机械毕业设计653非开挖水平定向钻机顶进回拖系统结构设计计算说明书
非开挖钻机说明书
非开挖钻机使用说明书（参考）一、系统使用的注意事项1、启动系统之前水罐内一定要加满水，无水情况下禁止启动系统。
2、加入膨润土一定要缓慢加入，以免堵塞管路。
3、泥浆罐在运输及使用过程中不能接触尖锐以及有腐蚀性的东西，不能用重物冲击泥浆罐。
1．概述GBS—28L型非开挖导向铺管钻机由全液压铺管钻机和ZX-3型泥浆自吸搅拌系统组成。
钻机所有部件(包括液压泵站﹑给进机构﹑动力头﹑钻架﹑滑轨、夹持机构、泥浆泵等)均安装在钢制履带底盘上；泥浆自吸搅拌系统与钻机相对独立，主要部件日产本田汽油机、浓浆自吸泵﹑喷射泵、进料漏斗、聚乙烯泥浆罐等组装在滑橇上，施工时，以长胶管将泥浆搅拌系统与主机的泥浆泵联接起来。
2特点及用途2.1本钻机除具有机动性能好﹑传动可靠﹑结构紧凑﹑整体性强、外形美观等优点以外，还具有如下特点：(1)扭矩大，能够适应恶劣工况工程施工；(2)采用油缸—链条行程倍增式给进形式，运行平稳；(3)采用夹持器和卸扣机构，实现机械拧卸钻具，减轻了劳动强度；(4)前夹持器对中良好，可延长钻杆丝扣的使用寿命，导向套内的刮泥板能方便地清除钻杆表面的泥水；(5) 动力头设有卸扣自行浮动机构，以减少对钻杆丝扣的磨损，操作简单可靠；(6) 动力头回转为无级变速，可以在零到最大速度范围内任意调节；(7) 钻机钻孔角度调节范围大，便于满足不同施工条件；(8) 操纵台实现集中控制，操作简单灵活；2.2 钻机适合于第四纪覆盖地层的工程施工，可在粘土﹑亚粘土﹑粉砂土﹑回填土﹑流砂层及含少量砾石层等地层中工作。
具体用途如下：(1) 非开挖穿越公路﹑铁路﹑机场﹑跑道﹑河流﹑鱼塘和建筑物等，铺设￠625mm(含￠625mm)以下的所有直径规格的钢管和PVC 及PE管等；(2) 长距离管棚支护；(3) 水平降水井工程；(4) 环境保护﹑垃圾场防渗处理等；3钻机基本参数3.1钻孔直径:导向孔直径(mm) ：￠120最大反扩孔直径(mm)：￠7003.2钻具：导向孔钻头(mm) ：￠120最大扩孔钻头(mm)：￠529钻杆(mm) ：￠73X40003.3钻架角度调节(度) ：10°~18°3.4外形尺寸(运输状态)长x宽x高(mm ) ：6620x1960x23203.5总质量(T) ：9.24 主要部件技术参数4.1动力型号：EQ6BTA5.9-G发动机功率（kW）：132 转速(r/min)：2500 4.2动力头行程(mm)：4240输出转速(rpm)：0~120输出扭矩（N.m）：0～80004.3给进机构给进速度(m/s)：0.23回拉速度(m/s)：0.14额定给进力(kN)：180额定回拉力(kN)：2804.4液压油泵：型号：A4V112+P257-40+P257-32+P257-20CBK1025+CBK10164.5 回转液压马达型号：INM2—400名称：径向柱塞式液压马达排量(ml/r) ：425额定压力(MPa)：25额定转速(rpm)：1-6004.6 行走液压马达(2台)型号：GM09N名称：行走马达排量(ml/r)：36.3额定压力(MPa)：25.05 主要部件结构及其作用（见图1）5.1 履带底盘履带底盘由钢制履带、驱动轮、导向轮、承重轮、底盘和2台液压马达（含内藏式减速机）组成。
水平定向钻管道穿越回拖力计算公式的比较分析
水平定向钻管道穿越回拖力计算公式的比较分析杨先亢;遆仲森;马保松;韦立勇;兰海涛【摘要】回拖力计算是采用水平定向钻进技术(HDD)进行管道铺设工程设计的一项重要内容,也是选择钻机和管材的主要依据.在实际施工中,水平定向钻穿越回拖力计算方法很多,且计算结果相差也比较大,常常使工程设计人员无从选择.针对这一问题,文章选取了<油气输送管道穿越工程施工规范>、<给水排水管道工程施工及验收规范>、美国燃气管道研究会的计算方法和美国材料试验学会ASTM法这4个目前国内外常用的回拖力计算公式,并结合3个具有代表性的工程实例,对4个公式的计算结果及应用环境进行比较分析,得出的结论可供HDD工程设计人员借鉴参考.