机械毕业设计（论文）-FW1206000型非开挖钻机供杆系统设计【全套图纸】.doc

完整的设计摘要导向钻进或定向钻进是非开挖技术中发展最快的一种施工技术，用水平定向钻进的方法可以进行各种管经管线的安装，应施工能力的要求，其可非为微型，小型，中型，大型四类。该设计题目是在对国内外市场做出恰当评估后，本着方便性，灵活性与经济性的目的，进行了非开挖钻机供杆系统的设计计算。本次设计的是自动供杆系统供杆系统，自动供杆系统供杆系统是送取，存放和接卸钻杆的装置，也称钻杆架。本次设计采用了液压直推式供杆系统，该系统结构紧凑，动作平稳可靠，便于送出钻杆，造价便宜，并且为了维修更加方便，在一些链接处采用了一些辅助零件，如在进给杆和连接板处之间加了辅助版，这样进给杆与连接板不会被焊缝焊死，便于维护拆装。为了减少整个机构的重量，钻杆箱采用了钢条焊接的箱体，使得较少箱体的重量。并且将钻杆箱分为了三个槽可存放18根钻杆。关键词：道向钻进，定向钻进，非开挖技术，供杆系统。全套图纸，加153893706AbstractGuide drilling or directional drilling is excavation technology the fastest developing a kind of construction technology, using the method of horizontal directional drilling can install by pipeline of tube should be construction requirements of ability, its can not for micro, small, medium, large four categories. This design topic is in domestic and abroad market after make appropriate evaluation, in line with convenience, flexibility and efficiency, the purpose of trenchless rig for rod system design calculation.This design is automatic for rod system for rod system, automatic for rod system for rod system is sent to take, store and pick discharge pipe device, also called the drill pipe rack. This design USES a hydraulic transductive bar system, this system for compact structure, stable and reliable, and facilitate movement sent out pipe, cost cheap, and more convenient in maintenance, in some links place adopted some auxiliary parts, such as feed lever and connection board place added auxiliary edition, between connected to stem and so into death would not be welds welded plate, easy to maintain tear open outfit. In order to reduce the weight of the whole organization, pipe box adopts the steel welding chamber, make less weight of the box. And will be divided into three slot drilling box can deposit 18 root drill pipe. Keywords: dish to drilling，Directional drilling，Trenchless technology，For rod system. 