非开挖水平定向钻机顶进回拖系统结构设计【5张CAD图纸】【优秀】

非开挖水平定向钻机顶进回拖系统结构设计

39页 11000字数+说明书+任务书+5张CAD图纸【详情如下】

任务书.doc

减速箱箱座.dwg

台架.dwg

大齿轮.dwg

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说明书封面.doc

轴.dwg

鉴定意见.doc

非开挖水平定向钻机顶进回拖系统结构设计说明书.doc

顶进回拖总装配图 .dwg

非开挖水平定向钻机顶进回拖系统结构设计

[摘要]：本文通过分析非开挖水平定向钻机顶进回拖系统国内外研究现状，应用和具体的检测方法，经过查阅相关资料、讨论，提出了一种利用齿轮齿条传动的解决方案，并详细设计了一种用于非开挖水平定向钻机顶进回拖系统结构，该系统能够正常、稳定的实现钻机动力头顶进回拖功能。该顶进回拖系统包括电机、联轴器、减速箱、齿轮齿条、动力头、导轨等核心部分，通过AutoCAD出图，最终完成设计说明书的书写和外文翻译。

[关键词]  非开挖；水平定向钻机；顶进回拖；齿轮齿条

Horizontal Directional Drilling Promoting Mechanism Design

Abstract: This thesis puts forward a solution using the gear rack drive by the analysis of trenchless horizontal directional drilling head back drag system research status at home and abroad, application and specific detection method, through access to relevant data, discussion,?the main task is to design the feed machanism,the choose of Driving method,also design for fatigue strength like bolts and bood.Clarified the trenchless horizontal directional drilling using gear rack driving head back to the working principle of drag function，The feasibility of the scheme is verified by checking calculation，verify through checking the feasibility of scenarios and modeling using two-dimensional assembly drawings generated in AutoCAD, and parts diagram。

Key words: horizontally directional drilling; Jacking and pull back; rack and pinion

目  录

第一章 绪论1

1.1非开挖水平定向钻机常见的顶进回拖系统结构及发展现状1

1.1.1 液压油缸进给方式1

1.1.2  马达-链条进给方式2

1.1.3 液压马达-齿轮齿条进给式2

1.2非开挖水平定向钻机国内外现状3

1.2.1国外HDD的现状3

1.2.2国内HDD的现状4

1.3本论文研究的主要内容和特色5

1.4本论文研究的意义及主要关键技术指标6

1.4.1 意义6

1.4.2 关键技术指标6

第二章 总体方案及动力头导轨设计计算7

2.1 总体方案设计7

2.1.1整体方案内容7

2.1.2设计方案特点8

2.2 动力头与导轨的设计计算8

2.3电动机选型9

2.3.1电动机选型设计计算9

2.3.2 电动机型号及技术参数10

第三章 减速箱齿轮组设计计算12

3.1减速箱齿轮组设计计算12

3.1.1传动比分配12

3.1.2 齿轮传动设计计算12

3.1.3减速齿轮组结果汇总14

3.2按齿根弯曲疲劳强度校核16

3.2.1计算弯曲疲劳许用应力16

3.2.2校核计算17

第四章 齿轮齿条设计计算与校核18

4.1齿轮齿条设计计算19

4.2 设计计算结果汇总21

第五章 轴的设计计算及校核23

5.1轴的设计计算23

5.2 轴的校核25

5.3轴承的校核26

第六章 辅助部件的设计计算28

6.1螺栓的设计28

6.1.1螺栓的主要作用28

6.1.2螺栓的设计计算及校核28

6.2 润滑29

总  结 32

参考文献33

1.1非开挖水平定向钻机常见的顶进回拖系统结构及发展现状

　　　非开挖水平定向钻机顶进回拖机构结构的不同，对进给回拖力的影响相当大，水平钻机中常用的回拖机构根据结构不同可分为液压油缸进给方式、马达-链条回拖式、液压马达-齿轮齿条回拖式；根据提供进给回拖速度与力的不同，结构可分为液压油缸倍速进给机构，马达-链条倍力机构。

