水平定向钻机动力箱设计含开题及12张CAD图
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水平定向钻机动力箱设计含开题及12张CAD图,水平,定向,钻机,动力,设计,开题,12,CAD
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水平定向钻机动力箱设计摘要水平定向钻进技术是非开挖铺设地下管道技术的一种。进入21世纪，水平定向钻进技术在城市通信、电力、煤气、自来水等的地下管线施工，以及改造老旧管线中有着广泛的使用。因为这种方法有众多传统方法所没有的优点，最为突出的是它对环境的破坏最小。随着中国的高速发展与经济建设水平定向钻机技术的小型定向钻机应用已经很普及了，但这已经难以满足中国这个高速发展的社会的需要，我们迫切的需要大中型水平定向钻机，和西方发达国家的大型定向钻机技术水平比起来我国还是有很大差距需要弥补的。本文在结合企业开发项目中60吨水平定向钻机的基础上，对其动力箱设计及其主要零件进行有限元分析。本文结合钻杆输出与工作要求，提出了动力箱传动机构的细化方案，并在载荷分析和强度理论的基础上，完成设计动力箱传动的主参数，并估计关键零件进行寿命的工作。对动力箱的结构进行设计，并完成了部件图和主要零件图。 关键词：水平定向钻；动力箱；非开挖技术；强度设计 Design of Power Box on Horizontal Directional DrillerAbstractThis paper will presents design process of the drive power box of 60 tons horizontal directional drilling and the finite element analysis process and results of its key parts. Directional technology is one of lying of underground excavation of a pipeline. In recent years, this technology has been widely used in telecommunications, electricity, gas, water and other underground pipeline construction and the old pipelines transformation tasks. On account of this way has many superiority but traditional way not, the most prominent is its minimal environmental damage. And the most popular methods is small directional driller, with the development of China, the demand of large Directional drilling is rapid increasing, and in this regard our countrys technology with international standards also has a big distance.Based on the drill pipe output parameters and the requirements I work out the drive power box and the detail program of its construction. Based on the analysis and load intensity theory, rise the main parameters of box driver. the estimated life expectancy for