【期刊名称】《石油工程建设》【年(卷),期】2011(037)001【总页数】5页(P1-5)【关键词】水平定向钻;回拖力;管道穿越【作者】杨先亢;遆仲森;马保松;韦立勇;兰海涛【作者单位】中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉,430074;中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉,430074;中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉,430074;中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉,430074;中国地质大学(武汉)工程学院,湖北武汉,430074【正文语种】中文【中图分类】TE973.4水平定向钻进技术的施工过程一般可以分为三个阶段，即钻先导孔、扩孔和管道回拖[1-2]。
其中管道的回拖阶段需要选择适当的管材和壁厚来承受安装时的荷载，设计人员要预先确定安装荷载并确保管道尺寸能够承受这些载荷，施工单位也要根据他们提出的计算方法来预测回拖力并施工安装管道。
另外，回拖力还是水平定向钻钻机选择的主要参数，回拖力的计算是管道穿越工程首要解决的问题之一。
穿越管段在回拖过程中的受力非常复杂。
目前普遍认为管道在回拖过程中主要受到以下5种阻力：一是穿越管道与孔壁间的摩擦阻力；二是管道和地表之间的摩擦阻力；三是绞盘效应力，源于沿弯曲钻孔轨迹拖拉管道产生的递增承载压力；四是流体阻力；五是弯曲时由管道刚度产生的阻力[1]。
水平定向钻穿越回拖力计算公式.xls
注：黄色部分内容按工程实际情况填写，蓝色部分为自动计算。
(T) (T) (T) (T) T,可以满足工程需要。
距离 L2 （m）
1025.68 距离 L2 L3 （m）
220.12
f1（孔外） （0.1～0.3）
0.3
f2（孔内） （0.1～0.3）
0.40
定向钻穿越回拖力的计算，对于正确选用钻机至关重要。以下计算的条件是孔内充满泥浆，孔壁保持完好。（管材为钢管）
根据美国奥格公司提供的计算方法如下：计算时在设计曲线上取有代表性的4个点，计算在各点的使管线向前运动所需的拉力.
=
28.89
(T)
当管线回拖到第2点时，管线的深度为
20.00 管线产生的净浮力计算如下：
F静浮
=
（W-F浮）
×
H
×
ρ
=
4.75
(T)
未拖入管线段产生的摩擦阻力计算如下:
F未
=
W
× （L2+L3） ×
f1
=
119.07
(T)
则有在第2点产生的总回拖力计算如下
F2
=
F2－1
+
F静浮
+
F未
=
152.71
穿越长度 L（m）
1500
管径D （mm）
定向钻回拖力的计算
813
壁厚 （mm）
16.0
入土角 (α)
10
出土角 (β)
6
管道埋深H （m）
20.0
曲率半径R （m）
1219.50
1#点至2#
2#点至3#点
3#点至4#点
摩擦系数
摩擦系数
入土点标高 （m）
非开挖水平定向钻施工作业指导书（经典干货）
⾮开挖⽔平定向钻施⼯作业指导书（经典⼲货）第X节⾮开挖⽔平定向钻施⼯作业指导书⼀、编制⽬的明确⾮开挖⽔平定向钻牵引管道施⼯作业的具体规定、施⼯要点和相应的⼯艺、标准，指导、规范⾮开挖⽔平定向钻管道施⼯。
⼆、编制依据《⽔平定向钻管道穿越⼯程技术规范》(CECS 382：2014)三、适⽤范围适⽤于各⽔平定向钻管道穿越施⼯作业。
（本节主要介绍PE管拖拉）四、作业准备4.1 内业准备4.1.1施⼯前，熟悉施⼯图纸，并进⾏技术交底。
4.1.2施⼯前进⾏职⼯安全教育和交底。
4.2 外业准备4.2.1项⽬经理部应组织相关⼈员深⼊了解设计⽂件及要求，掌握施⼯特点及重点。
认真做好设计⽂件中的疏漏或与施⼯实际条件不适应之处的详细记录及更改建议，以便在⼯程交底时提交设计单位和建设单位解决。