1.1.1 液压油缸进给方式

　　　1、油缸直推式进给方式：该方式采用一个或多个油缸直接驱动动力头以实现进给回拖动作，其结构如下图1.1所示。优点是传动最简单，无需任何其它中间传动原件，动力头滑架结构简单，便于加工；缺点是油缸形成略大于钻杆长度，在大载荷，长行程的工况下可能存在油缸压杆稳定性问题。 　　　2、油缸倍速机构：该方式使用油缸通过链轮，链条等中间传动原件驱动动力头，以实现进给回拖动作，其结构如下图1.2所示。动力头的行程与进给回拖速度是油缸的2倍，因而被称为倍速机构，该机构使得钻机轴向尺寸小于油缸直推进给方式，在同等进给行程下油缸压杆稳定性不如直推式敏感，钻机适应性更强，其缺点是油缸有效推力只利用了一半，传动环节较多，油缸拆卸不便。1.2非开挖水平定向钻机国内外现状

　　　随着我国城市化建设的迅速发展，非开挖技术的应用越来越广泛。非开挖行业作为一项新兴产业，在我国方兴未艾。水平定向钻机(Horizontally Directional Driller，简称HDD)是广泛使用的一种非开挖产品，主要用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线的铺设或更新。我国HDD的产品开发尚处于小规模发展的阶段,预计未来几年将处于急速发展的上升时期。

1.2.1国外HDD的现状    HDD起始于20世纪70年代末期，随着技术与装备的不断改进和完善，80年代中期在发达国家才逐渐为人们认可和接受，得以迅速发展，并以其独特的技术优势和广阔的市场前景得到了世界各国的重视。据了解，目前国外大约有30多家HDD制造商，典型生产厂家有DITCH WITCH公司、威猛公司、凯斯公司等。DITCH WITCH公司生产的非开挖定向钻机具有先进的控制技术和良好的通讯设备，技术性能先进、操作性能良好,目前生产的系列产品有JT520、JT920、JT1720、JT2720、JT4020、JT7020。其中JT2720/JT2720M、JT4020/JT4020M型定向钻是其在我国销售的主导产品。威猛公司的产品系列有：D7×11A、D10×15A、D16×20A、D24×26、D24×40、D33×44、D50×100、D75×100、D80×120、D100×120、D200×300。美国CASE公司生产的60系列5种型号分别为6010、6030、6060、6080、60100，其中凯斯6030型定向钻是其在我国销售的主导产品。　　　通过采用如图1.5所示的齿轮齿条的新型传动方式设计非开挖水平定向钻机的顶进回拖系统，改善水平定向钻机顶进回拖时的动态性能，优化结构。因为齿轮齿条结构简单，所能传递的功率高，技术成熟，成本低，可以得到广泛的应用。

1.4本论文研究的意义及主要关键技术指标

1.4.1 意义

　　　随着国家基础建设的投入持续增长，尤其是一批国家重点项目的陆续启动，将对工程钻机技术要求更高。钻机不仅要具有高效性、环保性。更要具有复杂性和安全性，通常使用的工程机械在使用时只具有钻进功能或者采用其他不合理的传动方式，且钻进力有限，当遇到坚硬的岩石，如卵石、灰岩、花岗岩等硬岩石地层，就不得不改变钻进方位，或者另钻他孔，为了解决此问题，我在老师的指导下设计计算采用齿轮齿条传动的非开挖水平定向钻机顶进回拖机构，优化水平定向钻机性能。增大钻机传递功率，克服较大阻力，它有效的解决了设定的问题。2.1.2设计方案特点