key components. Accomplish the dynamic design of the box, and completed a map and the major components elements map. Keywords: Horizontal directional drilling; power box; trenchless technology; strength design 目 录摘 要IAbstractII第一章 绪论11.1 水平定向钻的技术发展动态和趋势11.2 水平定向钻的应用前景11.3 选题的背景和意义21.4 本文的主要工作2第二章 60吨水平定向钻动力箱的设计42.1 动力箱旋转运动的分析与设计42.1.1 旋转运动的分析42.1.2 传动方式的选定42.2 动力箱进给运动的分析与设计52.2.1 进给运动方式的分类及其特点52.2.2 进给运动方案的选定82.3 旋转运动各传动数据的确定82.4 进给运动各传动数据的确定122.5 箱体机构数据的确定122.6 本章小结13第三章 设计成果与展望143.1 设计成果143.2 展望14致 谢16参考文献17 III 第一章 绪论水平定向钻机作为一个新兴的产业，直到上个世纪的80年代才在发达国家兴起，由于20世纪控制技术和通讯技术的告诉发展带动了水平定向钻机的迅猛发展。1.1 水平定向钻的技术发展动态和趋势（1）钻机的大型化和小型化：近年来由于石油天然气、污水等大型管道铺设工程不断增多，大型定向钻机的回拖力已超过1000KN，仅仅在美国1000KN以上拉力定向钻机的生产厂家就达七家，其中美国奥格公司生产出了世界最大水平定向钻机回拖力6000KN，其扭矩达180KNM，用两台750马力的柴油机带动；但是，在繁华市区的狭窄街道施工，大型钻机无法布置，这种情况下急需小型钻机，例如 可以在街道小巷下进行铺管的小型定向钻机。（2）硬岩施工：钻机在硬岩中施工时需要定向和碎岩等先进钻具的辅助配合，目前以美国Augers公司的定向钻机为例，在石油钻进中广泛使用的螺杆钻具或泥浆马达来配合随钻测量技术。而英国Powermole公司PM系列水平定向钻机和Stevevick国际公司的导向钻机，更是引进了水井钻和地质钻进中的空气钻进（又称干式钻进）应用在硬岩施工中，这些引进的技术中最为重要的便是潜孔锤钻进工艺。最后在含卵砾石地层中施工时可以使用美国Ditch Witch公司的双管钻进系统和德国TT公司的顶部冲击加回转钻进系统。（3）自备式钻进系统：我们可以将该系统分成四个主要系统部分：自备锚固定位系统，能够在钻机工作时提供可靠的稳定定位，以确保整个系统的稳定性；钻杆自动堆放和提取系统，减少辅助施工花费的时间和减轻工作量，提高系统效率；钻杆连接接头自动润滑系统；防触电系统，一检测到带电的电缆被触碰，便向操作人员报警。既避免出现触电事故，保证人员安全，同时也避免破坏电缆，降低电缆损耗。（4）导向仪：在测深能力不断提高的手持式导向仪上还增加了同步显示器、绘图和存档等功能。另外，后来也开发出了有缆式和无缆式导向仪，例如英国Radiodetection公司的抗干扰的双频探头，美国DCI公司的追踪钻进轨迹的导向仪。（5）应用领域：应用范围十分广泛，在环境治理以及铺设重力管道等大型工程中水平定向钻的使用越来越广泛，已经不仅仅只用在铺设压力管道和电缆方面了。在未来该技术肯定会在更多的领域发挥作用。1.2 水平定向钻的应用前景现代社会是科技高速发展的社会，我国是新兴的发展中国家，许多技术都还是刚刚引进或开发的，同样非开挖技术在我国还是处于起步阶段的新兴产业，目前正在高速的发展中，每年非开挖施工量和设备（HDD）投入量以40%的速度递增。在2003年我国新增水平定向钻机突破475台，其中有410台国产钻机，与2002年国产钻机才200台相比，增长幅度达100%。其中70台为回拖力在20到45吨之间的中型钻机，约占17%；65台进口，其中回拖力大于45吨的大型钻机10台，中型钻机22台，可见进口的一半为大中型钻机，当中回拖力达600吨的AUGER最大钻机：DD-1300钻机，也已经落户中国。