25吨水平定向钻机推进机构设计.docx
- 文档编号:13917045
- 上传时间:2023-06-19
- 格式:DOCX
- 页数:48
- 大小:412.78KB
25吨水平定向钻机推进机构设计.docx
《25吨水平定向钻机推进机构设计.docx》由会员分享,可在线阅读,更多相关《25吨水平定向钻机推进机构设计.docx(48页珍藏版)》请在冰点文库上搜索。
25吨水平定向钻机推进机构设计
25吨水平定向钻机推进机构设计
摘要:
水平定向钻机是一种用于非开挖施工技术的施工机械,主要用于铺设多种地下公用设施(跨越道路铺设下水道、地下电缆和煤气管道、跨越建筑物铺设管道等)。
本论文介绍了水平定向钻机的特点,穿越施工工艺介绍,目前国内外水平定向钻发展情况等方面。
主要进行了钻机的推进机构设计,包括传动方式的选择,链条与轴的设计,还有液压缸的结构设计,也包括了一些重要零件如螺栓和键的强度校核和设计。
关键词:
水平定向钻;板式链;槽轮;滚子链
AdvancingMechanismDesignof25Tonsof
DorizontalDirectionalDrill
Abstract:
Horizontaldirectionaldrillingmachineisamethodfortrenchlessconstructiontechnologyofconstructionmachinery,mainlyusedforthelayingofavarietyofundergroundutilities(acrosstheroadlayingsewer,undergroundcableandthegaspipeline,Thelayingofthepipelinespanbuildings,etc).Thecharacteristicsofhorizontaldirectionaldrillwasintroducedinthispaper,andhowconstructthroughtheearth,alsothedevelopmentoforizontallydiretionaltdrillingandsoon.Inthisthesis,Forthemainpropulsionmechanismdesignofdrillingrig,thedesignofachainandashaft,alsoIncludesanumberofimportantpartssuchasboltandbondingstrengthanddesign.
Keywords:
horizontallydirectionaldrilling;flatwedgechain;groovedwheel;rollerchain.
25吨水平定向钻机推进机构设计
250t单梁桥式起重机小车运行机构设计
450t门式起重机金属结构设计
JS750混凝土搅拌机结构设计
PLC控制的翻转机械手的设计
PLC控制的移置机械手的设计
S11-M-10010-0.4型变压器的设计及制造工艺
SYYZ792铜连铸连轧机(轧机部分)液压系统设计
X5040升降台铣床数控改造(横向)
ZL50轮式装载机工作装置及其液压系统设计
安装支架的冲压工艺及模具设计
背负式小型机动除草机设计
步进电机驱动的小车电气控制系统设计
侧边传动式深松旋耕机的设计
茶籽含油量高光谱检测技术研究
柴油机活塞的加工工艺及夹具设计
车床拨叉加工工艺及夹具设计
车载机顶盒硬盘固定架优化和散热分析
搭扣冲压模具设计
带机架的立式摆线针轮减速机的设计
带式输送机自动张紧装置
单相电子式预付费电度表的设计
低压电动机软启动器的设计
电极片多工位级进模设计
蝶形螺母注塑模设计
多功能钻机的钻架设计
仿形刨床液压系统设计
封箱机设计
盖帽垫片的冲压工艺及模具设计
缸体气缸孔镗削动力头设计