目录1 绪论11.1 非开挖技术概述11.2 本次设计的意义与目的21.3 非开挖技术国内外发展现状21.4 本次设计难点及分析31.5 完成课题所采用的手段方法42 课题分析及方案分析选择52.1 自动供杆系统工作原理52.2 自动供杆系统方案分析及选择53 供杆系统的设计计算73.1 钻杆箱的设计73.1.1 对放置的钻杆箱受力分析及底板角度的确定73.1.2 挡板长度的确定113.1.3 钻杆箱材料及尺寸113.1.4 计算钻杆箱总重163.1.5 焊缝的设计计算163.2 进给杆设计193.2.1进给杆设计简图203.2.2 进给杆受力分析203.2.3 进给杆的材料选择213.2.4 进给杆的防脱钩设计223.2.5 摩擦衬板的设计计算243.3 进给杆的支撑设计263.3.1托板设计263.3.2 进给杆支撑设计263.4 进给杆连接杆设计283.4.1 进给杆材料选择283.4.2 辅助杆293.5 油缸设计303.5.1 拟定油路图303.5.2 液压缸载荷力的计算303.5.3 计算液压缸的主要结构尺寸313.5.4 选择工程液压缸323.6 支座设计333.6.1 与活塞杆连接支座的设计333.6.2 与缸筒联结支座的设计343.7 销的设计363.8 轴挡肩的设计373.9 侧支撑板的设计373.9.1 计算侧支撑板与主梁联结的螺栓373.9.2 侧板厚度384 润滑油自动供给系统404.1 钻机润滑的必要性404.2 甘油集中自动润滑系统以及采用润滑油种类405 操作系统的设计计算425.1 操作系统的结构作用425.2 操作机构类型的选择425.3 操作机构的布置436 结论45参考文献46附录47致谢491 绪论1.1 非开挖技术概述随着社会主义现代化的蓬勃发展，伴随建设中新的问题不断产生，各向针对性的技术也应运而生。非开挖技术就是其中发展较快，较成熟的一门新兴科学。非开挖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、维修或更换、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, 成为现代城市基础设施建设、管理的一个重要组成部分。目前在石油天然气城市给排水、煤气供应、电力、通讯、供热、输卤等管道铺设与维护领域得到广泛应用。 非开挖技术与传统的开挖施工相比优点非常明显, 非开挖技术是对传统地下管线开挖铺设、修复、更换的一次革命, 它具有如下一些特点不影响城市地面交通不破坏施工地点周围的环境不响周边居民的工作与生活对不能开挖的地方, 诸如穿越铁路、公路、河流、建筑物、闹市区等地时, 其它方法无法替代投入人力少, 施工周期短综合成本低, 社会效益与经济效益明显劳动强度低, 施工安全性高。但非开挖技术的一次性设备投人高、设备维护成本高、施工技术要求高。非开挖技术包括非开挖管道铺设技术、非开挖管道修复或置换技术、非开挖管道探测技术等三方面。目前在我国应用较普遍的是非开挖管道铺设技术,其施工方法又包括顶管法、盾构法微型隧道法、导向钻进法、水平螺旋钻进法夯管法、冲击矛法。非开挖管道修复或置换技术在我国还属于刚刚起步阶段, 目前已引起一些有战略眼光公司的兴趣,其常用施工方法有爆管法、吃管法、抽管法、内衬法、喷涂法、缠绕法等。非开挖管道探测技术应用较多的有探地雷达、管道影像仪等, 该技术一般与非开挖管道铺设、修复及转换技术结合使用, 为后者施工提供技术基础。