非开挖技术论文

目录
摘要‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥1 Abstract ‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥2
前言‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥3
第1章绪论‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
1.1 非开挖技术简介‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
1.1.1 基本原理‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥5
1.1.2 钻机分类‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥6
第2章非开挖动力头和轴的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7
2.1 轴和轴承的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7
2.1.1 转轴设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥7
2.1.2 滚动轴承的选用‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥11
2.2 轴承润滑与配合‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥12
2.2.1 润滑的作用‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥12
第3章导轨的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥13
3.1 概述‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥14
3.1.1 导轨的分类和设计要求‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥14
3.1.2 导轨的设计程序和内容‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥14
3.2 滑动导轨‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥15
3.2.1 滑动导轨截面形状、特点及应用‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥15
3.2.2 导轨间隙调整装置‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥15
3.2.3 导轨的材料与热处理‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥16
第4章机架的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18
4.1 机架‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18
4.1.1 机架的定义、用途‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18 4.1.2 机架的设计过程‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18 4.1.3 机架的壁厚设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥18 4.2 机架的常用材料‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥19 4.2.1 焊接机架的常用材料和热处理‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥20 第5章油箱的设计‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥21
5.1 概述‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥21 5.1.1 油箱的功能和分类‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥21 5.1.2 材料与表面处理‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥23 5.2油箱的设计计算‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥24 5．2.1 油箱的容量计算‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥24 第6章钻机安装‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥27
6.1 钻机安装‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥27 6.1.1 钻机安装使用方法及注意事项‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥27 6.1.2 注意事项‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥28 6.2 维护保养‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥29 6.2.1 维护保养‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥29 结论‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥30致谢‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥31 主要参考文献‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥‥32
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摘要
非开挖工程技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面更显其优势。

本设计钻机技术要点在于纠正管子在地下延伸的偏差，其施工场地小、工艺好、流程快，能适应各种土质。

特别适用于大中型管径的非开挖铺设，具有经济、高效、保护环境的综合功能使用水平定向钻机进行管线穿越施工，其工作过程是通过导向仪进行导向和探测，先钻出一个与设计曲线相同的导向孔，然后再将导向孔扩大，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。

关键词：非开挖；水平定向钻机；液压传动
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The directional rig of level Unite the gear configuration design Abstract：
Excavate engineering solve pipeline bury facility destruction to urban building and difficult problem of stopping up etc. of road traffic in the worker completely, its advantage that more apparent in stabilizing soil layer and environmental protection. Originally design the technological main point of the rig and lie in correcting the deviation that the tube extends underground, builder's yard its little, craft fine, procedure soon , can meet various kinds of soil property. Suitable for to is it lay to excavate large-and-middle-scale pipe diameter especially, have economy, high-efficient, comprehensive function application level directional rig that protect the environment carry on pipeline is it construct to pass through, working course its through lead appearance is it lead and survey to go on, get out of one with design curve the same direction hole first, then lead holes to expand , will drag the products pipeline to the extended direction hole, finish the construction course that the pipeline passes through.
Keyword：Do not excavate，The directional rig of level Unite the gear，fluid drive
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0 前言
我们生活在一个日新月异的世界里，科学技术高度发达。

紧张繁忙的都市生活，使我们每个人比以往任何时候都渴望在都市中有一个宁静的工作和休息环境。

这一切当今的都市环境还不能满足我们的需要。

如污水处理、自来水供给，煤气、电力和通讯设施的安装等，都不能做到文明、洁净而快速地施工。

所有这些就构成了对我们城市环境的破坏和道路交通的堵塞，如何使这些与城市建设密切相关的工程在不破坏现有市政设施和增加城市噪声及道路交通堵塞的情况下，经济、安全、高效、环保地完成城市施工和建设，是一个摆在我们各级政府主管部门面前的责无旁贷的重要任务。