缸体曲轴孔与凸轮轴镗削动力头的设计
钢筋调直机的设计
高温高速摩擦磨损试验机设计
刮板式脱壳机设计
轨道式小型液压升降机机架和小车设计
红薯丁切制机构设计
红薯条切制机构的设计
高压瓶盖注塑模具设计
户用型太阳能水泵的设计
机床手柄注塑模设计
基于JN338的电动机转矩转速测量系统设计
基于PLC的包装生产线计数分配环节控制系统设计
基于PLC的材料分拣模型控制系统设计
基于PLC的加热反应炉电气控制系统的设计
基于PLC的食用油灌装生产线的电气控制设计
基于PLC的四轴联动机械手控制系统设计
基于PLC的污水处理电气控制系统设计
基于PLC四自由度机械手
基于单片机的电子秤的设计
基于单片机的电子密码锁设计
基于单片机的非接触式红外测温仪设计
基于单片机的智力竞赛抢答器设计
基于单片机的自动照明节能控制系统设计
基于单片机控制的LED亮化设计
基于浮子流量计单片机流量控制系统的设计
矩形柱座双面倒角专用机床设计
矩形柱座双面铣专用机床设计
矿用固定式带式输送机的设计
辣椒切碎机的设计
离心式茶叶雨水叶脱水机设计
犁刀变速齿轮箱体加工工艺及夹具设计
立式离心式剥壳机设计
立式推杆减速机的设计
连杆端孔轴线平行度自动检测仪的设计
连杆端面平行度自动检测仪的设计
龙门动模式钢板模压机设计
漏斗式热风干燥机的设计
螺旋式榨油机设计
密封垫罩的冷冲压模具设计
棉花裸苗移栽机取苗机构设计与仿真
棉花裸苗移栽机送苗机构设计与仿真
棉花裸苗移栽机移栽机构设计与仿真
灭火器外壳注塑模设计
农用铺膜机设计
平衡臂机械手设计
普通车床的数控化改造设计
汽车变速箱体加工工艺及夹具设计
浅盒形件拉深工艺及模具设计
曲轴加工工艺及夹具设计
曲轴轴颈圆度自动检测仪的设计
曲轴轴线同轴度自动检测仪的设计
山茶采摘平台升降机构结构设计
山区履带式喷雾机总体方案
山楂采摘平台行走控制系统设计
上前盖注塑模设计
上下楼梯搬运器设计与仿真
生物质秸秆切碎机设计
手持式激光测距仪的设计
手动机器人控制系统的设计
手机外壳注塑模设计
手推式草坪修剪机设计与仿真
手推式割草机设计
数控回转工作台设计
双活塞浆体泵液力缸设计
水稻育秧播种流水线控制系统
水力切割除草试验台设计
太阳能路灯的设计
太阳能逆变设计
太阳能蓄电池充放电器控制的设计
太阳能最大功率跟踪系统的研究
筒形件的冲压工艺及模具设计
土豆清洗机的设计
拖拉机液压提升实验台设计
挖掘机液压系统的设计
万能材料试验机设计
微机控制硫化机卸胎装置设计
卧式离心式剥壳机设计
卧式推杆减速机的设计
洗地吸干机设计
小型便捷式除雪机的设计
小型电动绞肉机的设计
小型雕刻机结构设计
小型扫雪机设计
小型载货电动三轮车的设计
新型潜污泵的设计
压盖机设计
烟草基质覆填镇压机设计
烟机分烟包装机构液压系统设计
烟支分离装置的设计
液压控制的翻转机械手的设计
液压控制的移置机械手的设计
液压驱动油菜浅耕直播机设计
液压升降机的设计
液压站设计
一种柴油机箱体加工工艺及夹具设计
一种花生摘果机设计
异型管接头模具设计
易拉罐有偿回收器设计与仿真
油杯的冷冲压模具设计
圆锥滚筒式水稻种子清选机设计
轧机钢板厚度液压自动控制系统设计
轧机液压位置伺服系统设计与仿真
直流电机驱动的小车电气控制系统设计
智能搬运机器人设计
中吨位叉车的总体结构设计
中心孔打孔机设计
轴流压缩机增速箱设计
铸型输送机液压系统设计
自动搬运机器人控制系统的设计
自适应平衡调整系统的研制
1前言
随着非开挖施工技术的推广应用,强烈迫使非开挖设备在整个工程机械设备中从无到有,所占比例愈来愈大。
近年来,我国对非开挖施工技术非常重视,国内研究水平定向钻机的研制组正在不断的努力。
基于如今的趋势,故本人以此题材作为毕业论文的研究对象,对25吨水平定线钻机推进机构进行设计。
这次毕业设计是机械设计及其自动化专业中的一个十分重要的学习环节,是对机械方面的知识一次全面检查巩固和提高。
