【正文】 ................ 19 3. 3. 3 泥漿系統(tǒng)設計及液壓元件選擇 .................................................................. 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。 4. 3 計算液壓系統(tǒng)沖擊力 ................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 5. 1 研究總結 ..................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 .................................................................................................... 錯誤 !未定義書簽。 附錄 ............................................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 1 液壓系統(tǒng)故障診斷和排除 .................................................... 錯誤 !未定義書簽。 畢業(yè)設計 1 1 1. 緒論 1. 1 水平定向鉆進鋪管技術簡介 1. 1. 1 非開挖技術簡介 非開挖鋪管技術是一種新型鋪管技術，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 。 非開挖技術比較常用的定義主要有以下兩種： 1)非開挖施工技術是指在不開挖地表的條件下探測、檢查、修復、更換和鋪設各種地下公用設施 (管道和電纜 )的任何一種技術和方法； 2)指利用巖土鉆掘、定向 測 控等技術 手段，在不破壞地面情況下進行不同用途、不同材質(zhì)管線的鋪設、修復和更換所使用的施工技術 。 目前 。 1. 1. 2 水平定向鉆進鋪管技術簡介 水平定向鉆進鋪管技術是目前應用最為廣泛的非開挖技術之一，它將石油工業(yè)的定向鉆進技術與傳統(tǒng)的管線施工方法相結合，為地下管線 施 工帶來了一次技術革 命 。 它采用方向可控和以水射流破土為主的鉆進技術，使用地表放置的鉆機，按設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。 畢業(yè)設計 2 2 1. 2 國內(nèi)外水平定向鉆機研發(fā)現(xiàn)狀和發(fā)展 1. 2. 1 國外水平定向鉆機的研發(fā)現(xiàn)狀 水平定向鉆機 (HDD， Horizontal Directional Drill)起源于上世紀七十年代末期，隨著技術和裝備的不斷完善和改進，八十年代中期在發(fā)達國家才被廣泛接受和認可，得于迅速發(fā)展，井以其獨特的技術優(yōu)勢和廣發(fā)的市場前景的道路世界各國的重視 。 國外 HDD 產(chǎn)品規(guī)格齊全，自動化程度高，結構緊湊，地層適應性強，性能覆蓋范圍大，功率匹配合理、可靠，技術水平含量高，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 。 1. 2. 2 國內(nèi) HDD 現(xiàn)狀 國內(nèi)的 HDD 研發(fā)相對于國外來說，起步較晚，與國際先進水平存在很大的差距，特別是在導向監(jiān)控方面 ，很大程度上依賴國外的技術 。 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 。 如中聯(lián) 重 科、深圳鉆通、徐工、北京土行孫、南京地龍等企業(yè)都相應開發(fā)出自己的產(chǎn)品 。 如徐 工 集團的 ZD 系列鉆機，在參考國外同類機型的基礎上，采用機電液集成的 PLC 控 制、電液比例控制等技術，具有較高的技術水準和市場競爭力 。 圖 分別是國外和國內(nèi)研發(fā)的兩種型號的水平定向鉆機的基本外形 。 鉆機上應用液壓技術是在七十年 代開始的，最初主要是用于給進機構 。 與傳統(tǒng)的機械鉆機相比，全液壓鉆機具有功率重量畢業(yè)設計 4 4 比大，控制性能好等優(yōu)點，因此很快得到了推廣和應用 。 因此，在全液壓鉆機設計中，迫切需要應用液壓技術和液壓元件發(fā)展的最新成果，對傳統(tǒng)的液壓系統(tǒng)進行技術改造，達到完善功能、提高效率的目的 液壓技術也不斷取得新的突破，使整個機械裝備性能發(fā)生突破性前進 。 電液閥和電 液 控制系統(tǒng)在各類 機 械設備上獲得了廣泛應用，機械裝備迅速向機電液一體化方向發(fā)展 。非 開挖技術 在我國已形成了一個新興產(chǎn)業(yè)，引起了各級政府和環(huán)境部門的高度重視。在中國管道建設大發(fā)展的 21 世紀，非開挖技術將具有十分廣闊的應用前景，經(jīng)濟效益和社會效益也非常巨大。從市場需求來看，用戶對施工質(zhì)量的要求越來越高，一些傳統(tǒng)的產(chǎn)品已無法滿足施工要求，只有自動化程度高、適應范圍廣、采用先進施工工藝的新型機器才能一顯身手，這也是今后 水平定向鉆機的發(fā)展方向。 