另外，大众的环境意识在加强，公路逐渐在网络化，传统的“挖槽埋管”、“高空架线”已不适应现代化建设的要求，国内外实践证明，发展非开挖铺管技术是行之有效的措施。

非开挖技术就是在原地表不开槽的情况下使用定向水平钻机或夯管锤进行控测、检验、铺设、更换和修复各种地下管线的一种技术或方法。

传统的地下管线施工是“挖槽埋管法”。

这种被人们戏称为“开膛破肚”的施工方法的主要缺点是对地上交通影响较大，使本来已经十分拥挤的城市交通雪上加霜，同时给市民的工作和生活带来诸多不便。

另外，开挖施工使道路的质量变差，寿命变短，污染环境。

而且地下管线被挖断的事故时有发生，造成不应有的经济损失。

非开挖法施工具有不影响交通、不破坏环境、施工周期短、综合成本低、施工安全性好等优点。

非开挖的应用，其最大的效益是社会效益。

非开挖工程技术彻底解决了管道埋设施工中对城市建筑物的破坏和道路交通的堵塞等难题，在稳定土层和环境保护方面凸显其优势。

这对交通繁忙、人口密集、地面建筑物众多、地下管线复杂的城市来说是非常重要的。

所有管线的埋设都会在没有破坏、污染、交通堵塞和季节变化的影响中高效地进行。

这一切都是非开挖工程技术不断创新的结果。

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本次设计主要内容是YT-5非开挖铺管钻机总体结构设计，包括轴和动力头的设计、机架的设计、导轨的设计、箱体部分设计等。

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1 绪论
1.1 非开挖技术简介
1.1.1 基本原理
在非开挖技术行业中，定向钻进一直是主要的增长领域。