本次毕业设计涉及到的知识面有:
水平定向钻穿越施工工艺介绍,轴的设计,推进油缸结构设计,键和螺栓设计与分析等。
通过这次毕业设计,使我对机械设计有了更多的了解,包括设计的思路和方法.同时也使得我的各方面能力得到提升。
2水平定向钻机概述
2.1水平定向钻机的研究背景与意义
水平定向钻机是用于非开挖施工技术的一种施工机械,主要用于铺设多种地下公用设施(管道、电缆等)的一种施工机械,它广泛应用于供水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等管线铺设施工中。
由于采用非开挖技术,在施工时不会影响施工地段的交通,同时也大大减小施工带来的噪音,既不破坏市容又提高了施工作业的环境,其优越的技术性能和广阔的市场前景得到了世界各国的极大重视。
美国、德国和英国等国家投入了巨大的人力物力开展研究开发,并取得了重大突破。
目前其发展趋势正朝着大型化和微型化、适应硬岩作业、自备式锚固系统、钻杆自动堆放与提取、超深度导向监控、应用范围广等特征发展。
近几年水平定向钻穿越技术在世界各国及各个行业得到了广泛的应用,在环保和市政管网改扩建项目及大型管道穿越江河工程项目上更显出了其独特的优势,其工作过程是通过计算机控制进行导向和探测把产品管线回拖到扩大了的导向孔中,完成管线穿越的施工过程。
水平定向钻进技术是将石油工业的定向钻进技术和传统的管线施工方法结合在一起的一项施工新技术,它具有施工速度快、精度高、成本低等优点,广泛应用于供水、煤气、电力、电讯、天然气、石油等管线铺设施工工程中。
水平定向钻进设备,在一到二十年里也获得了飞速发展,成为发达国家中新兴的产业。
应用前景广阔,因此对水平定向钻的研究意义十分重要。
2.2国内外水平定向钻机的发展特点
我国水平定向钻进铺管领域有一下几大特点:
(1)仍维持高速发展的势头。
2008非开挖管线施工的产值和钻机的年增长率均达到47%,虽不及2007的100%和2006的53%,但由于基数较大,其增加的绝对值(12亿元和200台)仍高于2006和2007。
如此高的增长率仍遥遥领先于世界其它国家。
(2)进口钻机继续减少,国产大中型钻机增长迅速。
2008进口钻机无论从绝对数量还是从所占的比例来看继续减少,2008进口钻机37台,比2007的47台减少了21%;进口钻机所占中国市场的份额已从2004年的10%减少到5%。
这和国产钻机质量的提高和国产大、中型钻机数量的增加,特别是中型钻机的增加有直接的关系。
2005年我国自己生产的大中型钻机已达292台,而2004年还不足100台。
但在回拖力200t以上的特大型钻机仍依靠进口。
(3)完成多项高风险条件下的施工项目。
这些条件包括大口径、长距离施工;复杂的地层和苛刻地面条件。
这些都不仅要求有足够能力的钻进设备、控向仪器等硬件设备,而且要求大批技术熟练、经验丰富的操作人员。
[1]
国内外相关产品的发展特点
国内有徐工的ZD1245/ZD1550/ZD2070/ZD25100系列水平定向钻机,ZD系列水平定向钻机在国内首次采用了电液比例控制技术、机电液一体化PLC控制技术、动力头闭式回路节能、防触电报警等多项先进技术。
在钻杆自动装卸钻杆、自动锚固、自动润滑、自动钻进和回拖、触电保护等方面具有创新点,主要技术性能指标达到了国外同类产品的先进技术。
目前国内技术最先进,自动化程度最高的钻机有中国地质科学院勘探技术研究所、连云港黄海机械厂、北京土行孙非挖技术有限公司生产的DDW80、DDW100、DDW200系列水平定向钻,中联重科、深圳钻通公司生产的ZT10,ZT12、ZT15、ZT20系列水平定向钻。
国内钻机中目前以徐工的ZD系列水平定向钻机的配备为最好,该系列产品在国内首次采用了电液比例控制技术、机电液一体化PLC控制技术、动力头闭式回路节能、防触电报警等多项先进技术。