目前中国的水平定向钻机消费市场依然有约955台的保有量，其中大型钻机约25台，中型钻机约110台，大中型钻机占12%。当中大中型机的市场占有比例以及绝对数量在增加，表明我国大型管线工程的非开挖施工量大幅增加。但是我们通过数据发现，市场中许多大型先进钻机几乎都是出自欧美之手，只有一小部分是中国自己国产，中国急需发展自己的先进大型钻机，不能被西方垄断牵着鼻子走，高速发展的时代，导致中国这个市场潜力非常的巨大，工程中的需求不断叶增加，我们更要加快我们的设计速度，为中国的建设发展添砖添瓦。1.3 选题的背景和意义非开挖施工技术1是20世纪70年代末在西方发达国家兴起并逐渐走向成熟的地下管线铺设、修复和更换的新技术。和传统的挖槽施工法不同，非开挖施工技术集诸多优点于一身，它不影响交通、不破坏环境、施工周期短、综合成本低、社会效益显著等。是一项地下营线施工的技术革命。该技术优点众多导致在许多西方发达国家都得到了十分普遍的应用，施工工作中也多采用该技术。我国经济发展十分迅猛，城市建设中通讯、水电气等地下管线的铺设及陈旧管线的升级改造任务也急剧增多。我国对非开挖技术的需求也与日俱增，在此条件下发展我国的非开挖铺管技术，将会具有广阔的市场应用前景和十分重要的意义。目前世界上有许多的非开挖施工方法，例如顶管工法、导向钻进法、夯管法等，其中导向钻进法发展极为迅速，它具有对地表干扰少、施工速度快、方向可控制、精度高(偏差在35)等优点。这也带动了与其配套的各种施工工艺、设备、仪器的高速发展，其中发展最快、使用最多、适应性最强的设备是导(定)向钻机。因为具有导向准确、有利环保、效率高等特点，使得水平定向钻进成为非开挖技术中最具活力的一项施工技术；它能在一定曲率半径范围内有障碍物时绕开，施工速度快、效率高，穿越长度长、深度深，所以能避免破坏管线经过地区的生态环境。水平定向钻进技术目前在国内已越来越多地应用于燃气、电力、电信、自来水、市政等领域。目前越来越多生产水平定向钻机的单位在国内兴起。这项技术拥有如此之多的优点，而我国又是世界上最大的发展中国家，发展速度之快几乎是日新月异，怎么样才能在高速发展的基础上建设施工而又不影响国民的正常生活是一个大难题，此时非开挖施工技术的需求变凸现出来，加快我国自己的非开挖施工技术的迫在眉睫。同样高速的发展带来了巨大的商业机遇，该技术的市场前景同样十分乐观，面对该技术几乎是被西方垄断的现状，我们必须设计出中国自己的非开挖施工技术来。1.4 本文的主要工作 现实生活中，所有技术的实施都需要一定的工具作为载体，所以非开挖式水平定向钻机是非开挖技术2实施的主要工具，它主要是由发动机，底盘，钻头，动力箱等部分组成，如图1.1所示。几个主要组成部分中动力箱对水平钻机最为关键在当中起决定性作用，全机的动力输入和输出大部分都是通过动力箱实现的，本文就是在企业开发项目中60吨水平定向钻机基础上，对其动力箱设计及其主要零件进行细致的分析，来完成我们的设计工作。通过对钻机的资料进行系统的研究与学习，我们发现钻机的组成构造并不是我们想象的那么复杂，经过细细划分我们可以将钻机分成几个主要部分进行研究工作。而当中的重中之重就是钻机的动力与传动两个核心部分，一个提供钻机钻头旋转的动力，一个提供钻机钻头向前进给的动力，通过这两个部分的相互配合来完成施工工作。再次我们决定将这两个部分作为核心，并以此为切入点进行设计，所有工作都会围绕他们展开。 图1.1 GBS-100型定向钻进铺管钻机首先我们要规划钻机的两个主要机构的传动方案，分别是旋转机构和进给机构的传动方案，对其细化，并且确定参数。再对箱体的机构和布局进行设计，完成指定的零件图与装配图。借助有限元分析软件将我们建立的模型导入软件中进行分析，并借此来评估我们建立模型的性能。17第二章 60吨水平定向钻动力箱的设计当今非开挖管道铺设施工机械中水平定向钻机是最广泛使用的一种。动力箱是水平定向钻机动力箱的关键部件之一，而它的动力源又是液压马达，并通过传动机构，使钻杆实现旋转和进给运动，克服地层阻力完成作业任务。