fw1206000型非開挖鉆機供桿系統(tǒng)設計計算說明書大學論文

摘要導向鉆進或定向鉆進是非開挖技術中發(fā)展最快的一種施工技術，用水平定向鉆進的方法可以進行各種管經管線的安裝，應施工能力的要求，其可非為微型，小型，中型，大型四類。該設計題目是在對國內外市場做出恰當評估后，本著方便性，靈活性與經濟性的目的，進行了非開挖鉆機供桿系統(tǒng)的設計計算。本次設計的是自動供桿系統(tǒng)供桿系統(tǒng)，自動供桿系統(tǒng)供桿系統(tǒng)是送取，存放和接卸鉆桿的裝置，也稱鉆桿架。本次設計采用了液壓直推式供桿系統(tǒng)，該系統(tǒng)結構緊湊，動作平穩(wěn)可靠，便于送出鉆桿，造價便宜，并且為了維修更加方便，在一些鏈接處采用了一些輔助零件，如在進給桿和連接板處之間加了輔助版，這樣進給桿與連接板不會被焊縫焊死，便于維護拆裝。為了減少整個機構的重量，鉆桿箱采用了鋼條焊接的箱體，使得較少箱體的重量。并且將鉆桿箱分為了三個槽可存放18根鉆桿。關鍵詞：道向鉆進，定向鉆進，非開挖技術，供桿系統(tǒng)。

AbstractGuidedrillingordirectionaldrillingisexcavationtechnologythefastestdevelopingakindofconstructiontechnology,usingthemethodofhorizontaldirectionaldrillingcaninstallbypipelineoftubeshouldbeconstructionrequirementsofability,itscannotformicro,small,medium,largefourcategories.Thisdesigntopicisindomesticandabroadmarketaftermakeappropriateevaluation,inlinewithconvenience,flexibilityandefficiency,thepurposeoftrenchlessrigforrodsystemdesigncalculation.Thisdesignisautomaticforrodsystemforrodsystem,automaticforrodsystemforrodsystemissenttotake,storeandpickdischargepipedevice,alsocalledthedrillpiperack.ThisdesignUSESahydraulictransductivebarsystem,thissystemforcompactstructure,stableandreliable,andfacilitatemovementsentoutpipe,costcheap,andmoreconvenientinmaintenance,insomelinksplaceadoptedsomeauxiliaryparts,suchasfeedleverandconnectionboardplaceaddedauxiliaryedition,betweenconnectedtostemandsointodeathwouldnotbeweldsweldedplate,easytomaintaintearopenoutfit.Inordertoreducetheweightofthewholeorganization,pipeboxadoptsthesteelweldingchamber,makelessweightofthebox.Andwillbedividedintothreeslotdrillingboxcandeposit18rootdrillpipe.Keywords:dishtodrilling，Directionaldrilling，Trenchlesstechnology，Forrodsystem.

目錄 1緒論 頁

1緒論1.1非開挖技術概述隨著社會主義現代化的蓬勃發(fā)展，伴隨建設中新的問題不斷產生，各向針對性的技術也應運而生。非開挖技術就是其中發(fā)展較快，較成熟的一門新興科學。非開挖技術是指利用少開挖或不開挖的方法對地下管線、管道進行鋪設、維修或更換、探測的一門施工技術。非開挖施工應用了定向鉆進技術的原理,極大地降低了地下管線施工對交通、環(huán)境、基礎設施、居民生活工作等造成的影響,成為現代城市基礎設施建設、管理的一個重要組成部分。目前在石油天然氣城市給排水、煤氣供應、電力、通訊、供熱、輸鹵等管道鋪設與維護領域得到廣泛應用。