有关交通配合、环境保护、市政设施拆迁及防护等问题，也应在⼯程交底时提交建设单位解决。
4.2.2施⼯前应根据施⼯需要，做如下施⼯准备：1、图纸校核：查阅⼯程施⼯地点的管线布置情况，并在现场进⾏校核，在现场找出图纸标⽰的管线；2、现场探测：利⽤地下管线探测仪器对地下管线的分布、位置、⾛向、管径进⾏调查探测；3、联系管线单位：主动联系各管线单位到现场确认和交底。
管线调查清楚以后，按照管线顶进的路线描绘地下管线和地下障碍物的布置图；4、⼯程地质和⽔⽂地质有关资料；5、⽓象资料,特别注意降⽔和冰冻资料；6、当地政府环保、职业健康安全、公⽤设施保护等⽅⾯的有关⽂件；7、⼯程⽤地情况，交通运输条件及施⼯排⽔条件；4.2.3施⼯测量的内容：（1）核对设计单位提供的永久⽔准点、控制点，建⽴临时⽔准点、轴线桩；（2）测定管道中线、附属构筑物位置，标出地⾯上定桩，核定与规划桩相应关系，并标出与管线冲突的地上、地下构筑物位置；（3）核对新建⾼程与既有⼯程衔接的位置和⾼程；（4）施⼯边线，堆⼟、堆料界限及临时⽤地范围；（5）施⼯设置的临时⽔准点、轴线桩、⾼程桩，必须经过复核后⽅可使⽤，并定期核对。
(内含CAD)水平定向钻机
(内含CAD)水平定向钻机摘要水平定向钻机（HDD)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）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的一种施工设备。
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机发展情况等方面。
主要进行了钻机的起重结构设计，包括动力方式选择、液压缸的选择，以及完整的CAD 图纸和用PROE建立随车起重机的三维模型。
关键词：水平定向钻机，起重机，液压缸，PROE建模AbstractHorizontal directional drilling machine isnot digging in the surface conditions,the laying of a variety of underground utilities(pipelines,cables,etc.)of a construction machinery.It is widely used in water supply, electricity, telecommunications, natural gas, coal gas, petroleum pipeline laying a construction equipment in the construction.This paper introduces the characteristics of horizontal directional drilling rig, through the construction process is introduced, at present domestic and foreign horizontal directional drilling rig development etc..The design of the hoisting structure of drilling rig, including power mode selection, the choice of hydraulic cylinder, as well as CAD drawings complete and use PROE to build 3D model of lorry-mounted crane.Keywords: horizontal directional drilling machine, crane, hydraulic cylinder, PROE modeling.第一章绪论1.1水平定向钻机的基本结构水平定向钻整机主要有底盘、动力头、钻架、发动机系统、钻杆自动存取装置、钻杆自动润滑装置、虎钳、瞄固装置、钻具、液压系统、电气系统、起重系统等部件组成。
