選擇 ； 性能驗(yàn)算 計(jì) II Abstract Horizontal Directional Drill pipe laying technology is currently the most widely used technique for trenchless pipelaying can be used across the roads, rivers, buildings, obstacles such as laying pipelines, with a fast, efficient, without damaging the environment and highlight the advantages of traffic. Infrastructure construction in China today in full swing environment, have broad