2.1 动力箱旋转运动的分析与设计2.1.1 旋转运动的分析钻机工作时钻头不断旋转提供了有效的钻进方式，所以旋转运动是水平定向钻机的主要运动之一，它对完成作业任务起着非常重要的作用，动力源输出的大部分都输入给此运动。而旋转运动机构除了要保证构件的强度和动力性外，还要保证它结构上的稳定性。在满足动力要求的前提下，只要采用合适的材料就能够确保它的强度和动力性，而在机构设计的过程中应尽可能的使机构的形式简化，因为从动力学角度来看，越是简单的机构越是趋于稳定。已知旋转运动技术参数是：（1）最大转矩：40KNM；（2）转动速度范围：0-100rpm；结合已知参数，再结合表2.1比对的定向钻机的参数分类，我们可以清楚地知道此次设计的水平定向钻机按照旋转机构划分应该属于大型的水平定向钻机。2.1.2 传动方式的选定目前旋转运动的传动类型不是很多，大多是简单的一级传动，一般采用的传动路线都是简单如这样的：动力源是液压马达来提供动力，并将输出的动力直接传递给小齿轮，然后经过一级传动将动力传递给下一个齿轮并且直接带动钻杆做旋转运动。虽然这样设计的传动方式优点是结构简单，但是为了满足任务提出的技术要求，我们设计出的动力源液压马达体积也会过大，这样就与整机的协调性不相互符和，也将影响降低整体机构的稳定性。表2.1 水平定向钻机分类分 类小 型中 型大 型推拉力(KN)450扭矩(KNm)30功率(KW)180钻杆长度(m)1.53.03.09.09.012.0铺管直径(mm)503503506006001200铺管长度(m)3003006006001500铺管深度(m)15为了整机的稳定性，我们可以换种方案，不妨让每个大齿轮同时由多个小齿轮带动旋转，而同样又可以由两个液压马达来驱动每个小齿轮，如此便可以很好的解决水平定向钻机旋转运动的动力性问题，又可兼顾它的稳定和协调。这里选择两个小齿轮带动大齿轮旋转尽可能做到结构的简化与紧凑。如图2.1所示。 图2.1 旋转机构图2.2 动力箱进给运动的分析与设计水平定向钻机除了旋转运动外，带动整个动力箱的运动形式即进给运动也是它的主要运动之一，由于是整个动力箱一起运动所以进给运动的对整机的平稳运动对整机是十分重要的，由于要带动整个箱体所以进给运动的动力源也是需要比较大，按照要求也应该由液压马达驱动。而进给运动是整个动力箱相对于基座的运动，所以我们需要设计一个稳定而有效的进给运动传动方式。2.2.1 进给运动方式的分类及其特点导向钻机的给进机构结构形式，一般根据根据传力机构和机件的不同有下述几种。1. 液压缸给进机构图2.2 液压缸给进机构如图2.2所示，此种结构的行程很大一般利用给进油缸来直接驱动动力头移动，以完成给进、回拖的动作。这种机构在美国ADDS公司、Ditch Witch公司以及瑞士Terra公司的很多产品都得到采用。该机构具有如下特点：(1) 结构简单，无链条或钢丝绳导向滑轮，链轮等传动部件；(2)操作简单，工作可靠，制造成本较低；(3) 容积损失较小，效率较高；(4) 在流量及压力相同的条件下，给进速度和回拖速度不等，给进力和回拖力不等，液压缸的固定方式和动力头的工作方向可根据实际需要进行选择；(5) 在行程一样时，由于城市布局导致建筑设施密度大，而钻机较大的轴向尺寸导致不是很合适在这种环境中施工；(6) 由于活塞杆存在稳定性问题，这就大大限制了这种结构的承载能力。2. 液压缸倍速给进机构图2.3 液压缸倍速给进机构如图2.3所示，液压缸作为动力源来驱动该机构，再通过链轮一链条或滑轮一钢绳得方式来将作用力传递给该机构的动力头。该机构特点如下：(1)该机构被称为倍速机构，因为动力头运动速度和行程是液压缸对应速度和行程的两倍，而且钻机的轴向尺寸较小；(2)用液压缸传动，相对于马达传动而言，能量损失较少，传动效率较高，工作可靠；(3)给进速度和回拖速度不等以及给进力和回拖力不等；(4)制造成本相对较高；(5)液压缸只有一半的推力得到利用，为了得到足够的给进、回拖力故需选用大直径的油缸来满足要求，这就不得不增加钻机尺寸导致高度方向尺寸加大；(6)该机构同样存在活塞杆稳定性问题。