水平定向钻设计计算
入土端直线段高度b1= 2.6365 m
出土角β=
10
出土端曲线段水平长度c1= 1.85248 m
出土端直线段水平长度c2= 17.229 m
出土端直线段高度d1= 3.03793 m
出土端曲线段高度d2= 0.16207 m
底部直线段长度L0=
20 m
穿越长度L= 51.6821 m
孔轨迹设计计算
二、具体计 1、塑料管
钻杆直径 8.89 mm
管道外径D1=
320地面与底部直线段高度h1=
3m
出土端地面与底部直线段高度h2=
3.2 m
曲率半径R= 10.668 m
入土角α=
15
入土端曲线段水平长度a2= 2.76108 m
入土端直线段水平长度a1= 9.83954 m
入土端曲线段高度b2= 0.3635 m
水平定向钻先导孔轨迹设计计算 1）本计算书参照《水平定向钻法 一、前说明： 管道穿越工程技术规程 CECS3822014》 2）当穿越城镇河道时，管道顶部 至规划河床应根据水流冲刷、防 止冒浆、疏浚、抛锚等要求确 定，一般不宜小于3m； 3）当穿越公路、铁路、地面建筑 物时，最小覆土深度应符合各行 业要求；当本行业标准无特殊要 求时，最小覆土厚度按表5.3.7确
大型水平定向钻穿越工程回拖方案
****定向钻穿越工程管道回拖方案编制：审核：批准：********工程有限公司****定向钻穿越项目部2015年5月12日word完美格式目录一、工程概况 (3)二、编制依据 (3)三、管道回拖前施工准备 (3)四、管道回拖 (7)五、管道回拖后作业安排 (9)六、管道回拖受阻的应急措施 (10)七、管道回拖注意事项 (10)八、需求计划 (12)九、主要安全技术措施 (14)十、管道回拖施工计划 (25)十一、管道回拖总平面图 (25)一、工程概况1、****穿越位于********与****岛南尾之间，管道采用定向钻方式穿越****与****上的鱼塘至****北端，然后以****北端为本工程定向钻入土点，采用定向钻方式，向北穿越******，进入****经济开发区境内，在****岛南尾出土。
管线穿越两岸桩号为F 之间。
定向钻穿越管道直径为Φ 3mm，材质为L485 LSAW钢管（加强级3层PE防腐），定向钻穿越入土点到出土点水平长度 .88m，管道实长 2.09m。
根据地质勘探报告分析，穿越断面地层岩性主要为粉砂和淤泥。
2、本次穿越管道预制场地借用****环岛公路其中的一条车道作为管道焊接场地，管道在公路上布置长度为2150米，在耕地上布置长度为300米，管道回拖采用垫沙袋方式进行回拖。
因大部分管道在已经投入使用的公路上预制，因此本次回拖需对公路和来往车辆进行重点防护。
3、由于****定向钻穿越断面地质状况为粉砂夹淤泥或淤泥质土，在回拖时存在塌孔、缩孔等风险，为确保回拖顺利，除在入土侧使用00吨钻机进行牵引外，在出土侧安装00吨推管机对管道进行助推，减小回拖风险。
二、编制依据1 ****管网二期工程****定向钻穿越施工图纸；2 ******定向钻穿越施工组织设计方案；3 ******定向钻穿越项目HSE计划。
三、管道回拖前施工准备1、十字路口管道焊接、防腐1.1为保证****岛环岛公路的正常通行，在前期管道焊接时，管道分两段焊接，暂时未连接去渡口方向的十字路口管道，共余5根管道及6道焊口。
水平定向钻施工组织设计方案(顶管组织设计)
根据施工图设计以及现场实际查勘的情况，在严格遵守有关技术规范的前提下，结合本公司多年的施工经验，编制依据如下：(1)、施工图设计。
(2)、施工现场实地勘察、调查资料。
(3)、国家、地方及行业现行的有关施工及验收规范(规程)。
(4)、《水平定向钻进管线铺设工程技术规范。
(5)、现行国家及地方安全生产、文明施工的规范等。
(1)、严格执行有关的施工规范和验收规定、按设计图纸施工，坚持施工技术的先进性、针对性、施工管理的科学性、有效性，做到技术先进、设备齐全、科学管理、经济实用。
