机械毕业设计(论文)-非开挖机水平定向钻机地盘行走系统设计【全套图纸PROE三维】 .doc
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1、湘潭大学兴湘学院毕业设计说明书题 目:非开挖机水平定向钻机地盘行走系统设计 专 业: 机械设计制造及其自动化 学 号: 2010963026 姓 名: 指导教师: 完成日期: 2014年 月 日 全套图纸,加153893706摘要水平定向钻机是指在不开挖地表表面的条件下,铺设多种地下公用设施(管道、电缆等)的一种施工机械。本文介绍了非开挖水平定向钻机履带、驱动轮、拖链轮的结构形式及组成,并对其做了结构尺寸设计,给出了驱动轮、拖链轮装配图和各主要零件的零件图。关键词:水平定向钻机是;驱动轮;拖链轮AbstractHorizontal directional drilling refers to
2、the condition of the surface of the ground without excavation, laying a variety of underground utilities (pipelines, cables, etc.) of a construction machinery. This article describes the trenchless horizontal directional drilling crawler, wheel, drag chain structure form and composition, and its des
3、ign make the structure size, given the driving wheel, drag sprocket assembly drawing and parts diagram of the major components . Keyword: HDD;driving wheel;drag sprocket 目 录摘要1Abstract2第一章 引言51.1、非开挖技术简介51.2 非开挖水平定向钻进铺管技术的优势和应用61.3 非开挖水平定向钻进施工方法的发展现状71.4 非开挖水平定向钻机的基本结构8第二章 结构参数计算92.1履带链轨节节距t与履带板宽度92
4、.2驱动轮节圆直径Dq92.3导向轮工作面直径Dd92.4拖链轮踏面直径Dt92.5支重轮踏面直径Dz102.6链轨节数n、拖链轮数量10第三章 性能参数计算113.1行驶速度V113.2爬坡能力113.3接地比压123.4最大牵引力13第四章 履带设计144.1履带介绍144.2履带结构和作用154.2.1链轨节设计154.2.2履带板设计164.2.3锁紧销轴和销轴设计174.2.4锁紧销套和销套设计184.3履带装配设计19第五章 驱动轮设计21第六章 拖链轮设计236.1拖链轮的工作原理236.2拖链轮的结构236.3拖链轮技术要求246.3.1一般要求246.3.2热处理质量要求24
5、6.3.3外观与装配质量要求246.3.4使用寿命要求256.4拖链轮的组成零件设计256.4.1拖链轮设计总概256.4.2拖链轮轴结构设计256.4.3拖链轮体结构设计266.4.3拖链轮盖结构设计27第七章 设计小结与体会29参考文献3044第一章 引言1.1、非开挖技术简介非开技术是指利用少开挖或不开挖的方法对地下管线、管道进行铺设、维修、更换或者探测的一门施工技术。非开挖施工应用了定向钻进技术的原理,极大地降低了地下管线施工对交通、环境、基础设施、居民生活工作等造成的影响,成为现代城市技术设施施工、建设、管理的一个重要组成部分。非开挖施工开始于1896年的美国,兴起于上世纪80年代发