中国地质科学院勘探技术研究所的GBS10型非开挖导向钻机和连云港黄海机械厂的FDP非开挖导向钻机就是利用的这种机构，在国内应用还是比较多的。图2.4 液压马达链条给进机构3. 液压马达链条给进机构如图2.4所示，由液压马达作为动力源来驱动该机构，再将动力传递给链轮、链条来进行传动，通常在导轨两侧安装双液压马达，既提供较大进给力又解决了机构的平衡问题。该机构具有如下特点：(1)结构简单，导轨的前端和尾部都可以布置马达，布置起来更加灵活；(2)该机构结构紧凑，整体重量较轻，拥有比液压缸传动更小的钻机轴向尺寸；(3)给进速度与回拖速度相等，给进力与回拖力相等；(4)承载能力有限，不适用于大功率系统；(5)由于马达有容积损失，故传动效率较液压缸传动效率低。4. 液压马达倍力给进机构图2.5 液压马达一链条给进机构如图2.5所示，液压马达作为动力源，再将动力用链轮一链条来传递。增加了中间传递链轮是其与液压马达一链条给进机构的不同之处。利用这种机构的有美国得CASE公司。液压马达一链条给进机构的的特点该机构也同样拥有，该机构还具有如下几个特点：(1)该机构被称为倍力机构，因为产生的给进力、回拖力是液压马达产生作用力的双倍，由于要获得相同的给进、回拖力，马达及链条所受力减小了50，所以我们就可以选择更小型号的马达及链条，这样便可以减轻钻机质量及减小钻机尺寸；(2)进给速度与回拖速度是马达线速度的一半；(3)因为比液压马达一链条给进机构多了一个中问传动环节，导致结构变得较为复杂。图2.6 液压马达齿轮齿条给进机构5. 液压马达齿轮齿条给进机构如图2.6所示，该系统的齿轮通过液压马达来驱动，齿轮带动齿条，通过齿条运动来实现机构的给进、回拖。该结构具有以下特点：(1)与链轮链条传动相比，齿轮齿条传动具有较大的承载能力，适用于大功率的导向钻机；(2)系统的主要部分大都 露在外，维修保养比较容易；(3)给进、回拖力相等，给进、回拖速度相等；(4)结构复杂，占用空间较大，导致钻机尺寸较大。一般非开挖导向钻机为大功率时多采用该种给进机构，采用这种结构的公司很多例如美国的Augers公司、Tulsa公司和英国的Steve Vick公司生产的钻机，以及日产的GBS一20型钻机等都大多采用此种机构。2.2.2 进给运动方案的选定液压马达齿轮齿条给进机构所具有的特点通过前面文章的分析，我们能较清楚地了解，该系统可以满足我们设计要求，因为它承载能力较大，所以在大功率的定向钻机中可以运用，而且该系统因为很大一部分是暴露在外界的，所以便于我们日常维修保养。虽然它较大的体积，较大的重量也是它所存在的部分缺点，并不完美。综合考虑来看该系统能作为进给运动的的运动方式。同时机构的简化也是必要的。任务中进给运动的参数为：（1）最大进给力/回拖力：600KN；（2）移动的速度范围0-20m/min。通过比对表2.1，我们可以明确的将它的进给运动也是划分为大型定向钻机，所以我们得思考如何才能为该钻机进给运动提供足够的动力。同时选取更加简化稳定可靠的传动形式也是我们的首要任务。最初设计时为了给钻机提供较大的进给和回拖力，并且钻机整体能够稳定可靠，我们想同时将两组齿轮齿条用四个液压马达对称驱动，已将其能够平稳运动，但是通过后面的大量计算发现，要在满足动力要求的同时，又兼顾保证进给小齿轮强度的条件下很难选到合适的液压马达，所以不得不在这里使用6个液压马达，依旧对称的安置驱动两组齿轮齿条。这样也能够很好的满足任务提出的要求。如图2.7所示。 图2.7 进给运动机构图2.3 旋转运动各传动数据的确定任务中旋转运动的要求：最大输出扭矩：40kNm，最大转动速度：100rpm输出功率： （2-1）式中：输出功率，kW； 轴所受的扭矩, kNm； 轴的转速，rad/s；由此：已知齿轮的传动效率 输入功率： （2-2）式中：输入功率，kW； 输出功率, kW； 传动效率；由此：在前面的设计分析中每个小齿轮的传递功率应该是209.424KW，而两个小齿轮驱动钻杆是通过选用的四个液压马达来同时驱动的，所以算出每个液压马达的功率要达到105KW以上，才可以满足设计的功率要求。