定向钻进的一个优点是钻进轨迹不要求是直线，钻头可导向，钻传河流，公路和铁路等，并在预定的位置钻出地表。最近几年，钻孔的导向精度有了很大的改进，有些钻机目前亦可用与重力管道的铺设。方向的改变是通过钻头的设计来达到的，对小型和中型钻机来讲，钻头类似于铲子，当钻杆柱回转时，钻头就顺着铲子的斜面前进。大型钻机则是使用钻头后面一段带斜面的钻杆（弯接头）来实现导向的。一旦导向钻孔完成后，将扩孔器连接在钻杆柱上，由钻杆回拉钻杆以扩大导向孔0.，成品管则通过回转接头连在扩孔器后，在扩孔的同时被拉入孔内。在有些情况下，拉入成品管之前需要进行一次扩孔或多次扩孔。大多数的定向钻机都是采用射流辅助钻进，即使用钻进液来润滑钻孔，排泄和稳定钻孔，钻进液可以是清水，但是在大多数情况下是为特定场合和地层而制备的膨润土或聚合物。对于大型钻机来讲，钻进液还可以用驱动钻头处的泥浆马达，以利用钻进硬地层。工程中长将小型的工程施工称之为导向钻进而将大规模的工程称之为定向钻进，就施工能力来讲，定向钻进处于气动矛和微型隧道法之间。大多数的气动矛都使用小直径，长度相对较短的直线段管线施工。而微型隧道法一般是用于大直径对坡度要求较严的管线施工，施工距离较长，而且可适应各种地层。定向钻进通常是由于小到中等直径管线施工，虽然有时大型钻机的施工能力可与微型隧道法相同。1.2 本次设计的意义与目的随着社会的发展，非开挖技术已经成为新型科学。其采用非开挖的方式对地下管线、管道进行铺设、维修或更换、探测较传统开挖施工有明显的优势。现在国内外对于非开挖施工的需求越来越大，同时发展也越来越快。我们这次设计非开挖钻机是在原研制成功的基础上进行改进。我这次设计的是非开挖钻机自动供杆系统，此系统可以自动送取钻杆和存放钻杆，由于人工换杆的话有些缓慢和需要多人协同有些不便，钻杆的存放也不便，而采用自动供杆系统则可以自动接杆，并且只需一个人就可以完成此工作，大大提高了工作效率和节省劳动力。随着社会的发展，竞争越来越激烈，工作效率和成本的高低决定着在竞争中所占优势的多少，而自动供杆系统提高了非开挖钻机的自动控制能力，并且其有钻杆存放箱，有利于钻杆的输送。通过本次的设计也使我更了解非开挖技术的应用和设计的方法。1.3 非开挖技术国内外发展现状据资料统计，导向（定向）钻机非开挖管线技术在过去十年取得了长足的进展，仅在北美地区就已经形成了一个年产值超过10亿美元的新兴产业。迄今在美国和西欧各国已有20多家厂商生产制造定向钻机，此外，还有几十家公司提供其它相关辅助设备和机修。目前,水平定向钻机的一年产业有一个亿万美元和数以百计的承包商和成千上万的钻探平台，在非开挖技术市场中中国境内经营是成长最快的一部分。据估计，在2006年有超过2000台水平定向钻机由以前670台增加到现存的市场，其中37台水平定向钻机是马勒从国外进口。同时，用此工艺进行管线铺设的工程也在不断增加。据估计，仅在美国和加拿大，每年导向（定向）钻机工艺铺设的地下管线总长达610022500km，到2000年，将近30%40%的地下管线都用该技术铺设。此外，由于工艺，技术和设备性能不断发展和完善，不断涌现出许多新的工程记录。如1994年最大的铺设直径为1219mm（施工长度为658m）,1988年有成功的穿越河流铺设了直径为1092mm,长度达到1036m的管道。总的来说,中国的水平定向钻机市场有以下特点:一、保持快速发展趋势比2004年总建筑价值和数量的硬盘钻机都增加了2005年的47%。尽管如此还是小于2003年和2004年总和，分别比在2003年和2004年的数量大很多。这增长率比在世界上其他任何一个国家快得多。二、进口硬盘钻机的数量会继续降低。从国外进口了37台硬盘钻机是2005年的21%，与2004年降低了从他47岁。产品的市场占有率，减少了5%外国硬盘钻机，在2005年底完成。三、完成一些高风险、复杂的建筑工程。在2005年，有几个大直径、超长距离的硬盘项目，已经成功完成了，包括江西九江项目“长江石油管道安装”。一个16米长的，457毫米直径的钢质管道使用安装了DD-1100巨型硬盘钻机由美国钻孔机械厂制造。