非開挖技術與傳統(tǒng)的開挖施工相比優(yōu)點非常明顯,非開挖技術是對傳統(tǒng)地下管線開挖鋪設、修復、更換的一次革命,它具有如下一些特點①不影響城市地面交通②不破壞施工地點周圍的環(huán)境③不響周邊居民的工作與生活④對不能開挖的地方,諸如穿越鐵路、公路、河流、建筑物、鬧市區(qū)等地時,其它方法無法替代⑤投入人力少,施工周期短⑥綜合成本低,社會效益與經濟效益明顯⑦勞動強度低,施工安全性高。但非開挖技術的一次性設備投人高、設備維護成本高、施工技術要求高。非開挖技術包括非開挖管道鋪設技術、非開挖管道修復或置換技術、非開挖管道探測技術等三方面。目前在我國應用較普遍的是非開挖管道鋪設技術,其施工方法又包括頂管法、盾構法微型隧道法、導向鉆進法、水平螺旋鉆進法夯管法、沖擊矛法。非開挖管道修復或置換技術在我國還屬于剛剛起步階段,目前已引起一些有戰(zhàn)略眼光公司的興趣,其常用施工方法有爆管法、吃管法、抽管法、內襯法、噴涂法、纏繞法等。非開挖管道探測技術應用較多的有探地雷達、管道影像儀等,該技術一般與非開挖管道鋪設、修復及轉換技術結合使用,為后者施工提供技術基礎。定向鉆進的一個優(yōu)點是鉆進軌跡不要求是直線，鉆頭可導向，鉆傳河流，公路和鐵路等，并在預定的位置鉆出地表。最近幾年，鉆孔的導向精度有了很大的改進，有些鉆機目前亦可用與重力管道的鋪設。方向的改變是通過鉆頭的設計來達到的，對小型和中型鉆機來講，鉆頭類似于鏟子，當鉆桿柱回轉時，鉆頭就順著鏟子的斜面前進。大型鉆機則是使用鉆頭后面一段帶斜面的鉆桿（彎接頭）來實現導向的。一旦導向鉆孔完成后，將擴孔器連接在鉆桿柱上，由鉆桿回拉鉆桿以擴大導向孔0.，成品管則通過回轉接頭連在擴孔器后，在擴孔的同時被拉入孔內。在有些情況下，拉入成品管之前需要進行一次擴孔或多次擴孔。大多數的定向鉆機都是采用射流輔助鉆進，即使用鉆進液來潤滑鉆孔，排泄和穩(wěn)定鉆孔，鉆進液可以是清水，但是在大多數情況下是為特定場合和地層而制備的膨潤土或聚合物。對于大型鉆機來講，鉆進液還可以用驅動鉆頭處的泥漿馬達，以利用鉆進硬地層。工程中長將小型的工程施工稱之為導向鉆進而將大規(guī)模的工程稱之為定向鉆進，就施工能力來講，定向鉆進處于氣動矛和微型隧道法之間。大多數的氣動矛都使用小直徑，長度相對較短的直線段管線施工。而微型隧道法一般是用于大直徑對坡度要求較嚴的管線施工，施工距離較長，而且可適應各種地層。定向鉆進通常是由于小到中等直徑管線施工，雖然有時大型鉆機的施工能力可與微型隧道法相同。1.2本次設計的意義與目的 隨著社會的發(fā)展，非開挖技術已經成為新型科學。其采用非開挖的方式對地下管線、管道進行鋪設、維修或更換、探測較傳統(tǒng)開挖施工有明顯的優(yōu)勢。現在國內外對于非開挖施工的需求越來越大，同時發(fā)展也越來越快。我們這次設計非開挖鉆機是在原研制成功的基礎上進行改進。 我這次設計的是非開挖鉆機自動供桿系統(tǒng)，此系統(tǒng)可以自動送取鉆桿和存放鉆桿，由于人工換桿的話有些緩慢和需要多人協(xié)同有些不便，鉆桿的存放也不便，而采用自動供桿系統(tǒng)則可以自動接桿，并且只需一個人就可以完成此工作，大大提高了工作效率和節(jié)省勞動力。 隨著社會的發(fā)展，競爭越來越激烈，工作效率和成本的高低決定著在競爭中所占優(yōu)勢的多少，而自動供桿系統(tǒng)提高了非開挖鉆機的自動控制能力，并且其有鉆桿存放箱，有利于鉆桿的輸送。通過本次的設計也使我更了解非開挖技術的應用和設計的方法。1.3非開挖技術國內外發(fā)展現狀據資料統(tǒng)計，導向（定向）鉆機非開挖管線技術在過去十年取得了長足的進展，僅在北美地區(qū)就已經形成了一個年產值超過10億美元的新興產業(yè)。迄今在美國和西歐各國已有20多家廠商生產制造定向鉆機，此外，還有幾十家公司提供其它相關輔助設備和機修。目前,水平定向鉆機的一年產業(yè)有一個億萬美元和數以百計的承包商和成千上萬的鉆探平臺，在非開挖技術市場中中國境內經營是成長最快的一部分。據估計，在2006年有超過2000臺水平定向鉆機由以前670臺增加到現存的市場，其中37臺水平定向鉆機是馬勒從國外進口。同時，用此工藝進行管線鋪設的工程也在不斷增加。據估計，僅在美國和加拿大，每年導向（定向）鉆機工藝鋪設的地下管線總長達6100—22500km，到2000年，將近30%—40%的地下管線都用該技術鋪設。此外，由于工藝，技術和設備性能不斷發(fā)展和完善，不斷涌現出許多新的工程記錄。如1994年最大的鋪設直徑為1219mm（施工長度為658m）,1988年有成功的穿越河流鋪設了直徑為1092mm,長度達到1036m的管道?？偟膩碚f,中國的水平定向鉆機市場有以下特點:一、保持快速發(fā)展趨勢比2004年總建筑價值和數量的硬盤鉆機都增加了2005年的47%。盡管如此還是小于2003年和2004年總和，分別比在2003年和2004年的數量大很多。