6、达国家并形成产业,我国于1953年首次在北京应用非开挖技术施工,上世纪90年代开始起步,近年来发展迅速。目前在石油天然气、城市给排水、煤气供应、电力、通讯、供热等管道铺设与维护领域得到了广泛应用。非开挖水平顶钻机的工作原理和施工程序主要分为下面三个步骤:1、钻头、钻杆钻进固定设备后,按照设定的角度,在动力头的作用下,钻头带动钻杆旋转前进,并在导向仪的控制下,按照施工要求的深度和长度进行钻进,穿过地面障碍物后,穿出地面。在钻进的过程中,为防止钻杆被土层夹紧、抱死,需要由泥浆泵通过钻杆、钻头打出膨化水泥或泥浆,同时也起到固化通道,防止管道塌陷的作用。图1.1 钻杆钻进示意图2、回扩头回扩在钻头带着
7、钻杆穿出地面后,卸掉钻头,将回扩头于钻杆安装固定,动力头回拖,钻杆带着回扩头反向回拖,扩大管道直径尺寸。图1.2 回扩示意图3、管道回拖在回扩头回拖的同时,将管道固定在回扩头后,动力头拖动钻杆,带着回扩头和管道同时进行反向回拖运动,直至将管道拖出地面,完成管道铺设施工。图1.3 管线回拖示意图1.2 非开挖水平定向钻进铺管技术的优势和应用非开挖水平定向钻进铺管技术始于二十世纪七十年代,随着社会的进步和经济的发展,随着城市市容的不断改善和交通、建筑保护意识的不断提高,传统的开挖铺设地下管线的施工方式越来越不能适应社会发展和人们对市容市貌的要求,同时,随着地下工程建设和应用的日益广泛,开挖方式越来
8、越表现出很大的局限性和明显的不足之处,非开挖定向钻进铺管技术是在不开挖地表或尽量少开挖地表的情况下,采用非开挖水平定向钻机将管线埋入地下的一种方法技术。它具有不影响交通、不破坏环境、施工周期短、对周围居民正常生活影响小,社会效益高等等的优点,同时,还可以在开挖施工无法进行或不允许开挖的场地(如穿越河流、湖泊、重要交通干线、重要古迹等)进行施工。非开挖技术可广泛应用各种地下管线,如通信、电力、煤气、供水、天然气、排水等地下管道的铺设施工,在大多数情况下,尤其是在繁华市区或地下管线埋设较深时,非开挖方法是一种很好的管道施工方法,在特殊情况下,如穿越河流、铁路、公路等,非开挖定向钻进施工方法更是一种
9、首选的施工方式。1.3 非开挖水平定向钻进施工方法的发展现状非开挖水平定向钻进铺管技术在国外的发展较早,非开挖技术的推广和应用己经趋于成熟,在其发展初期,即形成了一场地下管线施工的技术变革,并以其独特的市场优势和广阔的市场发展前景得到了极大的重视,使得这项技术成为企业参与,政府支持,社会关注的一个新的应用技术行业,成为发达国家的一个新兴的产业和技术。我国的非开挖定向钻进铺管技术起步较晚,对非开挖技术设备的研制开发还未形成较大规模,在二十世纪90年代初,非开挖技术刚刚引进国内,在一段时间内并未引起企业及政府的重视,到了二十世纪90年代末,随着我国信息产业的迅猛发展和地下管线建设的规模不断扩大,非
10、开挖定向钻进铺管技术才引起各界的重视,特别在我国大中城市的闹市区,开挖所带来的影响及干扰已越来越弓起社会和政府的重视,非开挖定向钻进铺管技术的优越性得到了很好的体现,从而使得这一技术在短短几年内得到了迅猛发展。国家和地方行业协会的建立,各地政府的大力提倡和政策引导,使得这一技术得到迅速的普及推广,非开挖施工企业以几何倍数急聚膨胀,仅以上海地区来说,95年仅有一家企业引进一台非开挖定向钻机,由于市场意识及社会环境等的原因,至99年只在很小范围内完成了几段非开挖工程,自99年开始,随着非开挖技术在上海信息港建设中的使用和推广,仅仅在五年的时间内,上海现有的专业从事非开挖水平定向钻进铺管技术的企业已
11、达100多家,各类定向钻进铺管设备200多台套。上海市区内的主要交通路段及过河的地下管线铺设已基本实现非开挖,非开挖工程在市区内地下管线施工的约占有量已达到整个管线铺设量的10%。随着非开挖定向钻进铺管技术的发展和推广应用,非开挖施工技术也得到了长足的进步和提高。同时,由于这一技术的起步晚,发展迅猛,非开挖定向钻进铺管技术的行业管理和技术规范还很不成熟,又因这一技术从表面看来主要是非开挖水平定向钻机设备,对具体的施工技术没有引起足够的重视,对这一施工方法的风险及安全性没有足够的认识,使得当前的非开挖市场规范管理的难度很大,各企业之间施工的技术水平差距很大,使这一施工方法始终存在着较大的安全隐患