再看它的液压马达的转速，设传动比为i，则液压马达所要满足的的转速为100i rpm以上才可以满足转速要求，经过查询液压手册，虽然有很多达到105KW要求的液压马达，但在功率满足前提下，我们还要考虑整机的稳定性和结构的紧凑，选用马达时要尽量选择体积和重量较小的液压马达，推敲之后选取传动比=4，这时满足105KW、转速为400rpm，而且体积质量较小的液压马达最终选定为2QJM32-1.0型。同时也确定了传动比i=4。至此我们已经有了传递功率209.424KW，小齿轮转速400rpm，大齿轮转速100rpm，传动比i=4，设计寿命为10年，振动类型是轻微振动，齿轮材料选用20GeMnTi这些条件，直接将这些条件输入到机械设计手册软件版中的渐开线直齿轮传动设计程序中，我们便可以从电脑中轻松得到大齿轮，小齿轮和传动的各方面详细数据。如下： 传递功率 =209.45kW 传递转矩 =5000Nm 齿轮1转速 =400.00r/min 齿轮2转速 =100.00r/min 传动比 =4原动机载荷特性 =轻微振动工作机载荷特性 =轻微振动预定寿命 =100000小时 模数(法面模数) =11(2) 端面模数 =11螺旋角 =0(度)基圆柱螺旋角 =0度齿轮1齿数 =17齿轮1变位系数 =0.00齿轮1齿宽 =94.435mm 取95齿轮1齿宽系数 =0.505齿轮2齿数 =68齿轮2变位系数 =0.00齿轮2齿宽 =94.435mm 取95齿轮2齿宽系数 =0.126总变位系数 =0标准中心距 =467.5mm实际中心距 =467.5mm齿数比 =4端面重合度 =1.65915纵向重合度 =0总重合度 =1.65915齿轮1分度圆直径 =187.0mm齿轮1齿顶圆直径 =209.0mm齿轮1齿根圆直径 =159.5mm齿轮1齿顶高 =11.0mm齿轮1齿根高 =13.75mm齿轮1全齿高 =24.75mm齿轮1齿顶压力角 =32.777676度齿轮2分度圆直径 =748mm齿轮2齿顶圆直径 =770mm齿轮2齿根圆直径 =720.5mm齿轮2齿顶高 =11.0mm齿轮2齿根高 =13.75mm齿轮2全齿高 =24.75mm齿轮2齿顶压力角 =24.098585度齿轮1分度圆弦齿厚 =17.25418mm齿轮1分度圆弦齿高 =11.39885mm齿轮1固定弦齿厚 =15.25753mm齿轮1固定弦齿高 =8.22313mm齿轮1公法线跨齿数 =2齿轮1公法线长度 =51.32920mm齿轮2分度圆弦齿厚 =17.27722mm齿轮2分度圆弦齿高 =11.09978mm齿轮2固定弦齿厚 =15.25753mm齿轮2固定弦齿高 =8.22313mm齿轮2公法线跨齿数 =8齿轮2公法线长度 =254.02698mm齿顶高系数 =1.00顶隙系数 =0.25压力角 =20度端面齿顶高系数 =1端面顶隙系数 =0.25端面压力角 =20度液压马达的具体参数如表2.2和图2.8所示 。表2.2 选定液压马达的技术参数型号排量ml/r转速r/min扭矩Nm2QJM32-1.001.06,0.531-40031382QJM32-1.6/0.41.6,0.42-2504736图2.8 液压马达安装示意图表2.3 液压马达安装尺寸LL1L2L3L4L5L7DD1D2D3D4Z-D5252167.5583551152032016517028072990.312-13大小齿轮轴径的确定齿轮材料选用20GrMnTi，由机械设计手册4得A=110，则由公式： （2-3）式中：轴的最小直径，mm； 轴传递的功率, kW； 轴的转速，r/m；由此：;，取180。2.4 进给运动各传动数据的确定首先来看进给运动的动力参数：最大进给力/回拖力为600KN；最大移动速度为20m/min。容易得到总的输出功率为P=FV=200kW所以算出选用的6台液压马达每台应有200kW/6=33.33kW的输出功率也就是说每个液压马达的功率至少要在34KW以上才可以满足要求，接下来就是液压马达转速的选择，这要和进给运动小齿轮的分度圆半径的选取结合起来，让不同的分度圆半径对应着不同的转速，这样就能满足任务要求的进给/回拖速度。