這增長率比在世界上其他任何一個國家快得多。二、進口硬盤鉆機的數量會繼續(xù)降低。從國外進口了37臺硬盤鉆機是2005年的21%，與2004年降低了從他47歲。產品的市場占有率，減少了5%外國硬盤鉆機，在2005年底完成。三、完成一些高風險、復雜的建筑工程。在2005年，有幾個大直徑、超長距離的硬盤項目，已經成功完成了，包括江西九江項目“長江石油管道安裝”。一個16米長的，457毫米直徑的鋼質管道使用安裝了DD-1100巨型硬盤鉆機由美國鉆孔機械廠制造。1.4本次設計難點及分析本設計中的非開挖鉆機除了具備一般鉆機的特性和優(yōu)點外，還利用了鉆桿的自動堆放和提取系統(tǒng)。在此系統(tǒng)中，施工用鉆桿可隨機裝載，置于專用的鉆桿存放倉中，施工時利用進給桿可將鉆桿逐一從存放倉內取出，加接與鉆桿柱進行鉆進。由于國內非開挖鉆機基本上都是人工供桿，設計時參考較少，供桿時各機構運動要協(xié)調，但由于都是機械運動，運動是難免有誤差。誤差的引起有可能是加工精度不夠高，也有可能裝配誤差和設計的不夠完美的。由于整個供桿系統(tǒng)都是焊接在主梁一側，考慮到主梁的承受能里，應盡量減少重量1.5完成課題所采用的手段方法這次設計所采用的主要采用了數學計算，計算機繪圖以及參考他人做成功的產品和查閱相關資料。此次設計的非開挖鉆機，我們以經研制成功的YM160型液壓錨桿鉆機為設計藍本，借鑒了其中一些結構和設計經驗，如主梁軌道，采用矩形導軌結構，動力頭鉆孔組作業(yè)時大部分跨在主梁一側鉆孔，導軌磨損較快，鉆機使用一段時間后，便會有松動現象，采用燕尾楔形結構后，就保證了動力頭鉆孔作業(yè)時不左右晃動，實現平穩(wěn)作業(yè)以高鉆孔質量，防止塌孔。同時我們也借鑒了YM160型液壓錨桿鉆機的行走底盤。這樣是整個鉆機的成本大大減少。在供桿系統(tǒng)上采用了直推式供桿機構。供桿油缸完成推送或收回鉆桿，它的特點是結構簡單緊湊，動作穩(wěn)妥可靠，成本較低，維修方便。

2課題分析及方案分析選擇2.1供桿系統(tǒng)工作原理鉆桿堆放于鉆桿箱中，鉆桿在重力作用下落入進給桿上，當前一根鉆桿已經鉆進時，動力頭反轉并后退，觸動電磁換向閥開關，使油缸無桿腔進油，活塞桿前進并推動進給桿前移，當達到動力頭中心線位置時，溢流閥卸油，此時動力頭已開使前移，動力頭與鉆桿螺紋接觸，推動鉆桿前移一段后，夾緊機構夾緊鉆桿，動力頭馬達轉動，這樣鉆桿被擰緊夾緊機構松開，動力頭繼續(xù)前移又觸動電磁換向閥開關，換向閥換向油缸有桿油腔進油，進給桿后退，準備接收下一根鉆桿，如此往復，當底下土壤被鉆穿后，動力頭回托時，只要切斷電磁換向閥的電路是換向閥處于中間位置，這樣進給機構就可以停止工作。當機構又需要鉆桿時只需打開電磁換向閥開關即可2.2供桿系統(tǒng)方案分析及選擇供桿系統(tǒng)是送取，存放和接卸鉆桿的裝置，也稱鉆桿架。供桿系統(tǒng)是低速，間歇運動的組合部件經常受到沖擊振動作用。對供桿系統(tǒng)的設計要求是：結構緊湊，動作平穩(wěn)可靠，便于送出，收入和接卸鉆桿，造價便宜，要有足夠的強度和剛度。一．供桿系統(tǒng)方案分析按供桿機構的不同，可分為平行四連桿式，直推式和轉臂式三種類型，按照使用動力的不同，可分為電動的，氣動的和液動的三種類型。以下是參考的三種方案：方案一：平行四連桿式供桿系統(tǒng)，在此機構中，上連桿，下連桿，鉆桿架體和鉆架構成平行四連桿。這個機構用供桿油缸完成推送或收回鉆桿，并由固鎖裝置將鉆桿架鎖在存放位置。它的特點是結構簡單緊湊，動作穩(wěn)妥可靠。其簡圖如圖2—1。方案二：直推式供桿機構，它是由上下油缸帶動上，下送桿臂實現送娶鉆桿動作的。它的結構特點是結構簡單，動作靈活，易于制造和修理。但氣動送桿機構不夠平穩(wěn)，不夠準確，液壓直推式比較好些。其簡圖如圖2—2。方案三：轉臂式供桿機構：他通過電動機正反轉帶動渦輪轉速器和傳動軸以及上下轉臂完成送取鉆桿的動作。它的特點是操作簡單方便，動作平穩(wěn)可靠，但結構比較復雜，占用空間較大，可用在大，中，小各種鉆機上。其簡圖如圖2—3。圖2—1四連桿式圖2—2直推式圖2—3轉臂式二．供桿系統(tǒng)類型的確定由以上對比可知平行四連桿式傳動不夠靈活，制造維修不便；轉臂式結構比較復雜，占用空間較大，造價貴；直推式動作靈活，易于制造和修理，成本便宜。因此對于三種方案我選擇直推式供桿系統(tǒng)，并為了節(jié)省成本在此基礎上再進行一定的改進，將兩個液壓缸變成只有一個液壓缸從而降低成本。