目前，在天然气、自来水、电力和电信部门定向钻进已是一种普通的施工工艺，最近由于在施工精度上的改善，定向钻进也被用于污水管和其它重力管线的铺设。

尽管这样，世界上有许多地方、许多行业仍然还在认识普通非开挖和定向钻进非开挖的益处。

钻孔轨迹可以是直的，也可以是逐渐弯曲的。

在导向绕过障碍物，或穿越高速公路、河流和铁路时，钻头的方向可以调整。

钻孔过程可在预先挖好的发射坑和接受坑之间进行，也可在安装钻孔机的场地，以小角度直接从地表钻进。

工作管或导管的铺设通常分两步进行。

首先是沿所需的轨迹钻导向孔，然后回扩钻孔以加大孔径适应工作管的要求。

在第二步即回拖过程中，工作管通过旋转接头与扩孔器连接，并随着钻杆的回拖拉入扩大的钻孔中。

在复杂地层条件下、或孔径需增加很大时，可采用多级扩孔的方法将孔径逐步扩大。

近年来，设备能力有了改善，非开挖技术的优越性也得到了更多的赞赏。

一些公用管线公司已经设想，在有非开挖可作替代时，要反对采用明挖施工方法(特别是在道路上)。

非开挖施工除了有显著的环境效益外，在许多工程应用中，导向孔钻进的相对成本已经降低到明挖法施工之下，即使忽略干扰与延缓交通等的社会成本时也是如此。

大多数定向钻机采用钻进液辅助碎岩钻头钻压从钻杆尾部施加。

钻头通常都带有一个斜面，所以钻头连续回转时则钻出一个直孔，而保持钻头朝某个方面不回转加压时，则使钻孔发生偏斜。

探测器或探头可以安装在钻头内，也可安装在紧靠钻头的地方，探头发出信号，被地面接收器接收或跟踪，从而可以监测钻孔的方位、深度
5
和其它参数。

在那些从地表不能稳定跟踪钻孔轨迹的地方，或因钻孔深度太大，用无线电频率方法难以保证定位精度的地方，也可采用有缆式导向系统，其缆线通过钻杆连接。

在大型设备中，多数工作是通过钻杆回转完成的，设备的扭矩与轴向推力和回拖力一样重要。

对小型设备，通常是先钻一个导向孔，然后再将孔径扩大至所需的尺寸，同时将管道随扩孔器拉入，此时使用钻进液有助于破岩、润滑和冷却钻头。

在钻进岩石或其它硬地层时，也可用钻进液驱动孔底"泥浆马达"，在这种情况下，需要很高的钻进液流速。

一些钻进系统被设计用于无水或钻进液的干式钻进工艺，其操作更简单，废弃物少，不需要太多的现场设备；但要受到铺管尺寸和地层条件的限制。

冲击作用可以加强轴向推力和回转扭矩的效果。

冲击力可由钻头上的冲击锤产生，也可由地面设备产生并沿钻杆柱传送，无论哪种方法，都能提高导向钻机在复杂地层中的性能。

1.1.2 钻机分类
钻机可大致分为两类：地表发射的和坑内发射的。

地表发射钻机通常为履带式，可依靠自己的动力自行走进入工地。

铺设新管时它们不需要发射坑和接受坑，但管线连接时仍需要开挖。

如果要求在地下相同深度连接其它管线，则可能会造成新管的开头几米的荒废。

坑内发射钻机在钻孔的两端都需要挖坑，但可在空间受限的地方操作。

一些设计更紧凑的钻机的发射坑，可只比接管所需的坑稍大一点就行。

钻杆单根的长度受坑的尺寸限制，这可能对铺设速度和钻杆成本产生影响。

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2 非开挖动力头和轴的设计
2.1 轴和轴承的设计
2.1.1 转轴设计
1）转轴设计：
钻机动力头主要有马达、转轴、壳体以及动力机座等组成。

而转轴为整个动力头的核心。

轴是组成机械的重要零件。

它支撑着其他转动件回转并传递转矩，同时它又通过轴承和机架连接。

所有轴上零件都围绕轴心线作回转运动，形成以轴为基准的组合体——轴系部件。

所以在轴的设计中，不能只考虑轴本身，还必须和轴系部件的整个机构密切联系起来。

轴设计的特点是：
在轴系零部件的具体结构未确定之前，轴上力的作用点和支点间的跨距无法精确确定，故弯矩大小和分布情况不能求出，因此在轴的设计中，必须把轴的强度计算和轴系零部件结构设计交错进行，边画图、边计算、边修改。

通常轴设计的程序是：
①.根据机械传动方案的整体布局，拟订轴上零件的布置和装配方案；
②.选择轴的合适材料；
③.初步估算轴的直径；
④.进行轴系零部件的结构设计；
⑤.进行强度计算；
⑥.进行刚度计算；
⑦.校核键的联接强度；
7
8 ⑧. 验算轴承。

零件与轴的固定或联接方式随零件的作用而异。

一般情况下，为了保证零件在轴上具有固定的工作位置，需要从轴向和径向加以固定。

在钻机的工作过程中，动力头一方面需要输出低转速大扭矩带动转杆回转，另一方面还要传递相当大的推进力和回拉力，为了保护液压马达，减少推进回拖过程中对马达的作用力，需要转轴直接承受，并通过其上的轴承将力转移的动力头外壳上，以保证马达的正常工作。

故采用阶梯轴的布局较为合理。

2）轴的常用材料：
轴类材料的种类很多，设计时主要根据对轴的强度、刚度、耐磨性等要求。

以及为实现这些要求而采用的热处理方式。

同时考虑制造工艺问题加以选用力求经济合理。

轴的常用材料是35、45、50、优质碳素结构钢。

常用的是45钢。

对于受载荷小或不太重要的轴，也可以选用Q235、Q275等普通碳素结构钢。

对于受力较大，轴的尺寸和质量受到限制，以及某些特殊要求的轴，可采用合金钢。

因此，对比材料我们初选用40Cr 调质。

轴的强度计算可分为三种：①按转矩估算轴径；②按弯转矩转合成力矩近似计算；③精确计算。

由于轴需要旋转顶进或回拖，那么它必然受到拉、压应力。

下面由回拖力5吨计算出轴的直径，又扭矩计算得：
=[]2
d 32τ
σπ得到
d 47.55m m ≥ 抗拉强度设计得：
500002A =263.15 m m 190≥
故取较大者为￠50mm。

3）轴的加工工艺
轴类零件中工艺规程的制订，直接关系到工件质量、劳动生产率和经济效益。

一零件可以有几种不同的加工方法，但只有其中的某一种较合理，在制订机械加工工艺规程中，须注意以下几点。

⑴.零件图工艺分析中，需清楚零件结构特点、精度、材质、热处理等技术要求，且要研究产品装配图，部件装配图及验收标准。

⑵.渗碳件加工工艺路线一般为：下料→锻造→正火→粗加工→半精加工→渗碳→去碳加工（对不需提高硬度部分）→淬火→车螺纹、钻孔或铣槽→粗磨→低温时效→半精磨→低温时效→精磨。

