动力头钻轴毕业设计

【篇一：水平定向钻机动力头装置设计毕业设计说明书】

湘潭大学

毕业设计说明书

题 目：非开挖水平定向钻机动力头装置设计 学 院：专 学 号： 姓 名：

指导教师：

完成日期： 2014年5月28日 目录

摘 要 ........................................................................................i 第一章 绪论 ------------------------------------------- 4

1.1课题研究的背景及其意义 -------------------------------------------- 4 1.2 国内外研究情况 -------------------------------------------------------- 5 1.3 非开挖水平钻机的结构及工作原理-------------------------------- 6 1.4 课题的研究 -------------------------------------------------------------- 6 第2章 非开挖水平定向钻机动力头装置设计的方案 ------ 8

2.1动力头现阶段情况 ----------------------------------------------------- 8 2.2 动力头方案对比与选择----------------------------------------------- 9 第3章 非开挖水平定向钻机动力头装置参数的确定 ------- 13

3.1最大回拖力 ------------------------------------------------------------ 13 3.2最大回转扭矩 --------------------------------------------------------- 13 3.3动力头零部件选型与设计 ------------------------------------------ 15 第4章 动力头的三维建模 --------------------------------------------- 28 4.1 动力头的三维建模 -------------------------------------------------- 29

4.2 动力头传动运动仿真现象........................................................28 第5章 总结 ------------------------------------------- 33 参考文献: ---------------------------------------------- 34

非开挖水平定向钻机动力头装置设计 摘 要

非开挖水平定向钻机是完成地下管线铺设和修复的重要机械装置之一，在加大城市化建设的过程中起着不可替代的作用。在该钻机中，动力头起着重要性的作用，它是给钻机提供推进和回拖运动的机械

传动执行结构，其性能直接影响整机的工作效率。本文基于非开挖水平钻机动力头进行结构设计，并对其进行三维建模与运动仿真。首先以非开挖水平钻机的背景和意义为入手点，介绍了研究该课题的必要性；接着通过对动力头不同结构的分析，选择出适合该课题的结构类型，并对内部结构进行选型和设计；采用传统的设计和强度校核方法，验证了设计的合理性；最后完成三维建模，并对模型进行整体装配，完成传动部分的运动仿真。本文研究的水平定向钻机，在设计和疲劳强度方面基本符合产品的要求。 关键词：非开挖水平钻机；动力头；设计；三维建模

trenchless horizontal directional drill head unit design abstract

trenchless horizontal directional drilling is completed underground pipeline repair and laid one of the important mechanical device, the application of trenchless horizontal rigs plays an irreplaceable role during the process of

increasing urbanization. trenchless horizontal drilling rig, the power head plays a role of importance; it is the mechanical drive to the rig and implementation structures provide propulsion and drag back to the action, its performance directly affects the efficiency of the machine. the paper is based on thesefeatures of trenchless horizontal drill head for structure design, and carries on themodeling and dynamic simulation. first, this paper through the background and signifc-ance of trenchless horizontal drilling rigs starting

point, introduces the necessity to do this project; followed by an analysis of the internal structure of the different power head,choose the appropriate type of structure we need, and completed the selection and designof the internal structure; using the traditional method of design and strength check, verify the rationality of the design; finally, complete it’s the 3d-modeling based on thewhole assembly model and transmission part of dynamic simulation. in this paper, in

terms of design and fatigue strength aspect basically with the requirement of product in our study the horizontal directional drilling.

key words: trenchless horizontal drill; power head; design; 3d-modeling. 第一章 绪 论

非开挖施工技术虽然距今已有近百年的历史,但其重大发展始于本世纪50年代,尤其是近十几年近年来,非开挖管线工程施工量已占全部地下管线工程的10%,个别地区如德国柏林市己达到40%左右我国非开挖技术的市场前景与现代化建设的进程密切相关,加速基础设施和基础工业的建设是最基本的前提,因此对石油管道!煤气管道!电力电缆管道!自来水以及污水管线等各种地下管线的需求可望在短期内内有较大幅度的增长,这为我国非开挖技术的发展提供了有利的条件,市场潜力巨大。

目前,为了避开现有的密集管网系统,大城市管线埋深有加大的趋势,例如上海,北京等,有些管线的埋深已达10m左右开挖施工的成本随埋深的加大而提高,非开挖施工的优越性更为显著研究表明,当埋管深度超过4m时,开挖施工的成本开始高于非开挖施工的成本,此外,随着设备利用率的提高,施工经验的丰富,非开挖的施工的成本也会逐渐降低。