3供桿系統(tǒng)的設計計算3.1鉆桿箱的設計鉆桿箱的作用是用來存放鉆桿的，由于其是焊接在非開挖鉆機的主梁一側，鉆桿箱存放的鉆桿的多少直接影響其總的重量，若其重量太重主梁可能承受不了，太輕則存放鉆桿太少影響其效率。一般工程上存放十幾根鉆桿可滿足，故我選用了三槽鉆桿箱第一個槽放7根，第二槽6根，第三槽5根。鉆桿箱體采用鋼條焊接而成，使得節(jié)省材料，降低成本并且減少重量。鉆桿箱的結構見圖如下圖3—1：1隔板；2擋板；3底板圖3—1鉆桿箱的結構簡圖3.1.1對放置的鉆桿箱受力分析及底板角度的確定（1）鉆桿的選取：鉆桿是快速優(yōu)質鉆進的重要工具，它是地面鉆機與孔內鉆頭的動力傳遞環(huán)節(jié)，承受和傳作用于鉆頭上的給進力、回轉扭矩、反向擴孔和鋪管時的回拖力，并作為沖洗介質的通道，向鉆頭輸送鉆進液、壓縮空氣等。由于導向鉆進多用于中、短距離的穿越鋪管工作，鉆孔軌跡一般在中小曲率半徑的范圍內，故一般多數采用普通鋼鉆桿配以適合的鉆頭。進行導向鉆進時，因為鉆孔軌跡一般為空間曲線，鉆桿除承受和傳遞上述的各種力外，在造斜段還承受相當復雜的彎曲應力，因此對桿的強度、韌度和耐磨性要求都比較高。實際施工中，鉆桿的外徑根據所需的給進/回拖力和扭矩來確定，一般為57一127mm:內徑則根據所需流向鉆頭的泥漿流量來確定，一般45一76mm，如果采用有纜隨鉆測控系統(tǒng)，則應選擇內平鉆桿。對于整個鉆桿來說，鉆桿接頭是最薄弱的部位，除了選用優(yōu)質的材料外，還必須對接頭螺紋副進行特殊熱處理和高精度加工，以提高其使用壽命，減少斷鉆事故的發(fā)生。鉆桿的長度直接影響鉆進的效率。使用較短的單根鉆桿，必然會增加大量的裝卸鉆桿時間:在采用有纜控向系統(tǒng)進行較長距離和較深地層的穿越時，短鉆桿也增加了控向系統(tǒng)的接線時間;如果中途提鉆，進行鉆頭、控向探頭的更換或檢修等工作，輔助時間所占的比例會更大。從減少非鉆進時間、提高施工效率角度考慮，鉆機應選用盡可能長的單根鉆桿。但受施工場地或鉆機結構型式的限制，單根鉆桿長度又必須適當限制。對于一般市政管道工程用鉆機而言，鉆桿單根長度變化范圍為1.5一3m，以適應市區(qū)場地狹窄的狀況;對于野外跨越工程用鉆機而言，單根鉆桿長度很大，可達9－10m?？傊S著鉆進長度的不斷增加，鉆進工藝的不斷發(fā)展，對鉆桿的結構和性能要求越來越高。鉆桿不僅要具有足夠的軸向強度承受鉆機給進力和回拖力，足夠的抗扭強度承受鉆機施加的扭矩;還要有足夠的柔韌性以適應鉆進時的方向改變:要盡可能地輕、以方便運輸和使用、要能耐磨損等。鉆桿采用外經60mm，壁厚15mm，長3m的尺寸結構，則鉆桿的體積為：其中R——鉆桿外圓半徑；r——鉆桿內圓半徑；L——鉆桿長度；得出：鉆桿的質量：（3—1）其中——不銹鋼的密度，——鉆桿體積（注：查自機械設計手冊表1—6）得：（2）鉆桿的受力分析：對于放置在第3槽中低桿接觸鉆桿的受力分析：圖3—2第3槽中低桿受力分析由圖3—2可知：式中：——底板角鋼與水平面的夾角對于放置在第2槽中低桿接觸鉆桿的受力分析：由圖3—3可知：圖3—3第2槽中低桿受力分析注：因為不大，可以近似認為作用于擋板的力等于擋板作用于2槽中鉆桿的力，即:所以得：對于放置在第1槽中最后一根鉆桿的受力分析：圖3—4第1槽中最后一根鉆桿的受力分析當第1槽中剩余最后一根鉆桿此時最難滑下，要讓桿能滑下則有：（3—2）由圖3—4知：——鉆桿與鉆桿箱壁的摩擦系數——鉆桿與鉆桿箱壁的摩擦力——鉆桿箱底板傾斜角度其中查自機械設計手冊1（1—8）鋼的摩擦系數得故得：而桿能順利滑下有：所以得出：要使鉆桿能在鉆桿箱底板上滑動有摩擦力小于下滑力，即：其中：即：得所以取整因此得出：3.1.2擋板長度的確定如下圖8所示取A點到底板距離為100mm，則擋板長為：擋板最大開度與隔板的夾角：（注：兩隔板間距取66mm）B點到擋板最大開度位置的距離為66mm，所以鉆桿可以通過，于是取擋板AB的長度為102mm。圖3—5擋板簡圖3.1.3鉆桿箱材料及尺寸1、支柱2、邊框3、隔板4、邊框5、擋板6、支撐角鋼7、欄板8、底板角鋼圖3—6鉆桿箱剖析圖（1）鉆桿箱支柱:鉆桿箱的支柱作用是支撐鉆桿箱和箱里的鉆桿重量，所以要有足夠的強度和剛度，查看資料和參考其他機械后采用熱軋不等邊角鋼，型號6.3/4（注：查自《機械設計手冊》，卷一P3—104），基本尺寸如下表一：表1熱軋不等邊角鋼尺寸表型號尺寸(mm)橫截面積（）理論質量（）外表面積（）Bbdr6.3/46340574.9933.9200.202角鋼剖面圖如下圖3—7：圖3—7角鋼剖面圖B—長邊寬；b—短邊寬；d—邊厚度；r—內圓弧半徑；—邊端內圓弧半徑，為。鉆桿箱支柱長：（2）鉆桿箱邊框：鉆桿箱邊框采用熱軋鋼帶，厚度5mm,寬度80mm；則橫向邊框長：則縱橫向邊框長：由于鉆桿長度和鉆桿箱的加工有誤差，為了方便鉆桿下落，故取縱橫向邊框長。（3）鉆桿箱欄板：鉆桿箱邊框采用熱軋鋼帶，厚度5mm,寬度40mm；則兩長邊框間焊接欄板長：在底板角鋼與短邊邊框間焊接的欄板，L值分別為：240mm和223mm。