首先设分度圆半径为r，那么其对应的转速便为20/2r rpm，其对应的转矩便为100KNr再改变r值，假定不同的r值，将不同r值对应数据进行选择，如表2.3所示。表2.3不同r值所对应的进给传动参数V(rpm)T(kNm)r(m)21.22150.1515.915200.212.732250.2531.83100.16350.0584.423.60.03610630.031321.40.014通过表中数据的对比选择，既要满足动力箱整体协调性和运行的稳定性，还要满足结构的紧凑，所以应该选用大小、重量都适中的液压马达，最终确定选用r=36mm的进给小齿轮分度圆直径。到此我们便可以将剩下的进给运动参数也确定下来。如下：选取模数m=3，则进给小齿轮的齿数z=r/m=36/3=12因为z=12，齿数确定下来后选用变位系数=0.56齿宽系数选择=1.2，齿宽， (取44mm)进给小齿轮的其他参数也可以确定下来：=84mm，=72mm，=57mm小齿轮轴径的确定：小齿轮的材料要选用较好的，40GrMnMo 取A=80 则最小进给小齿轮轴径由式（2-3）：，取56mm。至此我们便基本确定了小齿轮的进给运动参数。2.5 箱体机构数据的确定根据旋转运动传动数据和进给运动传动数据我们可以确定了箱体的机构，在确定下这两个机构的基本参数之后，我们就可以很容易得到箱体的数据，在满足机体强度原则和整机稳定性以及协调性基础上，再结合我们的经验总结，箱体各部分的参数就可以很快依次确定，详情我们可以参数附图HDD60T-10但由于本次设计旋转运动机构是由两个小齿轮同时带动大齿轮旋转的，所以此次旋转运动机构是比较特殊的，所以如何布置两个小齿轮的位置问题是我们在箱体设计中需要主要解决的问题之一，在考虑到整机结构紧凑的同时，两个小齿轮布置的空间位置上又不能相互干涉，如下图所示。图2.7旋转运动机构齿轮布局示意图在图2.6中，我们可以看得出来，找到两个小齿轮即将接触这一临界位置，但是两个小齿轮互不接触，再结合整机分布使其满足协调稳定性，最后利用三角函数计算，就可以确定出当时两个小齿轮的位置参数。2.6 本章小结本次设计过程较简单，但是其间需要综合考虑的问题较多，如整机稳定性，协调性，在满足它们的同时，还要满足任务所要求的动力性能。还有在液压马达的选择过程中需要同旋转运动的传动机构结合起来综合考虑，最后选定一个合适的液压马达。又或者进给运动机构中小齿轮参数的选定的过程，我们还要整体考虑联系液压马达这一进给运动的动力源，综合条件进行比较，才能在最后筛选出一个动力满足要求，整机结构也轻便紧凑的方案。可以从这次设计中学习到很多经验，每次设计都要注意细节，整体的每一个部件都会对整体起到重大影响，设计中无论马达还是齿轮的选定都要满足稳定与协调，同时尺寸还不能过大，所以选择过程十分重要。第三章 设计成果与展望3.1 设计成果在此总结这次设计工作的过程与成果。1）本次设计为了实现钻杆的旋转运动我们需要提供足够大的动力来驱动钻头转动，所以设计中采用了4个2QJM32-1.0液压马达和直齿轮传动；同时最大扭矩40KNM和转动最大速度100rpm的要求也得到满足；2）为了实现钻杆的进给和回拖运动，同样动力要求比较高，需要有足够的动力，所以设计中采用了6个2QJM32-1.6/0.4液压马达和齿轮齿条传动，同时最大进给力/会拖力600KN，和最大移动速度20m/min的要求也满足。在使得它可以提供较大的进给和/会拖力的基础上，为了整体机构可以稳定可靠，一开始设想对称的使用四个液压马达同时驱动两组齿轮齿条，但是经过后面的计算可以发现，要找到一个在动力能达到要求同时，又能保证进给小齿轮的强度达到要求的液压马达很难，所以不得不将此处的液压马达增加为6个，依旧是对称的分布驱动两组齿轮齿条。而且能够较好的满足任务的要求。3）结合了钻杆的输出参数与要求，提出了动力箱传动和机构的细化方案为了满足能够输入大动力的要求，设计出让两个小齿轮同时运动来带动大齿轮的旋转，而这两个小齿轮又是分别由两个液压马达来驱动的。