此外,随着现代文明意识和环保意识的逐渐加强,开挖路面进行地下管线施工导致的社会问题!交通问题和污染问题已越来越受到人们的关注城市限制开挖施工的法规也己经陆续出台,其适用面将逐渐扩展,这对非开挖技术的推广应用无疑会产生极大的推动作用例如,为了保护城市道路,减少地下管线施工导致的交通堵塞,国务院于1996年10月1日公布的5城市道路管理条例6规定,新建道路5年内不准开挖;修复道路3年内不准开挖。

综合社会效益!行业发展趋势!施工规范要求以及不断提高的水平定向钻进施工技术水平几个方面,可见对水平定向钻机的研究有着重要的实际应用意义。

1.1课题研究的背景及其意义

据调查，在2011年特大暴雨袭击了我国多个城市，暴雨过后，积

水成涝，出现了“水漫金山”、“城市看海”、“地铁观水帘洞”等现象，然而造成这种现象的主要原因是城市排水管网建设滞后，排水管道老化。因此，为了保证城市化建设的顺利进行，地下管线（污水排水管道、煤气天然气管道、电力电缆管道）的修复和铺设尤为重要。然而传统的管线铺设方法是采用“挖槽埋管法”。所谓的“挖槽埋管法”是指通过使用挖沟机、反铲等设备或人工进行挖槽的开挖，其主要缺点是妨碍交通（堵塞、中断或改道）、破坏环境（绿化带、公园和花园）、影响市民生活和单位的正常工作、安全性差、综合施工成本高。并且“挖槽施工”给道路带来了潜在的安全隐患，给城市居

民的生活带来了巨大的困扰。因此，很多大城市为了保证人民的正常出行生活，纷纷出台禁止在中心城区开挖施工的规

定或行政命令，这给非开挖技术的产生提供了社会性的条件。

非开挖技术（trenchless technology）是指利用各种岩土钻掘设备和技术手段，在地表最小开挖量的条件下进行地下管线铺设、更换或修复作业的一种高科技新技术，国外叫做tt技术。它与传统的“挖槽埋管法”相比较，克服了传统施工方法中的缺点，提高了施工的效率，保证了居民生活和城市化规划的正常进行。实践证明，在大多数情况下，尤其是在繁华市区或管线的深度埋深时，非开挖施工是明挖施工很好的替代方法；在特殊情况下，例如穿越公路、铁路、河流、建筑物等时，该项施工方法更是一种经济可行的施工方法。并且该项技术符合了目前国家发展计划提出的“建立资源节约型和环境友好型社会”的要求。因而自其进入工程施工市场以来，便日益受到人们的青睐，取得了非常好的经济、社会效益。目前发达国家应用此项技术铺设管线的比例已占到9%—15%，我国更是以20%的速度在快速增长。

非开挖水平定向钻机（horizontal directional driller,简称hdd）作为非开挖技术中的典型机械施工设备，具有节能环保、作业安全、施工准确度高、施工效率高、周期短，管线铺设长、埋深大等特点。因而逐步发展成一种最具活力的非开挖施工机械。它被广泛应用于穿越文物保护区、铁路、城市道路、江河、机场、森林保护区以及闹市区等进行供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线的修复和铺设中，适用于沙土、粘土、卵石等地质情况，在我国大部分地区的施工中都在运用，工作环境温度是-15℃—45℃。近年来，随着人们环保意识的逐渐增强，国家对节能环保技术的实施给与了很多的支持，特别是，在我们最为熟悉的西气东输、南水北调等国家发展战略和重大基础建设工程中，非开挖技术的引进发挥了巨大的实际作用，更加充分体现了国家对该技术的支持和基础设施的投入。2011年4月16—17日在武汉召开的第十五届中国国际非开挖技术研讨会，多个国家的专家都纷纷出席了这次研讨会，提出了他们对于这项技术的看法和发展，充分体现了国家对该项技术的支持。 1.2 国内外研究情况

在国外，非开挖技术起始于20世纪70年代，80年代中期被人们逐渐接受和认可，在21世纪80年代成为发达国家的一种新型产业。据调查，目前国外大约有30多家非开挖水平钻机的制造商，主要集