12、和对后续地下资源空间管理和利用的极大浪费。由于大多数非开挖企业不具备前期物探的能力和对原有地下管线的保护意识,对地下资源空间的合理利用方面更是不加考虑,同时由于行业规范的不完善及在企业内的推广和应用的不广泛,使得非开挖企业在施工时的随意性很大,甚或没有最基本的反映非开挖管道走向及埋深、位置等的技术资料,无法获悉非开挖管道的准确位置及埋深等的情况,地下空间在完成一次非开挖后无法再利用。造成极大的地下资源空间浪费。1.4 非开挖水平定向钻机的基本结构无论是大型还是中小型水平定向钻机, 其基本结构都包括主机、钻具、导向系统、泥浆系统,有的还配备智能辅助系统。我们设计的JF380非开挖水平定向钻机设计
13、思路为中端产品,故未配备智能辅助系统。 第二章 结构参数计算2.1履带链轨节节距t与履带板宽度非开挖水平定向钻机已采用标准链轨节化履带链轨节节距t, 如101、125、135、154和216mm等多种。可按经验公式选取tt (1517.5)G式中 G整机质量(kg)。将G=12000 kg带入公式以后,计算t在209231之间,根据国标,取t=216mm。确定链轨节节距t 后,就可以根据t 计算四轮一带的有关参数。履带板宽度b:可根据链轨节距t和非开挖水平定向钻机履带国标来确定标准履带宽b。在某些土壤条件下,应采用加宽履带板以提高挖掘机的附着牵引性能和通过性。根据给出的国标履带宽与整机质量关系
14、的数据统计结果,选择履带宽为450mm。2.2驱动轮节圆直径Dq 式中t履带节距 Z驱动轮齿数。将参数代入上式可得Dq =868.55mm。2.3导向轮工作面直径Dd将(1)中求的Dq代入得 Dd=694.84781.69mm ;取整数的Dd=780mm.2.4拖链轮踏面直径Dt 上式中t=216mm,从而求得Dt172.8216mm,取216mm。2.5支重轮踏面直径Dz 上式中t=216mm,从而求得Dz172.8216mm,取200mm。2.6链轨节数n、拖链轮数量n=+式中 A履带的中心距,A=1600mm; Z驱动轮的齿数,Z=30; t履带的节距,t=216mm;将数据代入公式中,
15、计算出结果圆整后得到n=34。为减小摩擦损失,拖链轮的数目不宜过多,因此确定拖链轮取为每侧1个。第三章 性能参数计算3.1行驶速度VVmax=4.4km/h Vmin=2.4km/h(行驶速度参照SY75C-9)3.2爬坡能力履带行走装置一个显著特点就是爬坡能大,一般为50%80%。由于小挖掘机爬坡度与整机质量关系的数据统计结果(见图3.1),明显可以看出坡度多取或,即爬坡能力为58%或70%。图3.1 爬坡度与整机质量关系初步确定爬坡能力后,可通过理论分析进行核算来选定。挖掘机爬坡是需要克服下列几种阻力即:a.挖掘机自重在斜坡方向的分力式中 G挖掘机的自重(N); 坡度角 。b.运行阻力 c
16、.履带的内阻力则最大牵引力应不小于这些阻力之和,即此外还应满足挖掘机在爬坡不打滑的条件,即式中履带与地面的附着系数,见下表表3.1 履带与地面的附着系数路面土质混泥土干粘土压实粘土干沙土坚实土路0.450.900.700.300.90路面土质冰湿粘土压实雪地湿沙土松散土路0.120.700.250.500.60从上表中选取,即松散土路,求得挖掘机的最大爬坡能力。3.3接地比压履带式挖掘机的承载能力大小取决于机器运行的通过性和工作的稳定性。若挖掘机的两条履带与土壤表面完全解触,并且挖掘机重心近似地位于支承面中心,则有:或 式中 履带平均接地比压(Pa); 挖掘机工作质量(kg);重力加速度(m/
17、s2);履带接地长度(m);履带宽度(m);履带高度(m)。 平均接地比压是履带式非开挖水平定向钻机的一个重要指标,可以用来与同类型号产品作比较,主要根据地面条件、外形尺寸等进行合理选取。在设计挖掘机时,在结构允许的范围内,尽量取小值,依据挖掘机平均接地比压与整机的质量关系的数据统计结果(下图),可以看出平均接地比压多集中在30103pa上下。图3.2 平均接地比压与整机质量关系L=2195mm(参照SY75C-9),结合上面公式即可得出接地比压=33.485103Pa.3.4最大牵引力履带行走装置的牵引力必须大于或等于个阻力之和,小于或等于履带对地面的附着力,一般情况下,履带行走装置爬坡不与