圖3—8欄板簡圖（4）鉆桿箱隔板：鉆桿箱隔板邊框采用熱軋鋼帶，厚度5mm,寬度80mm；L值分別為260mm和248mm。簡圖如下圖3—9。圖3—9鉆桿箱隔板簡圖（5）鉆桿箱底板角鋼：為了制造方便底板角鋼采用與支柱一樣的材料和尺寸，即采用熱軋不等邊角鋼，型號6.3/4，基本尺寸如下：長角邊：短角邊：角鋼厚度（6）鉆桿箱支撐角鋼：支撐角鋼是用來聯結鉆桿箱和支撐箱體與鉆桿的重量的，支撐角鋼和支撐結構的側支撐板采用螺栓聯結。在此機構中，支撐角鋼承受著11根鉆桿的重量，初步估計鉆桿箱質量50kg。則鉆桿箱和鉆桿總重：螺栓的選擇：取角鋼厚度為t,則由公式（3—3）式中：F——角鋼受到的力——螺栓直徑得：由于角鋼是由4個螺栓連接，故每個螺栓也承受2354N的載荷。根據公式：（3—4）其中：（3—5）由機械設計手冊3，表25.1—11，表25.1—15可查得，則：故螺栓直徑大于3.2mm即可，但由于機械在施工時有震動和鉆桿箱和鉆桿總重有誤差，故為了安全選大點的螺栓，其直徑，型號如下：六角頭螺栓型號GB/T5781—1986螺母型號GB/T41—1986墊片型號GB/T93—1987由以上可得：則便于選材和牢靠取因此支撐角鋼采用熱軋等邊角鋼，型號5.6，基本尺寸如下圖3—10。a=120mm，b=50mm,d=5mm.圖3—10支撐角鋼結構及尺寸

（7）鉆桿箱擋板：鉆桿箱擋板與隔板一樣采用熱軋鋼帶，厚度5mm,寬度80mm；長L為102mm3.1.4計算鉆桿箱總重為了節(jié)省材料在可行的情況下盡量少用鋼材，現總結如下：鉆桿箱由4根支柱，6根邊框，12根欄板，4根隔板和2根底板角鋼組合而成。則由得（1）每根支柱質量：（2）橫向邊框質量：（3）縱向邊框質量：（4）隔板和擋板質量：應為傾角a不大，為了便于計算，可認為長度相等，則有：（5）底板角鋼質量：由以上可得鉆桿箱的總質量3.1.5焊縫的設計計算（1）底板角鋼的焊縫設計：圖3—11底板角鋼受力分析圖對于鉆桿箱底部受力最大，焊縫要求比較高，角焊縫的焊角尺寸不宜過大，一般，其中焊板厚度，應為底板角鋼厚度，所以有因此取焊縫的焊角而；則有：其中：—ab段焊縫受到的力—cd段焊縫受到的力由圖14底板角鋼受力分析且可得：其中：；則可計算出cd段焊縫受到的力1）校核對接焊縫ab段：其基本尺寸為，，焊接工藝采用手工焊，三級焊縫鋼，取鋼每平方毫米承受力的臨界值為（注：查自與鋼結構表3—1）。而：其中—是ab段焊縫的長度；—是ab段焊縫的厚度；Ab段焊縫收到的力則可得焊縫每平方毫米所到的力：因為，所以ab段焊縫安全。2）校核對接焊縫cd段：其基本尺寸；cd段焊縫長度為，焊接工藝采用手工焊，取鋼每平方毫米承受力的臨界值為。焊縫面積為：式中：—是cd段焊縫的長度；—是cd段焊縫的厚度；cd段焊縫受收到的力則可得焊縫每平方毫米所到的力：因為，所以cd段焊縫安全。（2）支撐角鋼焊縫的設計：兩支撐角鋼承受重量為11根鉆桿和鉆桿箱重量之和，所以則支撐角鋼承受的重量G為：支撐角鋼焊縫長度：而焊縫面積為：其中—是支撐角鋼焊縫的長度；—是支撐角鋼焊縫的厚度；支撐角鋼焊縫受收到的力則可得焊縫每平方毫米所到的力：因為，所以支撐角鋼焊縫安全。3.2進給桿設計進給桿是送取鉆桿的，其傳動的平穩(wěn)影響送取鉆桿的效率，因此鉆桿要有一定的強度和剛度，值推式液壓供桿系統(tǒng)傳動平穩(wěn)可靠并且結構簡單，動作靈活，易于制造和修理，故綜合考慮用值推式自動供桿系統(tǒng)。3.2.1進給桿設計簡圖1、防脫鉤；2、鉆桿；3、鉆桿箱；4、摩擦襯板；5、進給桿；6、螺栓；7、輔助桿；8、托板圖3—12進給桿設計簡圖3.2.2進給桿受力分析由鉆桿箱和主梁一側空間大小考慮，初步定進給桿的工作行程為200mm，當進給桿送出第一根鉆桿到達最大行程時，桿受彎最大。則由上彎矩圖可得：（因為有兩根進給桿，所以每根進給桿受一半力）圖3—13進給桿受力分析圖因為1槽內有七根鉆桿，且有，可得：又因為，可得：聯立上兩式可解得：；所以:故有：3.2.3進給桿的材料選擇（1）進給桿的材料及加工工藝：由于進給桿是供桿系統(tǒng)的主要部件，需要有較強的剛度，考慮非開我的工況進給桿采用45號鋼，工藝采用熱軋H型鋼。取（注：查自機械設計手冊（1）3—10）則有公式（3—6）得：選取熱軋H型鋼HZ80，基本尺寸如下圖3—14。由圖3—14得：進給桿的剖面面積；體積進給桿的材料強度校核：式中：——H型鋼受到的力——H型鋼剖面積——H型鋼受到的最大扭矩——H型鋼體積圖3—14進給桿的剖面圖及尺寸因為,所以材料滿足強度要求。