[2]
国外的DitchWitch公司是世界上生产非开挖定向钻机较领先的公司,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、JT920L、JT1729MI、JT4020MI、JT7020MI和广普型钻机JT2720AT、JT4020AT等中小型钻机。
DitchWitch的钻孔资料处理系统,可进行钻孔轨迹设计,进行相关钻孔数据的记录。
其中DitchWitch公司JT2720/JT2720M、JT4020/JT4020M型定向钻是其在我国销售的主导产品。
VERMEER公司是世界上另一非开挖设备的著名生产厂家,其水平定向钻机从迷你型钻机到大型钻机有多种型号。
美国凯斯公司是发展水平定向钻产业较晚的公司,产品有凯斯6010、凯斯6030等型号的新型定向钻,但生产的产品性能先进,尤其是在PLC控制,自动更换钻杆等方面有其独特的先进性和优越性,其中凯斯6030型定向钻是其在我国销售的主导产品。
此外,还有德国的FLOWTEX、HUTTE公司,英国的POWERMOLE、STEVEVICK公司,瑞士的TER-RA公司,加拿大的UTILX公司和意大利的TECNIWELL公司等。
目前国外水平定向钻机的产品大都具有以下几个技术特点:
主轴驱动齿轮箱采用高强度钢体结构,传动扭矩大,性能可靠;全自动的钻杆装卸存取装置;大流量的泥浆供应系统和流量自动控制装置;先进的液压负载反馈,多种电气逻辑控制系统;高质量的PLC电子,电路系统确保长时间地工作可靠性;高强度整体式钻杆以及钻进和回拖钻具;快速锚固位装置;先进的电子导向发射和接收装置。
综合国外水平定向钻机的特点主要有:
1)中小型定向钻机多采用橡胶履带底盘,具有自行走功能,减小对人行道和草坪的损坏。
带钻杆自动装卸装置,可方便地装卸钻杆,减轻操作者的劳动强度,提高工作效率,大型钻机带随车吊,便于吊装钻杆。
2)系列化程度高,从2T到600T,适合不同口径和长度,各类地层的施工;具有多种硬岩施工方法,如泥浆马达、顶部冲击、双管钻进,能进行软、硬岩层的施工,应用范围非常广。
3)液压系统采用电液比例控制技术,或负荷传感系统,液压元件采用了国际先进成熟的产品。
4)应用先进的PLC控制和电液比例控制技术,主要实现四个方面的自动控制功能:
自动钻进,自动回拖、自动锚固,和行走时的无级变速控制和转向控制,自动化程度高。
智能化和电气化程度很高。
此外应用先进的PLC控制和电液比例控制技术使得钻机的控制性能更为完善。
5)作业安全和舒适,具有驾驶室,具有无线(或有线)导向控制系统、地下电缆与管道探测技术、防触电安全保护技术、远程控制紧急停机技术等安全措施,确保机器和人员的安全。
6)先进的钻进规划设计软件,如VERMEER公司的ATLASBOREPLANNER软件和美国十方公司的DRILLSMART软件等,专为HDD(水平定向钻进)施工而开发,可根据施工要求和资料,模拟生成设计施工路线和报告。
强大的软件功能支持使得钻机的精度和可靠性得到很大提高。
国内外同类技术及厂家比较表如表1表2下:
表1技术参数
Table.1Technicalparameters
CASE6030沟神JT2720威猛廊坊GPS10徐工ZD1245
D24×40A
最大回拖/进136/136120/120108/108150/70122/108
给力(KN)
动力头最54233660545160004500
大扭矩(Nm)
主轴最大三速21526080210
转速(r/min)
自动装卸钻杆有有有无有
最大钻进长度(m)300300300300300
自动锚固有有有无有
表2国内外同类厂家比较表
Table.2Domesticandforeignsimilarfactoriescomparison
企业主要产品目前的规模特点