⑶.粗基准选择：有非加工表面，应选非加工表面作为粗基准。

对所有表面都需加工的铸件轴，根据加工余量最小表面找正。

且选择平整光滑表面，让开浇口处。

选牢固可靠表面为粗基准，同时，粗基准不可重复使用。

⑷.精基准选择：要符合基准重合原则，尽可能选设计基准或装配基准作为定位基准。

符合基准统一原则。

尽可能在多数工序中用同一个定位基准。

尽可能使定位基准与测量基准重合。

选择精度高、安装稳定可靠表面为精基准。

图2-1 动力头主轴
该轴类零件加工过程中几点说明：
⑴．采用了二中心孔为定位基准，符合前述的基准重合及基准统一原则。

⑵．该零件先以外圆作为粗基准，车端面和钻中心孔，再以二中心孔为定位基准粗车外圆，又以粗车外圆为定位基准加工锥孔，此即为互为基准原则，使加工有一次比一次精度更高的定位基准面。

因此，需用V型夹具以外圆为定位基准达到形位公差要求。

车内锥时，一端用卡爪夹住，一端搭中心架，亦是以外圆作为精基准。

⑶．半精加工、精加工外圆时，采用了锥堵，以锥堵中心孔作为精加工该轴外圆面的定位基准。

对锥堵要求：
①锥堵具有较高精度，保证锥堵的锥面与其顶尖孔有较高同轴度。

②锥堵安装后不宜更换，以减少重复安装引起的安装误差。

③锥堵外径靠近轴端处须制有外螺纹，以方便取卸锥堵。

⑷.螺纹因淬火后，在车床上无法加工，如先车好螺纹后再淬火，会使螺纹产生变形。

因此，螺纹一般不允许淬硬，所以在工件中的螺纹部分的直径和长度上必需留去碳层。

⑸.为保证中心孔精度，工件中心孔也不允许淬硬，为此，毛坯总长放长6mm。

⑹.为保证工件外圆的磨削精度，热处理后须安排研磨中心孔的工序，并要求达到较细的表面粗糙度。

外圆磨削时，影响工件的圆度主要是由于二顶尖孔的同轴度，及顶尖孔的圆度误差。

⑺.为消除磨削应力，粗磨后安排低温时效工序（烘）。

⑻.要获高精度外圆，磨削时应分粗磨、半精磨、精磨工序。

精磨安排在高精度磨床上加工。

2.1.2 滚动轴承的选用
1）包括类型、尺寸、精度、游隙、配合以及支承形式的选择与寿命计算，通常
可按以下步骤进行。

①. 根据工作条件确定轴承部件的结构形式；
②. 根据支承型式及轴承的工作特性确定轴承的类型、精度；
③. 通过轴承部件的结构设计，强度与寿命的计算，具体确定轴承的型号； ④. 验算轴承的负荷能力与极限转速。

由于轴所受的力不能传递给马达，必须借助轴承传递到箱体上，这样，根据轴的直径来选择轴承。

通过分析机器即得要求轴承必须承受轴向和径向作用力，这样我们选择圆锥滚子轴承，它不仅可以承受轴向力，也可以承受径向力。

圆锥滚子轴承其安装和拆卸都比较方便，可以直接安装于锥形轴颈上或借助外部为锥形的中间套筒，安装于圆柱形的轴上。

由轴的直径即得选用内径为55的圆锥滚子轴承。

因此马达确定输出轴为50mm 。

设计成阶梯轴，故将在44mm 处轴颈由50mm 增加到55mm ，由圆锥滚子轴承的安装尺寸即得，轴颈为55mm ，至少长为22.75mm 。

选择轴承的代号为30211的圆锥滚子轴承，其基本尺寸有： d=55mm D=100mm T=22.75mm B=21mm
安装的尺寸有：
d =64m m a ，d =64m m o ，D =91m m a 。

由此即得设计轴承固定用的轴肩的直径为ф64mm 。

由于本台钻机的设计要求精巧而且满足力学的可靠性，因此两轴承之间的距离不要太长。

此设计中取为76mm 。

同理，由于轴承的轴向固定作用，因而轴径变为55mm ，其长度为38mm ，后变为50mm 的阶梯轴。

由于在此轴段上需要开注水孔，故设注水孔的孔径为15mm ，既有а=0.2，
161000
64.161095340.05(10.2)
pa Mpa
τπ⨯=
=⨯≤⨯⨯-
满足扭转强度要求：
421
282
100113152
d m m d m m D d m m D m m ==-≥=
500004
26.5719022(0.050.01)
MPa
σπ⨯=
=<⨯⨯
故满足拉压强度要求，因此选取15mm 孔合适。

