【正文】 .............. 30 5. 總結與展望 ......................................................................................................................... 32 5. 1 研究總結 ................................................................................................................... 32 5. 2 研究展望 ................................................................................................................... 32 參考文獻 .................................................................................................................................. 35 致謝 .......................................................................................................................................... 37 附錄 .......................................................................................................................................... 38 附錄一、液壓系統(tǒng)常見故障分析與排除 ...................................................................... 38 1 液壓系統(tǒng)故障診斷和排除 .................................................................................. 38 2 液壓元件故障診斷和排除 .................................................................................. 43 附錄二、譯文 .................................................................................................................. 50 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 國內外水平定向鉆機研發(fā)現狀和發(fā)展 1. 2. 1 國外水平定向鉆機的研發(fā)現狀 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 HDD 現狀 國內的 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 。 主要產品有中國地質科學院勘探研究所生產的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 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，用戶對施工質量的要求越來越高，一些傳統(tǒng)的產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。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、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。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。根據鋪設管道的直徑、材質、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 處頂管頂的方法，將預埋管道穿入孔內。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作為關鍵參數進行對比，同時考慮發(fā)動機持續(xù)功率的大小。在穿越地質和施工工藝相同時鉆機的整體能力主要體現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鉆具的唯一動力傳遞環(huán)節(jié)，實現傳遞給進力、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 這一參數標志著鉆機所具有的用于產生 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 鉆機主要參數 小型鉆機 大型鉆機 鉆機主要參數 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動減速機，由減速機驅動減速箱，由減速箱輸出軸驅動鉆桿轉動，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安裝；卸時索臂將拆下鉆桿送到鉆桿箱相應列數下，鉆桿箱落下將鉆桿擠入箱內實現拆卸。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，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、清除鉆進產生的土屑等。通過對液壓系統(tǒng)工況的分析，可以明確負載情況、控制對象、控制內容及控制要 求，為液壓系統(tǒng)功能的合理設計提供依據。 2. 3. 1 鉆桿旋轉工況分析 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。回轉負載的大小除受到所鉆地層巖性、鉆孔直徑大小、鉆進 方法、鉆孔深度、回轉速度等因素影響外，畢業(yè)設計 12 12 還與孔底鉆頭壓力的大小有關。實際工作中就是通過控制孔底壓力的大小使實際轉矩穩(wěn)定工作在最大轉矩之下?；剞D液壓系統(tǒng)具有壓力適應、速度可調、調速范圍大但不頻繁的特點。 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?？椎讐毫τ摄@進規(guī)程確定，通常是針對不同的巖層性質和鉆頭種類為獲得最優(yōu)鉆進指標而由試驗得到的數值。 cBWD ???? 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