非开挖水平定向钻机顶进回拖系统结构设计

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 Design

Abstract: This thesis puts forward a solution using the gear rack drive by 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。