由设计的轴承安装尺寸，可将壳体的起固定作用处的尺寸最小为ф88mm ，宽度由其受剪力计算得出。

50000
3.326
0.08854.310b mm
π=
=⨯⨯⨯
故端盖宽度为4mm 。

由于箱体固定用螺栓有马达自身带动的孔为ф14mm 。

故选用ф14的螺栓与螺钉进行联结。

经校核ф14能满足使用要求。

2）轴承的调心性：
由于外壳孔和轴的加工与安装误差，以及受载后轴的扭曲变形，轴和内外圈轴线在工作中不可能保持重合，会产生一定的偏斜。

轴线的偏斜将引起轴承内部接触应力的不均匀分布，造成轴承的早期失效。

轴承能够自动补偿轴和外壳孔中心线的相对偏斜。

从而保证轴承正常工作状态的能力称为轴承的的调心性。

调心球轴承和调心滚子轴承具有良好的调心性能。

外球面深沟球轴承其球面外径与外壳孔的凹球面相配合，调心范围重大。

2.2 轴承润滑与配合
2.2.1 润滑的作用
1） 润滑的作用
运转过程中，轴承内部各元件间，均存在不同程度的相对滑动。

从而导致摩擦发
热和元件的磨损。

因此工作中必须对轴承进行可靠的润滑。

2）润滑剂的选择：
选择润滑剂时应考虑的因素有：
①. 轴承的工作温度
各种润滑剂都有其各自适于工作的温度范围。

过高的工作温度会使润滑剂的黏度降低，润滑效果变差，以至完全失效。

②. 轴承的工作载荷
润滑油的黏度是随压力的变化而变化的。

当轴承受载荷增大时，润滑区的压力增加，黏度降低。

从而导致油膜厚度减薄，甚至破裂，因此，轴承工作载荷越大，所选润滑油的黏度也越大。

③. 轴承的工作转速
工作中轴承的转速越高，内部摩擦发热量越大。

为了控制轴承的温升，通常对轴承的内径和转速加以限制。

2）轴承的配合：
滚动轴承内圈与轴的配合采用基孔制，外圈与外壳孔的配合采用基轴制。

与一般的圆柱面不同，由于内外径的上偏差均为零，故在配合种类相同的条件下，内圈与轴颈的配合较紧，外圈与外壳孔配合较松。

3 导轨的设计
按运动学原理所谓导轨就是将运动构件约束到只有一个自由度的装置。

这一个自由度可以是直线运动或者是回转运动。

3.1概述
3.1.1导轨的分类和设计要求
1）导轨的分类
导轨按结构特点和摩擦特性划分，可分为滑动导轨、塑料导轨、镶钢、镶金属导轨、滚动导轨、动压导轨和静压导轨。