結構設計是指對底盤、發(fā)動機系統(tǒng)、動力頭、動力頭給進 /回拖機構、鉆桿裝卸機構、夾持器、錨固裝置和泥漿系統(tǒng)等的機械設計和合理布局。液壓系統(tǒng)的結構設計、液壓元件的選擇和參數(shù)匹配對整機的性能有較大的影響；而且選擇合 適的液壓元件控制方式，也有利于自動控制的實現(xiàn)。水平定向鉆機智能化控制系統(tǒng)的主要任務是改進鉆機作業(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。這方面的提高和完善，既需要理論上的研究和分 析，還需要實踐經(jīng)驗的總結。 對系統(tǒng)的節(jié)能性以及操縱性能有了較大的改善 。第四章是對液壓系統(tǒng)進行性能驗算。 畢業(yè)設計 6 6 2. 鉆機結構及液壓系統(tǒng)工況分析 液壓系統(tǒng)的設計與主機的設計是緊密相連的 。 因此，本章即在進行水平定鉆機液壓系統(tǒng)設計以前，對鉆機的 工 作原理、設計參數(shù)、結構部件 、工 作環(huán)境、負載情況進行深入的分析 。 （ 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，將一無線發(fā)射器 (探頭 )置入斜面鉆頭后的探頭盒內(nèi) 。 在地面導航儀的引導下，從 A 點向 B 點鉆一個與設計軌跡吻合的導向孔，一般平面誤差為 10cm，深度誤差為 5％ 。 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 。根據(jù)鋪設管道的直徑、材質(zhì)、地層等因素確定擴孔方式、擴孔級序，一般最大擴孔直徑畢業(yè)設計 7 7 比預埋管徑大中 100mm。 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?，將預埋管 道穿入孔內(nèi) 。 圖 是回拖鋪管過程的示意圖 。 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) 。 因此 。 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 。 由此可知，鉆機工作過程中，鉆桿旋轉以及動力頭行走機構是系統(tǒng)的關鍵機構 。 設計的主要原則是：根據(jù)施工需求設畢業(yè)設計 9 9 計選擇一定拉力范圍的鉆機，然后將鉆機的輸出轉矩和轉 桿 的參數(shù)作為關鍵參數(shù)進行對比，同時考慮發(fā)動機持續(xù)功率的大小 。 在穿越地質(zhì)和施工工藝相同時鉆機的整體能力主要體現(xiàn)在所能施工管道的具體尺寸上，即管道直徑和相應長度 。 (2) 鉆桿扭矩 定向鉆機的鉆孔和擴孔過程主要靠鉆機的轉矩和泥漿的沖洗作用，而不只是推力(回拖力 )。 (3) 鉆桿 鉆桿是地面鉆機于孔內(nèi)鉆具的唯一動力傳遞環(huán)節(jié)，實現(xiàn)傳遞給進力、回轉轉矩、反向擴孔和鋪管時的回拖力等作用 。 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 為管徑和鉆孔長度的鉆機功率配備選擇對照表 。 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 轉速 /（ r/min） 0200 080 鉆孔長度 /m 2050 15002300 轉矩（ kN? m） 120184 推 /拉力 /kN 1015 40006000 功率 /kW 5602560 畢業(yè)設計 10 10 2. 2. 2 鉆機結構的主要組成部分 水平定向鉆機屬于中大型工程機械設備，完成施工任務需要多個 執(zhí)行機構 。 當然，為了實現(xiàn)上 料的自動化，有些鉆機還包括吊機的起重、變幅、伸縮、回轉回路及自動上料機構等 。 (1)底盤 底盤為液壓驅(qū)動，橡膠履帶，剛性連接式車架 。 行走裝置主要包括兩縱梁、履帶張緊裝置、履帶總成、驅(qū)動輪、導向輪、支重輪及行走減速機 。 (2)動力頭總成 主要包括動力頭減速器和推拉機構，直接負責鉆桿旋轉和動力頭的進退，使鉆機的執(zhí)行部件 。 動力頭由一個低速大扭矩馬達驅(qū)動減速機，由減速機驅(qū)動減速箱，由減速箱輸出軸驅(qū)動鉆桿轉動，輸出軸中空，便于向鉆頭注入泥漿水 。 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 。 其中鉆桿存放／提取機構包括鉆桿箱上下抬升和索臂伸縮機構；當裝鉆桿時鉆桿箱上下抬升機構 落到索臂上，畢業(yè)設計 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現(xiàn)安裝；卸時索臂將拆下鉆桿送到鉆桿箱相應列數(shù)下，鉆桿箱落下將鉆桿擠入箱內(nèi)實現(xiàn)拆卸 。 雙夾持器一般布置在底盤的前端，前夾持器 (靠近孔口 )承受反轉矩，后夾持器只在卸開第一扣時施加主動力矩 。 (6)導向系統(tǒng) 導向系統(tǒng)由探頭、地表手持式接收機和鉆機旁同步顯示器組成 。 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、降低回轉轉矩和拉管阻力，還可冷卻鉆頭、發(fā)射探頭、清除鉆進產(chǎn)生的土屑等 。