1.4 本次设计难点及分析 本设计中的非开挖钻机除了具备一般钻机的特性和优点外，还利用了钻杆的自动堆放和提取系统。在此系统中，施工用钻杆可随机装载，置于专用的钻杆存放仓中，施工时利用进给杆可将钻杆逐一从存放仓内取出，加接与钻杆柱进行钻进。由于国内非开挖钻机基本上都是人工供杆，设计时参考较少，供杆时各机构运动要协调，但由于都是机械运动，运动是难免有误差。误差的引起有可能是加工精度不够高，也有可能装配误差和设计的不够完美的。由于整个供杆系统都是焊接在主梁一侧，考虑到主梁的承受能里，应尽量减少重量1.5 完成课题所采用的手段方法 这次设计所采用的主要采用了数学计算，计算机绘图以及参考他人做成功的产品和查阅相关资料。此次设计的非开挖钻机，我们以经研制成功的YM160型液压锚杆钻机为设计蓝本，借鉴了其中一些结构和设计经验，如主梁轨道，采用矩形导轨结构，动力头钻孔组作业时大部分跨在主梁一侧钻孔，导轨磨损较快，钻机使用一段时间后，便会有松动现象，采用燕尾楔形结构后，就保证了动力头钻孔作业时不左右晃动，实现平稳作业以高钻孔质量，防止塌孔。同时我们也借鉴了YM160型液压锚杆钻机的行走底盘。这样是整个钻机的成本大大减少。在供杆系统上采用了直推式供杆机构。供杆油缸完成推送或收回钻杆，它的特点是结构简单紧凑，动作稳妥可靠，成本较低，维修方便。 2 课题分析及方案分析选择2.1供杆系统工作原理钻杆堆放于钻杆箱中，钻杆在重力作用下落入进给杆上，当前一根钻杆已经钻进时，动力头反转并后退，触动电磁换向阀开关，使油缸无杆腔进油，活塞杆前进并推动进给杆前移， 当达到动力头中心线位置时，溢流阀卸油，此时动力头已开使前移，动力头与钻杆螺纹接触，推动钻杆前移一段后，夹紧机构夹紧钻杆，动力头马达转动，这样钻杆被拧紧夹紧机构松开，动力头继续前移又触动电磁换向阀开关，换向阀换向油缸有杆油腔进油，进给杆后退，准备接收下一根钻杆，如此往复，当底下土壤被钻穿后，动力头回托时，只要切断电磁换向阀的电路是换向阀处于中间位置，这样进给机构就可以停止工作。当机构又需要钻杆时只需打开电磁换向阀开关即可2.2供杆系统方案分析及选择供杆系统是送取，存放和接卸钻杆的装置，也称钻杆架。供杆系统是低速，间歇运动的组合部件经常受到冲击振动作用。对供杆系统的设计要求是：结构紧凑，动作平稳可靠，便于送出，收入和接卸钻杆，造价便宜，要有足够的强度和刚度。一供杆系统方案分析按供杆机构的不同，可分为平行四连杆式，直推式和转臂式三种类型，按照使用动力的不同，可分为电动的，气动的和液动的三种类型。以下是参考的三种方案：方案一：平行四连杆式供杆系统，在此机构中，上连杆，下连杆，钻杆架体和钻架构成平行四连杆。这个机构用供杆油缸完成推送或收回钻杆，并由固锁装置将钻杆架锁在存放位置。它的特点是结构简单紧凑，动作稳妥可靠。其简图如图21。方案二：直推式供杆机构，它是由上下油缸带动上，下送杆臂实现送娶钻杆动作的。它的结构特点是结构简单，动作灵活，易于制造和修理。但气动送杆机构不够平稳，不够准确，液压直推式比较好些。其简图如图22。方案三：转臂式供杆机构：他通过电动机正反转带动涡轮转速器和传动轴以及上下转臂完成送取钻杆的动作。它的特点是操作简单方便，动作平稳可靠，但结构比较复杂，占用空间较大，可用在大，中，小各种钻机上。其简图如图23。 图21 四连杆式 图22 直推式 图23 转臂式二供杆系统类型的确定由以上对比可知平行四连杆式传动不够灵活，制造维修不便；转臂式结构比较复杂，占用空间较大，造价贵；直推式动作灵活，易于制造和修理，成本便宜。因此对于三种方案我选择直推式供杆系统，并为了节省成本在此基础上再进行一定的改进，将两个液压缸变成只有一个液压缸从而降低成本。3 供杆系统的设计计算3.1 钻杆箱的设计 钻杆箱的作用是用来存放钻杆的，由于其是焊接在非开挖钻机的主梁一侧，钻杆箱存放的钻杆的多少直接影响其总的重量，若其重量太重主梁可能承受不了，太轻则存放钻杆太少影响其效率。