(2)、定创优目标，严格执行各项施工保证措施，确保工程质量，实行安全生产、文明施工，争创安全达标，文明施工样板工程。
(3)、施工项目管理，通过对劳动、设备、材料、资金、技术、方案、时间与空间条件的优化配置，并通过自始自终对施工现场进行全过程严密监控，实施全方位动态管理，确保实现质量、工期、安全、成本及社会信誉的预期目标。
(4)、制定施工所需的劳动力、材料、施工机具、确定施工最合理的平面 布置方案。
根据前期我公司技术人员的勘察结果，确定施工土质情况。
(1)、若工程位处市区，施工前需提前办理施工车辆通行证。
(2)、施工前需要和相关部门办理好土地占用等手续，确定好出入土点、 钻机停放位置、车辆停放位置、管材预置场地。
(3)、因施工连续性需要(扩孔完成后应及时拖管，否则成孔可能因时间 过长发生坍塌)可能需夜间施工，施工中产生的噪声会影响周边居民，需提前 处理好与周围居民的关系，办理好相关必要的审批文件。
(4)、顶管时需建设单位提供本段地下管线资料， 复核地下管线的具体位 置，处理好其它管线产权单位的协调工作。
管自重为： G=pgv管在孔内所受的浮力为： F =p gv浮 泥浆 泥浆管所受的侧摩阻力为： F = (F -G ) Xf摩 浮管子回拖时的粘着力为： F =31.4XDXf1粘拖管时扩孔的阻力为： F =62.8XD扩拉管时管道随的最大拉力为： F 扩=F 摩+F 浮P-管材的屈服极限强度(兆帕)S-管材的横截面积(平方米)D-管材的外径(米) P-管的密度(千克/立方米)，所用管材的密度为1.2*1000 千克/立方米。
非开挖铺管钻机回拖力和回转扭矩的设计计算
+ $+ 3 $! * ) ' !)$ % ' ) *)" ' & #)
! & " # ! ( ' & ' & $# $" 因此得出齿轮轴输出扭矩+ + $# " # ! ( ' & 0/3 钻机回 * & % + ( 0/3! 大于所需提供的扭矩 + #d
拖能力能达到设计要求&
# ' 液压马达' ! ' 减速机' % ' 支撑座' $ ' 轴齿轮' ( ' 齿条' ) ' 箱体组件
, , & 3$+ + + " " " * % % $)!$# ' ) ! # $! 可得出主动齿轮与从动齿之间的传动比 因此!
然后根据齿轮所承受的扭矩来初定洪亮!文国君!乌效鸣!等D非开挖铺管导向孔轨迹 % 页
机智能平台将为导向轨迹的设计理论提供更多的帮助&
参考文献+
0 1 # 乌效鸣!胡 郁 乐!等D导 向 钻 进 与 非 开 挖 铺 管 技 术 0 中国地质大学出版社! N1 D武汉+ ! " " % D
8 9 : ; < : : 9 = >= > E ? F8 F : 9 >C > D6 C B ; < B C E 9 = >= LM < 9 D F D3 @ C F ; E = @ 9 >= @ 9 O = > E C B8 9 @ F ; E 9 = > C B8 @ 9 B B 9 > A N G A
非开挖定向钻进铺管钻机说明书
┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊装┊┊┊┊┊订┊┊┊┊┊线┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊┊第一章前言1.1 概述非开挖定向钻进铺管钻机是新兴起来的地下管线铺设设备，在结构上和性能上已日趋完善，并形成了品种和规格较为齐全的系列。
目前，随着城市的迅速发展，对于地下管线的铺设，从20世纪70年代开始，在西方发达国家中开始推广应用非开挖技术。
这项技术可以在少量开挖地表的条件下探测、检查、修复、更新和铺设管线等多种底下设施。
与开挖发地下管线施工相比，非开挖发具有不影响交通，不污染环境等优点，并且在许多情况下不开挖法施工周期短、成本低。
因此，它被各国政府的重视，非开挖发正以越来越快的速度，在越来越多的场合取代开挖法地下管线施工。