（2）進給桿的外形結構尺寸如下圖圖3—15進給桿的外形結構尺寸3.2.4進給桿的防脫鉤設計（1）設計簡圖如下：圖3—16防脫鉤的結構尺寸（2）拉緊彈簧的設計：由上圖3—16對防脫鉤受力分析計算可得鉆桿在脫離時，鉆桿對防脫鉤作用力N為40N,彈簧受拉力為F，則防脫鉤受收到的摩擦力T,其中——摩擦系數且得其中彈簧的變形量為13mm。初步選用碳素彈簧鋼絲B級，且（受=2\*ROMANII類載荷手拉彈簧）估計彈簧鋼絲直徑，，則有：選取旋繞比，系數，則由公式（3—7）式中：——彈簧系數——彈簧旋繞比——彈簧受到的拉力——彈簧切應力可得鋼絲直徑，與初步估計直徑相近，為了能正常工作取。則：彈簧有效圈數：（3—8）式中：代入數據可得：彈簧有效圈數，取整彈簧試驗載荷：（3—9）式中：則代入數據有：由于，所以設計符合要求。彈簧其余尺寸有：內勁；外徑自由高度圓鉤環(huán)壓中心（3）防脫鉤與進給桿的聯結：采用螺栓連接螺栓GB5781—86M5×16螺母GB41—86M5墊圈GB93—8753.2.5摩擦襯板的設計計算由于進給桿再進給和退回過程中受鉆桿壓力作用，而產生較大的磨損，當磨損較大時會影響進給桿的強度，所以在進給桿上加上摩擦襯板，采用十字槽沉頭螺釘將摩擦襯板和進給桿相連。其結構尺寸圖如下圖3—17。圖3—17摩擦襯板結構尺寸圖（1）螺釘選取計算：摩擦襯板受到連接件的的摩擦力N為：而（3—10）式中：（注：查自機械設計手冊（3），表25.1—15），取整，又，，且（注：查同上）則，由公式：（3—11）得：所以選取螺釘GB819—85M4×10（2）摩擦襯板厚度設計：有公式：（3—12）且，其中，（注：以上，查自與鋼結構，45號鋼系列）則有摩擦襯板厚度：取摩擦襯板厚度，并對摩擦襯板要求進行調質處理HB230～250,表面粗糙度。3.3進給桿的支撐設計由于鉆桿箱中第一槽的鉆桿直接壓在進給桿上，為防止進給桿被壓彎，以及使其能較好的傳送桿件，故要有支撐。3.3.1托板設計托板材料采用熱軋鋼板，厚度6mm，且托板的側擋塊與進給桿采用間隙配合，基軸制，則有擋塊間距離。托板托板的形狀尺寸如下圖3—18所示：圖3—18托板的形狀尺寸圖3.3.2進給桿支撐設計（1）支撐角鋼受力分析：支撐角鋼與鉆桿箱長度相等，都為3136mm，兩進給桿間距初步取為2500mm,而；對兩支撐角鋼有，則有：支撐角鋼所采用材料為碳素結構鋼Q235，取彎矩應力，（注：查自機械設計手冊3—10）由于鉆桿下落有沖擊載荷，則有：考慮到角鋼的撓度，去型號為4.5熱軋等邊角鋼（2）支撐角鋼與側支撐板的焊縫設計： 由：（3—13）得：（注：其中查自與鋼結構3—1），又故取，則支撐角鋼與側支撐板焊縫角為5mm。（3）托板與支撐角鋼的聯結設計：而（3—14）其中：——托板與支撐角鋼連接處收到的扭矩；；則可得：由公式：（3—15）式中：，且（注：查自機械設計手冊（3），表21.2—15，取螺栓性能等級為4.8），(注:查自機械設計手冊（3），表21.2—11)。則可得：，取因此托板與側擋塊的聯結為：采用螺栓連接螺栓GB5782—86M5×20螺母GB93—87M5墊圈GB170—865（3）上擋板與側擋塊的聯結：采用螺釘連接螺釘GB86—88M5×10墊圈GB93—87553.4進給桿連接桿設計3.4.1進給桿材料選擇由上可得，；則連接桿選擇材料為熱軋槽鋼Q235,即，由公式（3—16）可知：故選擇熱軋槽鋼型號5，基本尺寸如下：；；3.4.2輔助桿（1）輔助桿的結構簡圖和尺寸如下圖3—19：圖3—19輔助桿的圖形尺寸和焊縫輔助桿與進給桿的聯結采用螺栓，其型號為GB/T5780—1986M5×25（2）連接桿與輔助桿的焊縫設計：焊縫采用角焊縫三級3號鋼，由焊縫強度，焊縫長度。因為要使焊縫安全有：（3—17）其中?。ㄗⅲ翰樽耘c鋼結構），則有角焊縫的焊角：又因為角焊縫的焊角尺寸不能太小，根據經驗有：（其中）取整得角焊縫的焊角尺寸。3.5油缸設計3.5.1擬定油路圖圖3—20液壓缸油路圖（1）油路工作過程：當動力頭向后移動觸到控制開關1DT的時候，1DT通電，換向閥向右移動，左腔進油，則進給桿向前移動直到不能再向前移動時，溢流閥卸荷，同時動力頭向前前進，這樣就可以自動裝上鉆桿；動力頭和鉆桿同時鉆進時，觸動控制開關2DT的時候，使2DT通電，此時換向閥向左移動，右腔進油，進給桿縮回又裝上一根鉆桿，為下一次供桿做準備。若系統(tǒng)不需要供桿時，只需要切斷電磁換向閥的電源，液壓油就自動流回油箱，系統(tǒng)不再給動力頭供桿了。3.5.2液壓缸載荷力的計算液壓缸在伸出和縮回的過程中，只有在供第一根鉆桿到達行程最大，開始縮回時載荷最大，因為在那時還要克服防脫鉤給鉆桿的力，故那時載荷最大，此時受到摩擦力和防脫鉤離的總和，鉆桿對防脫鉤的摩擦力為：（3—18）其中摩擦系數；鉆桿對防脫鉤的壓力，故得摩擦力。工作載荷為：又因為慣性載荷（3—19）其中為鉆桿和進給桿總重，即：；其中有：鉆桿重；進給桿重。