18、转弯同时进行,只考虑挖掘机在最大设计爬坡能力的情况下确定的最大牵引力,不再考虑转弯阻力,而且行驶速度低,运行空气阻力忽略不计,则履带行走装置的最大牵引路T计算公式为:式中 Tf履带行走装置的滚动阻力; Tt履带行走装置坡道阻力; 履带行走装置的滚动阻力系数,见下表; 最大设计坡度角; G为整机重力。表3.2 滚动阻力系数f路面土质混泥土冻结冰雪地坚实土路松散土路泥泞地滚动阻力系数0.050.030.040.070.100.100.15根据此式可以得出最大牵引力=25990N.第四章 履带设计4.1履带介绍目前在我国履带的种类大概为三种,分别为:整体式履带,组合式履带,和橡胶履带。(1) 整体式
19、履带整体式履带式在履带上代齿和齿,直接与驱动轮齿合。履带板本身即为支重轮等轮子的滚动轨道,履带板之间用销轴连接,这种履带一般在大型挖掘机和履带式起重机上应用较多。整体式履带的履带板大多数为铸造履带板。起特点是制造方便,拆装容易。(2) 组合式履带板组合式履带板由:链轨节,履带板,销轴,销套等组成。链轨和履带用螺栓连接。起特点是使用寿命高,履带节距小,绕转性好,不会因为履带板损坏,销套开裂或连接螺栓剪断而终止行走。此外,组合式履带零部件通用化程度高,制造成本低,维修方便,维修成本低。缺点是连接螺栓容易折断。组合式履带的履带板有3中形式:三筋式,二筋式和一筋式。工程钻机目前主要使用三筋式履带板。(
20、3)橡胶式履带橡胶式履带的特点是噪音低,震动小,不损坏路面,接地比压小,速度快,重量轻。他主要应用在经常在城市施工和经常在公路上行走的设备。近几年在国内工程机械,农林机械,筑路机械,工程钻机方面得到了广泛的运用。如小型挖掘机,农机,小型钻机等。起缺点是维修成本高,一但履带损坏需要跟换整条履带。因此使用橡胶式履带设备时应特别注意。从以上履带几种形式来看,本设计设计为6T挖掘机,从各方面来看,如工作环境,成本,寿命考虑。此次设计选用组合式履带设计。 在组合式履带当中存在很的零部件,如链轨节,履带板,销轴,销套等。各个零部件的配合尺寸比较多,而且尺寸相对较多,在设计中一定要注意各个配合尺寸以及定位尺
21、寸。在设计中一定要参考GB/T 57-1999中个零部件的尺寸。认真了解各个零部件的作用以及零部件的配合。履带式底盘行驶系系由行驶装置,悬架,机架组成,底盘一般包括履带,引导轮,驱动轮,机架,支重轮,拖链轮等装置组成。履带式用于将机械重力传给地面,比保证机械发出足够驱动力的装置。履带经常在泥水,凹凸地面,石质土壤中工作,条件恶劣,受力情况复杂,极易磨损。因此,除了要求他有良好的附着性能外,还要要求它有足够的强度,刚度和耐密性。但是,履带在工作中的状态变化较多,为了减少冲击,质量应该尽可能轻些。根据查阅资料非开挖水平定向钻机履带节距为216mm,参考中华人民共和国机械行业标准JB/T 57-19
22、99,分析标准中给出的图,得知履带主要包括履带板,锁紧销套,锁紧销轴,销垫,销套,销轴,左链轨节,右链轨节以及一些标准件,参考此图,并参考相关标准,设计出非开挖水平定向钻机的履带。根据上面的一些相关数据以及查阅JB/T 57-1999即可把此次的履带的设计的一些性能参数以及各零件的基本尺寸设计出来。4.2履带结构和作用履带式用于将机械重力传给地面,比保证机械发出足够驱动力的装置。履带经常在泥水,凹凸地面,石质土壤中工作,条件恶劣,受力情况复杂,极易磨损。因此,除了要求他有良好的附着性能外,还要要求它有足够的强度,刚度和耐密性。但是,履带在工作中的状态变化较多,为了减少冲击,质量应该尽可能轻些。
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