目前，非开挖技术施工量已占管线施工量的10%，个别地区高达40%，已经成为衡量一个国家地下管线施工科技含量高低的重要标志之一。
为了缩短与世界发达国家技术水平的差距，赶上非开挖先进技术发展的趋势，研究和开发具有自主知识产权的非开挖技术是非常紧迫和必要的。
非开挖施工技术具有以下优点：（1）不开挖路面，减少了渣土储运给城市带来的污染，提高城市建设的文明程度，避免了开挖所引起的破坏性中伏建设，节省了原材料，保护了资源，保持了良好的路面状况。
（2）不开挖路面，不影响市民的正常工作、生活，减少了市民的埋怨，提高了决策者的威望，提高了城市文明形象。
（3）不中断交通，减少了因施工而改道的车辆拥挤、堵塞，减少了尾气排放，减少了空气污染，降低了交通事故发生率，保护了国家和人民的生命财产安全。
（4）不开挖施工，使得无法开挖（河流、建筑）和不宜开挖（主干道、闹市区等）地段的铺管得以实施。
为规划、设计部门提供了技术手段，避免了管道绕行，节约了宝贵的地下空间。
（5）不损坏地下管线，保持了各类管线的正常运行，保证了各行各业正常的工作秩序近几年采用的非开挖施工方法进行地下管线施工逐年增加，所以非开挖工程市场前景将十分巨大。
这就需要有更多品种、性能更卓越的非开挖钻机的出现。
水平定向钻机操作手册
水平定向钻机操作手册简介水平定向钻机是一种能够在地下进行定向水平钻探的设备。
本操作手册目的在于提供使用该设备的操作步骤和注意事项。
操作步骤1. 设置钻机：在选择钻孔位置后，将钻机设置在钻孔位置，松开调整螺栓，调整至水平位置，如果钻机不在水平位置请重新调整，以便使钻头能正确工作，调整螺栓，将钻机冷却水管和电缆连接到钻机上各自相应的管道和接口上。
2. 安装钻头：扣在沉头的前方装有钻头的钻杆(插头一侧)，再将下一个钻杆的接头(管套一侧)插入到当前钻杆的插头(沉头一侧)中, 直到进入感到阻力，然后用扳手拧紧套管，将两片套管保持紧密联接。
逆向操作来拆卸钻杆。
安装完钻头后，可进行防滑装置的调整。
3. 连接水管：将水管制作好，然后在钻杆与钻杆之间连接上水管，开启灌水泵进行注水，以便降低摩擦和降温。
4. 启动钻机：启动钻机，将其从地下的钻孔中运送出来，直至探头悬空在孔口处，等待探头温度下降到合适的温度后，再放下钻杆以进行正式钻探。
5. 钻探操作：钻探过程中需要调整控制针，控制针与齿轮配合可在一次转钻时获得有向钻进的控制。
转完一定深度后及时使用套管固定孔壁稳定井下工作，当下套管满足不了坍塌力矩时，可向上钻进一定深度后及时套管。
6. 结束钻探：到达预定深度时，钻杆全部取出，拆卸套管，回收现场并进行清理。
注意事项1. 钻探过程中应时常注意钻头的状态，及时更换磨损严重的钻头。
2. 钻探过程中应随时注意探头温度的变化，防止过热导致钻杆变形或钻头损坏。
3. 操作时应遵循操作规程和安全操作规范，防止发生事故。
4. 在使用水源时应谨慎，防止水源变脏或污染。
5. 使用完毕后将设备存放在干燥通风的地方，切勿将设备存放在潮湿环境中。
非开挖水平定向钻机动力头装置设计
目录摘要 (I)第一章绪论 ------------------------------------------- 31.1课题研究的背景及其意义 -------------------------------------------- 41.2 国内外研究情况-------------------------------------------------------- 51.3 非开挖水平钻机的结构及工作原理-------------------------------- 61.4 课题的研究-------------------------------------------------------------- 6 第2章非开挖水平定向钻机动力头装置设计的方案------ 82.1动力头现阶段情况 ----------------------------------------------------- 82.2 