本次设计的非开挖型钻机的导轨选用的是普通的滑动导轨，因其结构简单，使用维修方便。

且其广泛应用于冶金、工业设备。

2）导轨的设计要求
⑴、几何精度就是通常所说的导向精度，即运动的直线度和回转精度。

⑵、运动精度包括两个方面：一是运动的平稳性，二是定位精确。

⑶、具有足够的承载能力和刚度，使用寿命长。

⑷、结构简单，工艺性好，便于调整和维修。

⑸、具有良好的润滑和防护装置。

3.1.2 导轨的设计程序和内容
1)根据工作条件，负荷特点，确定导轨的类型，截面开关和结构尺寸。

2)进行导轨的力学计算，选择导轨的材料，表面精加工和热处理方法以及摩擦
面硬度匹配。

3)设计滑动导轨的配合间隙和预加负荷高速机构。

4)设计导轨的润滑系统及防护装置。

5)制定导轨的精度和技术条件。

3.2 滑动导轨
3.2.1 滑动导轨截面形状、特点及应用
滑动导轨有直线滑动导轨和圆运动滑动导轨。

非开挖钻机的滑动导轨采用直线滑动导轨。

且直线滑动导轨的截面形状有V型导轨、矩形导轨、燕尾形导轨和圆柱导轨。

本设计的非开挖钻机的导轨的截面形状采用矩形导轨中的凸形导轨。

这种导轨的主要特点是制造简单，承载能力大，不能自动补偿磨损，必须用镶条调整间隙，导向精度低，需要良好的防护。

主要用于载荷较大的机械或组合导轨。

3.2.2 导轨间隙调整装置
1）导轨间隙调整装置的设计要求
①. 导轨间隙调整装置，广泛采用镶条和压板，结构形式很多。

②. 调整方便，保护刚性，接触良好。

③. 镶条一般应放在受力较小的一侧，如要求调整后中心位置不变，可在导轨两
侧各放一根镶条。

④. 导轨长度较长（>1200mm）时，可以采用两根镶条在两端调节。

使结合面加工
方便，接触良好。

2）镶条、压板尺寸系列：
1）、矩形导轨压板，压板螺钉直径小，当压板厚度h>16mm时，d=(0.7～0.8)h,h<16mm时，d=h。

2）、压板长度，当压板受力较大或导轨工作长度较短时，压板长度等于导轨长度。

当压板受力不大，或导轨工作长度较长时，只需在运动部件的两端或中间装短压板，其长度可以取为导轨长度的1/3或1/4。

镶条，压板上可以开适当的油槽保证有足够的润滑油。

3.2.3 导轨的材料与热处理
1）导轨材料的要求和匹配
用于导轨的材料应具有良好的耐磨性，摩擦系数小和动静摩擦系数小，加工和使用时产生的内应力小，尺寸稳定性好等特性。

导轨副应尽量由不同材料组成，如果选用相同材料也应采用不同的热处理或不同的硬度。

通常动导轨（短导轨）用较软耐磨性低的材料，固定导轨（长导轨）用较硬和耐磨性高的材料制造，材料匹配对耐磨性的影响见下表：
表3-1 导轨材料匹配及相对寿命
注：导轨材料前边为动导轨，后边为固定导轨。

2）导轨材料和热处理
机床滑动导轨常用材料主要是灰铸铁和耐磨铸铁。

灰铸铁通常以HT200或HT300做固定导轨；以HT150或HT200做动导轨。

非开挖钻机的导轨长度大于1200 mm，故此钻机导轨选用固定导轨。

其材料主要用灰铸铁和耐磨铸铁。

以灰铸铁作为材料的导轨有一定的硬度要求，其具体内容见下表，以导轨长度作为分界点。

表3-2 灰铸铁导轨的硬度要求
根据设计的需要，非开挖钻机的导轨长度应取小于2500 mm，导轨铸件的质量应取小于3t。

即它的硬度要求不低于190，不高于201。

3）耐磨性
常用耐磨铸铁与普通铸铁耐磨性比较见下表：
表3-3 常用耐磨铸铁
4）常用导轨的淬火方法
①. 高、中频淬火，淬硬层深度为1～2mm，硬度为（45～50）HRC。

②. 电接触加热自冷表面淬火，淬硬层深度为（0.2～0.25）mm，显微硬度为6000Hm
左右。

这种淬火方法主要用于大型铸件导轨。

4 机架的设计
4.1 机架
4.1.1 机架的定义、用途
机架零件主要用于安装机器的动力发生装置、传动部分、工作部分和其他机构，使它们能够保证一定的相互运动关系和力的传递条件。

机架零件大体上确定了整个机架的外部条件、尺寸和布局；它的构造取决于所安装零件的相互位置和运动特征。

机架零件的重量一般占机器总重量中相当大的比例（在机床中约占70~90%）;因此，机架的总重量取决于整台机器中机架零件的形状、尺寸和材料的选择是否正确。

可以说，机器的工作能力取决于这台机器中主要机器零件的强度、刚度、制造精度和寿命。

4.1.2 机架的设计过程
1）初步确定机架的基本尺寸和形状，本设计的非开挖型钻机的箱体为矩形。

2）根据机架的受载情况选择合理的截面形状。

由于设计的非开挖型钻机的机架同时承受着变曲和压力的作用，故选用平常的空心矩形截面。

这种截面有较好的抗扭的综合性能，外部内部便于安装和固定其它零件；其外部为垂直相交的平面，使人视觉感觉良好。

此外，现代化的机器设备逐渐以焊接代替铸造，矩形截面的机架更便于焊接；工艺性好也是采用矩形空心截面的原因。

4.1.3机架的壁厚设计
本设计中的非开挖钻机采用焊接的箱体。

1）.焊接机架壁厚的确定
①.焊接机架的最小壁厚应大于3mm，箱体截面的宽度比一般应小于80~100，以
避免机架的屈曲和颠振动。