則慣性載荷取；（注：；查自機械設計手冊五）則計算慣性載荷。則活塞收回時外載荷為：活塞伸出最大時外載荷：所以作用活塞上的載荷為：；其中取傳送總效率，故可得3.5.3計算液壓缸的主要結構尺寸由下圖3—21可得，液壓缸受壓時有：液壓缸面積（3—20）其中?。ㄗⅲ翰樽詸C械設計手冊五，表43.4—2）；（注：查自機械設計手冊五，表43.4—2）；（注：查自機械設計手冊五，表43.4—5）。則有：圖3—21液壓缸受力分析簡圖則；查表43.6—77，取，液壓活塞行程。3.5.4選擇工程液壓缸由以上計算可選擇型號為：HSGL—50/28AEE，基本尺寸如下：；；；；；；；則液壓缸的流量：3.6支座設計由以上油缸的設計計算，可知所選油缸環(huán)外徑；；，作用與活塞上的載荷。3.6.1與活塞桿連接支座的設計（1）支座側板厚度設計計算：由公式：（3—21）式中：——活塞上受到的載荷；——油缸環(huán)外徑；——支座側板厚。且所選側板材料為Q235，故，則支座側板厚為：所以為了安全取支座側板厚。（2）支座與連接桿的螺栓聯結設計：由遇緊力；注：有四個螺栓，螺栓直徑（3—22）且，其中（注：查自機械設計手冊三21.5—15），故可得螺栓直徑為：取整因此選取螺栓GB/T5780—1986M5×20螺母GB41—86M5墊圈GB93—875（3）支座側板與壓板焊縫的設計：由公式：（3—23）其中，，焊縫長度則：圖3—22支座側板與壓板焊縫和尺寸圖焊縫寬度：（3—24）故焊縫寬度，又不能過小，時，有，所以3.6.2與缸筒聯結支座的設計為了盡量使由缸水平放置，后支座側板孔中心到壓板也取40mm。

圖3—33與缸筒聯結支座圖（1）支座側板和壓板焊縫：參考上面取支座側板和壓板焊縫，則有。焊縫校核：因為焊縫長度，；；；；；采用手工焊三號鋼；因為，所以焊縫安全。

（2）支座與油缸托板的聯結：由于為了調節(jié)油缸的位置，螺孔制成槽形，這樣作用載荷將由支座和托板摩擦來承受。，而，取摩擦系數（注：查自鋼結構表3—8），且由公式計算螺栓公式：（3—25）?。?—26）其中：（注：查自機械設計手冊（三），表25.1—11）（注：查自機械設計手冊（三），表25.1—15）則：，而，故螺栓直徑：所以選擇螺栓GB/T5780—1986M8×25螺母GB/T41—1986M8墊圈GB/T95—19858100HV3.7銷的設計銷采用45號鋼，銷與支座側板相配合，，直徑；側板采用，活塞桿采用。銷設計尺寸圖如下圖3—24所示：圖3—24銷的圖形尺寸3.8軸擋肩的設計擋肩與支座側板用螺釘相連接，且螺釘型號為：螺釘GB86—88M5×10，墊圈GB/T93—1987。設計圖如下圖3—25所示：圖3—25軸擋肩的圖形尺寸3.9側支撐板的設計3.9.1計算側支撐板與主梁聯結的螺栓 由前面可知已知鉆桿箱和鉆桿總重，估計其他零部件重為500N，則有總重： 為了調節(jié)供桿機構和主梁的位置，供桿機構側支撐板與主梁聯結的螺栓孔制成槽形，這樣螺栓只能以摩擦的形式傳力。由公式：，（3—27）式中：——摩擦面熟，且?。弧Σ料禂?，且（注：查自鋼結構表3—8）；——一個側面所有的預拉力。則可得：再由：螺栓直徑，而，又，?。ㄗⅲ翰樽詸C械設計手冊（三），表25.1—11）；（注：查自機械設計手冊（三），表25.1—15）則有：螺栓直徑故選擇，大六角頭螺栓GB/T1228—1991M12×3.5—4.8螺母GB/T1229—1991M12墊片GB/T95—198512100HV3.9.2側板厚度由公式：，而，則：。由于非開挖鉆機在野外工作，環(huán)境惡劣，振動較大，為了安全，取側支撐板尺寸圖如下：圖3—26側支撐板尺寸圖

4潤滑油自動供給系統(tǒng)4.1鉆機潤滑的必要性鉆機上有上百個摩擦副，他們多系連續(xù)作業(yè)，工作條件惡劣，所受載荷復雜，因此潤滑就顯得非常重要。良好的潤滑，不僅對提高機器壽命和生產率有直接影響，而且對減輕工人的勞動，保障設備的安全運轉關系極大。所以設計鉆機時，必須真確潤滑方式，潤滑裝置和潤滑脂材料，嚴格規(guī)定潤滑制度。4.2甘油集中自動潤滑系統(tǒng)以及采用潤滑油種類圖4—1甘油集中自動潤滑系統(tǒng)原理圖1—濾清器；2—減壓器；3—油霧氣；4—壓力繼電器；5—電磁氣閥；6—氣壓馬達；7—消音器；8—干油泵；9—油桶；10—安全閥；11—卸荷閥；12—濾油器；13—壓力表；14—給油器；15—控制盤。如上圖所示，其中的控制盤13由電源開關，時間繼電器和潤滑系統(tǒng)控制線路組成?？刂票P通過壓力繼電器9控制電磁換向閥4定時（按潤滑周期）開閉。因而氣馬達5也定時啟動，從而帶動干油泵6把干油壓入油管，并送到定量給油器10，再分配到個注油點。當系統(tǒng)中的全部給油器供油動作完畢后，主油路中壓力開始升高并達到一定值，壓力繼電器發(fā)出的電信號是電磁氣閥關閉，油泵也停止工作。主油路中的壓力油經卸荷閥7回到油桶12完成一次供油。如時間繼電器在調定時間內不起作用，或油路中壓力不足，無潤滑等，該系統(tǒng)均可發(fā)出警告信號。此系統(tǒng)主要潤滑鉆機上的行走系統(tǒng)及傳統(tǒng)系統(tǒng)，對其他個別分散的或要求不高的摩擦副才用人工潤滑方法。采用潤滑油種類：壓延機潤滑脂ZGN40—1或ZGN40—2；夏季30#機油，冬季30#低凝油（對手工潤滑而言）。