1、采用电机驱动

　　　与传统的水平定向钻机相比，传统顶进回拖系统多采用液压驱动，液压系统具有效率低、环境污染严重、容易发生火灾、易发生泄漏等缺点。本设计的电机驱动顶进回拖系统，采用电机驱动，既能满足所需功率需求，又具有通用性高、价格便宜、能源供应方便等优点，而且电机的动态特性优良、可调式性能好，采用电机驱动优化了整个水平定向钻机的能源装置。

2、采用齿轮齿条传动

　　　齿轮齿条传动承载力大，传动精度高，可以无限长度对接延续、传动速度高，适合本设计的设计要求。而且齿轮齿条传动技术成熟、设计简单、已大批量生产，采用齿轮齿条传动大大简化了水平定向钻机顶进回拖系统结构，降低了生产制造成本。

2.2 动力头与导轨的设计计算

　　　为了实现顶进回拖功能，动力头需在导轨上产生向前向后的位移，动力头与导轨之间存在摩擦，且精度要求较高；为了减小能量损失，动力头与导轨的接触采用滑动接触的方法；采用齿轮齿条传动，动力头存在倾覆力矩，为了防止倾覆力矩对非开挖水平钻机顶进回拖机构动力头的影响，接触结构需要有防倾覆功能。

　　　综合动力头与导轨的结构所需满足的精度高、速度较高、防倾覆的功能特点，采用如图2.2所示的滑动导轨；　　　非开挖水平钻机是在不开挖地表面的条件下，铺设多种地下公用设施(管道、电缆等)的一种施工机械。本文主要内容是进行非开挖水平定向钻机顶进回拖机构的结构设计，包括齿轮齿条的设计计算、减速齿轮组的设计计算、轴承的选择和校核以及其他零部件的选择确定。

　　　经过几个月的努力，终于将毕业设计完成。在这些日子里，我查阅了《机械设计手册》，《机械设计》，《机械原理》等大量相关资料和书籍，也学习和熟悉了word和CAD软件并且也加强了与人团结合作的能力，可谓收获颇丰。但同时也受到了一些大的挫折，发现了一些自己的大的不足之处。设计过程综合机械设计基础的大部分内容，通过设计进一步掌握了简单机械装置的设计，具备运用标准、规范、图册和查阅有关技术的资料的能力，提高机械设计能力。在整个毕业设计的过程中，我和队友协作成了方案的选取与设计，零件的结构设计与计算，零件图装配图的绘制，设计说明书的编排等工作，中间虽然出现了一些意见不一致，但总是能很快得到统一。

　　　这次毕业设计，我接触到了一些以前不是很了解的东西，学到很多关于非开挖钻机的知识，同时对制图课程所学内容进行一次全面系统的复习、巩固和综合运用，提高了运用CAD绘图的能力，在绘图的过程中也锻炼了我思考问题的严密性和做事的耐心，同时，我也认识到自己所学的知识很多都只是皮毛，没有深入，导致运用时不能灵活改变运用。

参考文献

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　　[2] 孙桓，陈作模.机械原理[M].6版.北京：高等教育出版社，2006.

　　[3] 濮良贵，纪名刚.机械设计.8版.北京：高等教育出版社，2006.

　　[4] 苏旭平.工程材料.湖南：湘潭大学出版社.2008.

　　[5] 成大先.机械设计手册.化学工业出版社，2002.

　　[6] 孙靖民.机械优化设计.4版.北京：机械工业出版社，2009.

　　[7] 王振华.实用轴承手册.上海：上海科学技术文献出版社，1991

[8] 花蓉. 非开挖水平钻机中几种主要结构的设计[J].探矿工程(岩土钻掘工程).2009(08)

　　[9] 张代东，机械工程材料应用基础.北京：机械工业出版社，2001.

　　[10] 孙靖民，机械结构优化设计.哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社，1985.

　　[11] 钟建林,Pro/Engineer典型机械设计.4版.北京：机械工业出版社 2002.

　　[12] 刘鸿文，材料力学. 2版.北京：高等教育出版社，2010.