动力头方案对比与选择----------------------------------------------- 9 第3章非开挖水平定向钻机动力头装置参数的确定 ------- 133.1最大回拖力 ------------------------------------------------------------ 133.2最大回转扭矩 --------------------------------------------------------- 133.3动力头零部件选型与设计 ------------------------------------------ 15 第4章动力头的三维建模--------------------------------------------- 284.1 动力头的三维建模-------------------------------------------------- 294.2 动力头传动运动仿真现象 (28)第5章总结 ------------------------------------------- 33参考文献:---------------------------------------------- 34非开挖水平定向钻机动力头装置设计摘要非开挖水平定向钻机是完成地下管线铺设和修复的重要机械装置之一，在加大城市化建设的过程中起着不可替代的作用。
水平定向钻进中管线施工回拖力的参数研究
１２
非 开挖技术 Ｃｈｉｎａ Ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ
２０１６年 ２月
ｌｌｌｌ洲ｌｌｌｌｌｌ秘洲Ｉ塑丛ｌｌｌＩＩＩＩＩ￣１１１１一
蹁
图 １ ＨＤＤ５４项 工 程 实 际 回 拖 力 与理 论计 算 结 果 的对 比
回拖力的计算方法基于国际 （管道研究理事会 ＰＲＣＩ）（Ｊ．Ｄ．Ｈａｉｒ合伙人 ，２００８）６被行业广泛接受，因 为它合并 了著名 的静态和动态的概念并且把 它们 应用到 ＨＤＤ的设计中。管道施工所需 的总拉力由 抵抗管道直线运动的合力和井 眼的曲线段计算得
到 。ＰＲＣＩ给随 着 管道 被 依 次 拖 拽通 过 它 们 时 钻 进 路径的不同部分提出了方程 。
ＨＤＤ的项 目设计 是 非 常重 要 的，特别 是 对 于较 大规模项 目，项 目执行中的任何耽搁可能导致一个 经济噩梦 ，高效 的设计通过按 时交付项 目可能会完 成 可 观 的资 金节 约 。本文 呈 现 了对 超 过 ５Ｏ个项 目 的预测 和实 际测 量 的 回拖力 对 比的结 果 。
关键词 ：水平定 向钻进、参数 、对比研 究
１ 介绍
ＨＤＤ方 法有 三个 基本 阶段 ：先 导 孔，预扩 孔 和 回 拖 。在 回拖阶段，管道施工受制于各种复杂组合力。 在 ＨＤＤ项 目的 设 计 阶段 准 确 估 计 回拖 力 是 必 要 的 ，以选择适 当大小 的产 品管 和钻机 。当 ＨＤＤ钻 机 有能力成功拖拽管线时 ，产品管道应当被设计有足 够 的力 以避免在施工过程 中受到损坏。
水平定向钻穿越回拖力计算公式.xls
出土点
4#点
3#点
埋深
2#点
泥浆密度 ρ 1.05
出土点
1#点
每米管线的重量W(kg)
318.59
每米管线悬浮在泥浆中产生的浮力 F浮(kg)
544.80
1)在第1点时
F1
=
W
×
L
×
f
=
2)在第2点，也就是管线回拖到第一个转折点，其计算如下：
143.37
(T)
F2－1
=
（W-F浮）
×
L1
×
(f2cosβ+sinβ)
距离 L2 （m）
1025.68 距离 L2 L3 （m）
220.12
f1（孔外） （0.1～0.3）
0.3
f2（孔内） （0.1～0.3）
0.40
定向钻穿越回拖力的计算，对于正确选用钻机至关重要。以下计算的条件是孔内充满泥浆，孔壁保持完好。（管材为钢管）
根据美国奥格公司提供的计算方法如下：计算时在设计曲线上取有代表性的4个点，计算在各点的使管线向前运动所需的拉力.