北京土行孙DDW80、DDW100、已形成系列化、拖式自行走式
公司DDW150、DDW200批量化,年产量已
DDW250、DDW320达160余台
中联重科KSD15、KSD25已批量生产自行走,动力系与主机两单元体,干湿两用,全负荷敏感控制,英国技术,回拖力15~25吨
海瑞克(德国)回拖力100~600吨进口数台成熟技术,底盘分模块式、拖式、履带式多种
凯斯(美国)CASE6010、CASE6030批量进口,电子控制,自动化程
CASE6060、CASE6080年销量30台左右度高,动力强劲,可
靠性高
DitchWitchJT920、JT1720批量进口,电子控制,自动化程
(美国)JT2720、JT4020年销量30台左右度最高,动力强劲,
JT7020可靠性高,钻岩技术先
进,注重人身保护
2.3水平定向钻机系统简介:
各种规格的水平定向钻机都是由钻机系统、动力系统、控向系统、泥浆系统、钻
图1钻机示意图
Fig.1Rigdiagram
具及附助机具组成,它们的结构及功能介绍如下:
(1)钻机系统:
是穿越设备钻进作业及回拖作业的主体,它由钻机主机、转盘等组成,钻机主机放置在钻机架上,用以完成钻进作业和回拖作业。
(2)动力系统:
由液压动力源和发电机组成动力源是为钻机系统提供高压液压油作为钻机的动力,发电机为配套的电气设备及施工现场照明提供电力。
(3)控向系统:
控向系统是通过计算机监测和控制钻头在地下的位置和其它参数,引导钻头正确钻进的方向性工具,由于有该系统的控制,钻头才能按设计曲线钻进,现经常采用的有手提无线式和有线式两种形式的控向系统。
(4)泥浆系统:
泥浆系统由泥浆混合搅拌罐和泥浆泵及泥浆管路组成,为钻机系统提供适合钻进工况的泥浆。
(5)钻具及辅助机具:
是钻机钻进中钻孔和扩孔时所使用的各种机具。
钻具主要有适合各种地质的钻杆,钻头、泥浆马达、扩孔器,切割刀等机具。
辅助机具包括卡环、旋转活接头和各种管径的拖拉头。
2.4水平定向钻穿越施工工艺介绍
2.4.1水平定向钻穿越施工工艺
使用水平定向钻机进行管线穿越施工,一般分为二个阶段:
第一阶段是按照设计曲线尽可能准确的钻一个导向孔;第二阶段是将导向孔进行扩孔,并将产品管线沿着扩大了的导向孔回拖到导向孔中,完成管线穿越工作。
(1)钻导向孔:
要根据穿越的地质情况,选择合适的钻头和导向板或地下泥浆马达,开动泥浆泵对准入土点进行钻进,钻头在钻机的推力作用下由钻机驱动旋转(或使用泥浆马达带动钻头旋转)切削地层,不断前进,每钻完一根钻杆要测量一次钻头的实际位置。
钻机被安装在入土点一侧,从入土点开始,沿着设计好的线路,钻一条从入土点到出土点的曲线,作为预扩孔和回拖管线的引导曲线。
(2)预扩孔和回拖产品管线:
一般情况下,使用小型钻机时,直经大于200毫米时,就要进行予扩孔,使用大型钻机时,当产品管线直径大于Dn350mm时,就需进行预扩孔,预扩孔的直径和次数,视具体的钻机型号和地质情况而定。
回拖产品管线时,先将扩孔工具和管线连接好,然后,开始回拖作业,并由钻机转盘带动钻杆旋转后退,进行扩孔回拖,产品管线在回拖过程中是不旋转的,由于扩好的孔中充满泥浆,所以产品管线在扩好的孔中是处于悬浮状态,管壁四周与孔洞之间由泥浆润滑,这样即减少了回拖阻力,又保护了管线防腐层,经过钻机多次预扩孔,最终成孔直径一般比管子直径大200mm,所以不会损伤防腐层。
在钻导向孔阶段,钻出的孔往往小于回拖管线的直径,为了使钻出的孔径达到回拖管线直径的1.3~1.5倍,需要用扩孔器从出土点开始向入土点将导向孔扩大至要求的直径。
地下孔经过预扩孔,达到了回拖要求之后,将钻杆、扩孔器、回拖活节和被安装管线依次连接好,从出土点开始,一边扩孔一边将管线回拖至入土点为止。
2.4.2水平定向钻施工的特点