5操作系統(tǒng)的設計計算5.1操作系統(tǒng)的結構作用操作機構用來操作鉆機的加壓，提升，行走，穩(wěn)車，接卸鉆具，起落鉆架等各項動作，變化動作的速度和方向及控制動力的大小。一般操作機構由下列四部組成：1.操縱手：如手柄，手輪，按鈕，踏板等；2.執(zhí)行件：如撥叉，制動塊，離合器壓板等；3.傳動元件：它將操縱的操縱運動傳給執(zhí)行件，使執(zhí)行元件實現操縱動作。它可以是機械的，電氣的，液壓或氣壓的。4.定位裝置：它事操縱機構在工作時可靠地定位。常用定位裝置有彈簧鋼球，彈簧柱銷，彈簧凸起與凹槽及經輪經抓等機構。鉆機的惡劣的條件下進行著頻繁的工作，它的操作機構如何，不但影響著工人的勞動強度和安全，而且影響到鉆機的生產率和工作質量。因此，對鉆機的操作機構設計必須滿足以下要求：1.操作要輕便，動作要迅速，允許操縱力不能過大；2.操縱應便于記憶，動作符合一般的規(guī)則和習慣；3.操作應安全可靠，即操作手柄的運動位置與四周互不干涉并留有安全距離，相互矛盾的工作機構的操作裝置要互鎖。4.操作機構應盡可能結構簡單，尺寸小，容易制造。表2手柄和踏板的行程作用力表手柄和踏板的工作類型作用力（N）行程（m）轉動角度（°）手柄踏板手柄踏板手柄踏板經常工作30～40300.250.23560不經常工作9～1202400.40.2535605.2操作機構類型的選擇在本鉆機上采用符合操縱方式，其主要特點是電氣—液壓操縱，即用電磁—液壓閥操縱和控制，通過油缸的活塞作用在被操縱的機件上。本機構的主要優(yōu)點是操作簡單省力，自動化程度高。主要缺點是在工作條件差的地方，易受嚴寒氣候的影響，電液閥壽命短，故障多。5.3操作機構的布置一般鉆機都把操縱機構和操縱臺設在司機室中，置于司機椅的前面。設計時以司機椅作為中心來布置操縱機構和操縱臺的，其布置原則有：1.圍繞司機座椅布置操縱臺和各類操縱機構，使司機在座位上能操縱所有機構，常用的操縱桿和腳踏板都要放在便于操作的位置上。2.避免把同時動作的手柄集中在一只手或者腳上，各個操縱手柄互不牽涉。3.要使操作動作直觀，方便，使手的操作方向與被操作機構元件運動方向一致，如手柄推進去即給鉆桿加壓，拉出來即為給鉆桿減壓。4.為了便于安裝和檢修，同一類手柄，按鈕和儀表應盡量集中在一起。根據我國工人的平均身高，操縱臺離地面高度應是800mm左右。在空間上操縱機構位置，采用以下圖所示數據。需要經常操作和要求精密調整的機構，當操縱力小于40N時，應布置在A區(qū)內；不經常操縱或需要操縱力較大的手柄，由于使用背離和腰力，應布置在B區(qū)內。在平面上操縱機構的布置如下圖，應盡可能不超出虛線范圍，常用的操縱機構要布置在實線范圍內。此外，為了行走和對孔位操作方便，還設置了車下行走操縱盒。對一些不經常操作的動力操作裝置，如高壓開關柜，主控壓機啟動柜，直流柜子，照明柜等均設在機械內。圖5—1機構在空間上的布置（操作者面對操作臺）圖5—2操作機構在水平面上的布置（操作者在0點處）

6結論隨著社會主義現代化的蓬勃發(fā)展，伴隨建設中新的問題不斷產生，各向針對性的技術也應運而生。非開挖技術就是其中發(fā)展較快，較成熟的一門新興科學。非開挖技術是指利用少開挖或不開挖的方法對地下管線、管道進行鋪設、維修或更換、探測的一門施工技術。非開挖施工應用了定向鉆進技術的原理,極大地降低了地下管線施工對交通、環(huán)境、基礎設施、居民生活工作等造成的影響,成為現代城市基礎設施建設、管理的一個重要組成部分。目前在石油天然氣城市給排水、煤氣供應、電力、通訊、供熱、輸鹵等管道鋪設與維護領域得到廣泛應用。而本文主要是對非開挖鉆機的“自動供桿系統(tǒng)的設計”為課題，介紹了非開挖鉆機的工作原理以及國內外發(fā)展現狀；詳細介紹了自動供桿系統(tǒng)的工作原理。在廣泛閱讀了國內外有關自動供桿系統(tǒng)和相關期刊等了解到自動供桿系統(tǒng)一般有三種類型，分別為直推式；平行四連桿式和轉臂式。在本次設計的自動供桿的總結如下：1.本次設計的自動供桿采用了直推式。因為平行四連桿式傳動不夠靈活，制造維修不便；轉臂式結構比較復雜，占用空間較大，造價貴；直推式動作靈活，易于制造和修理，成本便宜。2