这就导致了本次设计的旋转运动机构比较特殊，因为采用两个小齿轮同时驱动大齿轮旋转的方案，两个小齿轮的分布问题便成为箱体设计过程中一个需要主要解决的问题，在考虑到整机结构紧凑的同时，两个小齿轮布置的空间位置上又不能相互干涉，找到两个小齿轮即将接触这一临界位置，但是两个小齿轮互不接触，再结合整机分布使其满足协调稳定性，最后利用三角函数计算，就可以确定出当时两个小齿轮的位置参数。4）在载荷分析和强度理论基础上，设计出动力箱传动机构的主参数和完成关键零件机构参数的设计。5）进行了动力箱的结构设计，完成了部件图和主意零件图。6）完成零件图后，我们再结合上述成果完成装配图。7）一切工作完成后，我们细心总结每一项成果，发现不足并加以改进，从中学习到更多有用的知识与经验。3.2 展望非开挖技术9是上个世纪中后期才发展起来的一项先进的铺设地下管道技术。在西方发达国家，非开挖技术应用十分广泛而且发展已经很成熟，他们拥有众多配套设施产品，在我国虽然该技术的发展还处于起步阶段，但是随着我国经济的日益繁荣，国力的迅猛壮大，全国的公众事业也迅速发展，像电力，通信，自来水，光缆，能源输送等都需要用到这项技术，市场需要我们花大力气投入发展该技术。中国是一个创造奇迹的国家，我相信只要我们设计人员不懈努力，那么在不久的将来，非开挖技术在我国一定能够告诉发展并迅速成熟起来，更不用说在发展中的中国市场上还有非常广阔的水平定向钻机市场需要用我们国产的产品来弥补。中国作为世界上最大的发展中国家，社会发展潜力巨大，人口密集的社会现状使得我们在施工时不得不考虑民众的感受，我们一边施工同时还不能影响环境交通，还不能妨碍人民大众的起居，为了最大限度的减少施工对正常生活的影响，采用非开挖施工技术的是最好的选择，所以政府应花大力气在非开挖施工技术的应用上。通过分析我们发现，纵观西方发达国家，非开挖施工技术在施工中基本都有采用，而中国的大型钻机也基本依靠进口，我国不能让先进的大型非开挖施工钻机垄断中国市场，中国的市场如此广阔，需求也十分之大，每年我们对大型钻机的需求量都在增长，虽然中国自己的钻机工厂也在增加，但任然满足不了市场的胃口。同时中国也是人口大国，人才强国，我们要充分利用这项优势，众多的知识分子齐心合力进行开发制作，中国才能掌握核心技术，让我们拥有中国自己的大型钻机，不再受制于西方发达国家。致 谢首先我要感谢我的林晓辉导师，毕业设计中林老师对我耐心细致的教诲我铭记在心，每当我在设计中遇到难以理解的问题时，他总是用他那渊博的知识给我指明了前进的道路。林老师做事情认真负责是一个平易近人的好老师，他为我们整理了很多资料、参考文献以及相关的图片，这减轻了许多我们的工作量，也让我们能更好的完成我们的毕业设计，而且他还是经常监督提醒我毕业设计时要抓紧时间，严格按照毕业设计的日程来完成我的工作。即使林老师每天的工作安排再紧，林老师依旧百忙之中抽出时间来指导我，从不例外。在这我由衷的感谢林老师对我们所做出的付出，同时我也要感谢陈老师对我们提供的无微不至的帮助！在我毕业设计过程中遇到了许多困难，在此过程中除了林老师给予我的悉心指导外，还要感谢我的同学们，不管眼前有多忙，他们总是有求必应，而且耐心解答我的问题，让我在此次毕业设计中得到充分的锻炼，学习到许多书本上没有的知识，提高了自己能力。在这还要感谢我的舍友，他们是我身边最可爱的人，在平时的学习中我们相互督促，相互激励，在生活中我们也相互帮扶，相互理解，宿舍虽小但关爱的力量是巨大的。即使生活学习压力很大我们也会相互搀扶一起走下去，任何压力都阻止不了我们前进的步伐。最后要特别感谢的是我的父母，当然这是我作为儿子应该做的，也应该一直这样感谢下去，是他们一直在我的身后默默地支持着我，无论是我成功失败，还是过着平淡的日子，他们给我的总是鼓励，一直激励着我前进，在这次毕业设计中也不例外，我要感谢他们，不仅仅是他们对我的养育之恩，更是感谢他们作为我的良师益友所给予我的帮助。爸爸妈妈谢谢你们！ 最后感谢我们机械学院，良好的实验和设计的工作环境以及强有利的精神和智力支持，让我能够在大学中的学习拥有
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