(1)定向钻穿越施工具有不会阻碍交通,不会破坏绿地,植被,不会影响商店,医院,学校和居民的正常生活和工作秩序,解决了传统开挖施工对居民生活的干扰,对交通,环境,周边建筑物基础的破坏和不良影响。
(2)现代化的穿越设备的穿越精度高,易于调整敷设方向和埋深,管线弧形敷设距离长,完全可以满足设计要求埋深,并且可以使管线绕过地下的障碍物。
(3)城市管网埋深一般达到三米以下,穿越河流时,一般埋深在河床下9—18米,所以采用水平定向钻机穿越,对周围环境没有影响,不破坏地貌和环境,适应环保的各项要求。
(4)采用水平定向钻机穿越施工时,没有水上、水下作业,不影响江河通航,不损坏江河两侧堤坝及河床结构,施工不受季节限制,具有施工周期短人员少、成功率高施工安全可靠等特点。
(5)与其它施工方法比较,进出场地速度快,施工场地可以灵活调整,尤其在城市施工时可以充分显示出其优越性,并且施工占地少工程造价低,施工速度快。
(6)大型河流穿越时,由于管线埋在地层以下9—18mm,地层内部的氧及其他腐蚀性物质很少,所以起到自然防腐和保温的功用,可以保证管线运行时间更长。
2.5水平定向钻机在国内的应用
2.5.1交通运输
我国交通运输业在“九五”期间投资力度比较大,其中公路建设8110亿元,铁路建设2500亿元,高等级公路和高速铁路建设任务繁重。
高速铁路建设也在紧锣密鼓地进行规划实施,如北京到上海的京沪高速铁路已完成规划,总投资超过1300亿元,拟采用高架形式,则可以想像其桩基工作量。
水平定向钻机因其施工速度快、成孔质量高、环境污染小、操作灵活方便、安全及适用性强等诸多优势,已成为发达国家钻孔灌注桩施工主要成孔设备。
在这一背景下,这些高等级公路建设及高速铁路建设必将持续拉动市场对水平定向钻机的需求。
2.5.2水利水电建设
水利水电建设是我国“十五”期间投资的重点。
重点是防洪、抗旱和综合利用,对全国七大水系进行综合治理,对湖泊、渠道进行清淤等。
由于我国蕴藏着丰富的水电资源,为开发应用这种清洁的能源,国家现已开始大量投资建设的各类电站,每年新增装机350~400万KW,每年土石方工程量1亿立方米,混凝土量约1000万立方米。
水电建设相应带来系列的配套建设,如输电线路等,这些工程为水平定向钻机带来了新的市场机会。
2.5.3建筑业
建筑业已被列为国民经济发展的四大支柱产业之一,而且施工的机械化水平日益提高,已成为世界是建筑机械最大的市场,到2010年,建筑面积平均每年将达到5亿多平方米。
另外,奥运工程、城市改造工程等都需要大量的桩基,建筑超高,基础工程量越大,并且这些在城市施工的桩基工程,都有严格的环保要求,对反循环钻机的使用会有限制,更拉动了水平定向钻机市场。
2.5.4国内市场及供方情况
目前国内水平定向钻机市场显得红火,产销两旺,进口钻机的势头依然强劲。
进口钻机借其高技术含量和高可靠性受到国内一些大的基础公司的信赖,进口数量逐年增多。
国外钻机技术先进、可靠性高是其占领高端市场的法宝,而其规范的市场运作和完整的产品系列也是其成功的有效的保证。
国外的钻机公司进入中国市场后其规范的市场运作使国内的用户感到踏实,有利于培养自己忠实的用户群。
国产钻机以其适用和较低价位抢占了一定量的国内用户。
国产水平定向钻机厂经过几年的发展,前期性毛病大大减少,又占有地利优势,维修方便,使国内用户群体不断扩大。
目前国内水平定向钻机生产厂家主要有:
徐工RD系列,三一SYR220,北京经纬巨力、山河智能、天津宝峨公司、石家庄煤机公司、连云港黄海等。
有人相比于新加坡钻机市场后认为中国水平定向钻机的合理保有量应达到2000台套,每年新增需求量为100~150台套。
有消息说某民营公司计划一年生产100台水平定向钻机,另有一与铁路系统有关公司也准备进入
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 25 水平 定向 钻机 推进 机构 设计