一般工程上存放十几根钻杆可满足，故我选用了三槽钻杆箱第一个槽放7根，第二槽6根，第三槽5根。钻杆箱体采用钢条焊接而成，使得节省材料，降低成本并且减少重量。钻杆箱的结构见图如下图31：1 隔板；2挡板；3底板图31 钻杆箱的结构简图3.1.1 对放置的钻杆箱受力分析及底板角度的确定（1）钻杆的选取：钻杆是快速优质钻进的重要工具，它是地面钻机与孔内钻头的动力传递环节，承受和传作用于钻头上的给进力、回转扭矩、反向扩孔和铺管时的回拖力，并作为冲洗介质的通道，向钻头输送钻进液、压缩空气等。由于导向钻进多用于中、短距离的穿越铺管工作，钻孔轨迹一般在中小曲率半径的范围内，故一般多数采用普通钢钻杆配以适合的钻头。进行导向钻进时，因为钻孔轨迹一般为空间曲线，钻杆除承受和传递上述的各种力外，在造斜段还承受相当复杂的弯曲应力，因此对杆的强度、韧度和耐磨性要求都比较高。实际施工中，钻杆的外径根据所需的给进/回拖力和扭矩来确定，一般为57一127mm:内径则根据所需流向钻头的泥浆流量来确定，一般45一76mm，如果采用有缆随钻测控系统，则应选择内平钻杆。此处已删除，完整版加1538937066 结论随着社会主义现代化的蓬勃发展，伴随建设中新的问题不断产生，各向针对性的技术也应运而生。非开挖技术就是其中发展较快，较成熟的一门新兴科学。 非开挖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、维修或更换、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, 成为现代城市基础设施建设、管理的一个重要组成部分。目前在石油天然气城市给排水、煤气供应、电力、通讯、供热、输卤等管道铺设与维护领域得到广泛应用。而本文主要是对非开挖钻机的“自动供杆系统的设计”为课题，介绍了非开挖钻机的工作原理以及国内外发展现状；详细介绍了自动供杆系统的工作原理。在广泛阅读了国内外有关自动供杆系统和相关期刊等了解到自动供杆系统一般有三种类型，分别为直推式；平行四连杆式和转臂式。在本次设计的自动供杆的总结如下：1.本次设计的自动供杆采用了直推式。因为平行四连杆式传动不够灵活，制造维修不便；转臂式结构比较复杂，占用空间较大，造价贵；直推式动作灵活，易于制造和修理，成本便宜。2.在采用了直推式供杆时，为了维修更加方便，在一些链接处采用了一些小零件，例如在进给杆和连接板处之间加了辅助版，这样进给杆与连接板就不会被焊缝焊死，便于维护拆装。3.为了减少整个机构的重量，钻杆箱采用了钢条焊接的箱体，使得较少箱体的重量。由于时间限制和自身水平有限，该机构还不是很完善，在一些地方还有待提高，如在收杆上还不能完全自动收杆，在今后的时间有机会再对此进行进一步的改善。参考文献1濮良贵,纪名刚.机械设计M.西安：高等教育出版社,2009：2060.2成大先.机械设计手册M.北京：化学工业出版社,2002:6597.3中国纺织大学工程图学教研室.画法几何及工程制图M.上海：科学技术出版社,1997.4 陈玉凡,朱祥钻孔机械设计M.机械工业出版社,1987:4665.5 马永辉.工程机械液压系统设计M.北京：机械工业出版社.2003:40646原思聪,机械工程CAD技术M.陕西：科学技术出版社,1987:1045.7宣国梅,谢瑞健.钢结构M.西安：西安建筑科技大学,2006:5080.8任凤鸣,袁兵,朱艳峰.非开挖技术在城市管道工程中的应用J.广东：广东工业大学学报,2003,2:60-64.9牛松山,范星海.威猛定向钻使用普通钻头在软岩中施工J.建筑机械化,2003 ,1:40-41.10 车延岗,张光烈.导定向钻进非开挖技术J. 2002,2 :27-31.11何晓婷,蔡珍红.运用开挖技术与非开挖技术的经济比较分析J.重庆：重庆建筑大学学报,2001,2：26-29.12 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