F3-4
=
（W-F浮）
×
L3
×
(f2cosα-sinα)
则有在第4点产生的总回拖力计算如下:
F4
=
F2－1
+
F2-3
+
F3-4
=
结论：以上的计算过程中得出，四个 点中第
2
点处的回拖力最大为 152.71
F未
=
=
21.04
147.48
10.97 132.66
T，根据理论计算，钻机的回拖力大于 152.71
(T)
3)在第3点，管线经过水平段后，到达第二个折点，其计算如下：
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毕业设计说明书题目：非开挖水平定向钻机顶进回拖系统结构设计专业：机械设计制造及其自动化学号：姓名：指导教师：完成日期： 2014.5.27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 DesignAbstract:This thesis puts forward a solution using the gear rack driveby 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 (13)3.1减速箱齿轮组设计计算 (13)3.1.1传动比分配 (13)3.1.2 齿轮传动设计计算 (13)3.1.3减速齿轮组结果汇总 (15)3.2按齿根弯曲疲劳强度校核 (17)3.2.1计算弯曲疲劳许用应力 (17)3.2.2校核计算 (17)第四章齿轮齿条设计计算与校核 (19)4.1齿轮齿条设计计算 (20)4.2 设计计算结果汇总 (22)第五章轴的设计计算及校核 (24)5.1轴的设计计算 (24)5.2 轴的校核 (26)5.3轴承的校核 (27)第六章辅助部件的设计计算 (29)6.1螺栓的设计 (29)6.1.1螺栓的主要作用 (29)6.1.2螺栓的设计计算及校核 (29)6.2 润滑 (31)总结 33参考文献 (34)翻译 35第一章绪论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。
图1.1液压油缸直推式进给机构示意图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。
图1.2液压油缸倍速进给机构示意图1.1.2 马达-链条进给方式马达-链条回拖式一般由一对低速大功率液压马达驱动一对减速器，由减速器驱动链轮链条，由链轮链条向动力头提供进给回拖力，其结构如下图1.3所示。
该机构回拖进给行程不受限制，能提供足够的进给力，工作速度快，工作平稳，结构紧凑，成本适中。
但马达排量和体积都增大了。
图1-3液压马达-链条进给机构示意图1.1.3 液压马达-齿轮齿条进给式液压马达－齿轮齿条回拖式：通过一组或多组液压马达驱动齿轮，与固定于机架的的齿条做相对运动来实现动力头的进给回拖动作,其结构如下图1.4所示。
这种结构承载能力强，不受进给长度限制，但液压马达布置在动力头或动力头托架上，因此动力头结构复杂，尺寸大，适用于大吨位的钻机。
图1.4液压马达-齿轮齿条进给机构示意图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。
美国凯斯公司是发展水平定向钻较晚的公司，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。
另外还有美国的AUGERS公司、INGERSOLL-RAND公司、德国的FLOWTEX、HUTTE公司、英国的POWERMOLE、STEVE VICK公司、瑞士的TERRA公司、加拿大的UTILX公司和意大利的TECNIWELL公司等。
目前国外HDD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的可靠工作；高强度整体式钻杆以及钻进和回拖钻具；快速锚固定位装置；先进的电子导向发射和接收系统。
总之，国外HDD产品规格齐全，自动化程度高，结构紧凑，地层适应性强，均为履带底盘驱动，机动性能好，设计体现以人为本的设计理念，功能齐全。
回拖力50～700kN，扭矩 1 200～40 000Nm，性能指标覆盖范围大，功率匹配合理、可靠，技术水平含量高，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。
目前国外HDD的发展朝着大型化、微型化、硬岩作业、机械自动化（含自备式锚固系统、钻杆自动堆放与提取、钻杆连接自动润滑、防触电系统等自动化作业功能）、超深度导向监控等趋势发展。
1.2.2国内HDD的现状目前我国HDD产品整体的水平相对落后，HDD的技术发展历程主要经历了3个阶段。
第一阶段为技术引进期。
即80年代中期至90年代中期，我国的HDD产业有了一定的基础和发展，建立了自己的设计、研制基地，并开发出一定数量和规格的HDD。
第二阶段为研发期。
即90年代中期以后，原地矿部、建设部、冶金部等一些相关单位，在一些小型HDD的自主研发方面取得了一些突破和可喜的成绩，主要产品有中国地质科学院勘探技术研究所生产的GBS-5、GBS-8、GBS-10拖式非开挖定向钻机、GBS-12、GBS-20、GBS-40自行走非开挖定向钻机。
连云港黄海机械厂与首钢地质勘察院共同开发了FDP-12、FDP-15水平定向钻等,北京派普莱非开挖技术有限公司开发了DDW80、DDW100、DDW180水平定向钻,这两家生产的均是拖式非开挖钻机。