(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

Abstract

Horizontal directional drilling machine is not 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。如图1-1

1---瞄固装置2---导向卸扣夹持器3---钻杆4---驾驶室5----随车吊车

6---机箱（发动机）7---底盘、履带8---可移动式回转器9---进给回拉马达10---防护套

图1-1三一重工SD360水平定向钻机外貌图

1.2水平定向钻机的应用和分类

水平定向钻机铺管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、施工精度高、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，在十几年间也获得了飞速发展，成为发达国家中新兴的产业。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、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、应用范围广等特征发展。该种设备一般适用于管径φ300~φ1200mm 的钢管、PE 管，最大铺管长度可达1500m ，适应于软土到硬岩多种土壤条件，应用前景广阔。

]

1[

按照水平定向钻机所提供的推拉力和扭矩的大小，可以将定向钻机分为小型、中型、大型三大类。各类钻机的主要性能参数和应用范围见表1.1

]

32[、

表1.1 各种钻机的性能参数

设计参数：最大回拖力：33kN 动力头最大扭矩：1.5kN.m 动力头转速：0~120r/min 钻杆直径/长度：60mm/3m 由表1可知，该水平定向钻机属于小型钻机，许多该类机配有柴油机发动机，液压驱动系统等，其中起重系统暂时不普及。小型钻机适合口径50-350mm 的管线铺设作业，铺管长度最大300m 。

1.3水平定向钻机的工作原理

水平定向钻机的底孔钻进类似于其他类型的钻孔。都是由一定的动力系统提供钻孔过程推进或回拖的动力，然后通过相应的传动机构把动力传到钻头上。由钻头将不同岩层破碎并在相应的岩层里钻出底孔，最后根据施工方钻孔设计要求用扩孔钻头将孔扩到所需要的尺

分类

参数

小型

中型

大型

推拉力（KN ）

< 100 100-450 >450 扭矩（KN ·M ） < 3 3-30 >30 功率（KW ）

< 100

100-180 >180 钻杆长度（M ） 1.5-3.0 3.0-9.0 9.0-12.0 铺管直径（mm) 50-350 350-600 600-1200 铺管长度（M ） < 300 300-600 600-1500 铺管深度（M)

< 6

6-15

>15

寸。在达到设计尺寸后进行管线回拖，将所需要铺设的管线拖进孔中，完成管道铺设口。

1.4课题提出的背景

随着我国国民经济的高速发展和政府对环境的日益重视，自20世纪90年代以来，我国非开挖的工程施工量和投入的设备数量均以每年40%的高速度增长。非开挖技术在我国已形成了一个新兴产业，引起了各级政府和环境部门的高度重视。我国极具潜力的非开挖技术市场也吸引了大批国际非开挖设备制造商。在中国管道建设大发展的21世纪，非开挖技术将具有十分广阔的应用前景，经济效益和社会效益也非常巨大。[7]

现代工程的施工量越来越大，工期要求也越来越严格，操作人员的体力也有所加大，因此在施工过程中，提高作业效率，减轻操作人员的劳动强度，就显得尤为重要。无论群众或者政府机关对现代的公共基础设施施工的效率以及施工过程中对环境的影响越来越重要，因此设备的自动化程度越高、效率越高、适应范围越广是水平定向钻机的发展方向。其中小型水平定向钻机在原始机构上设计一个随车起重系统的重要性越来越明显。

1.5 课题目的和主要研究内容

本课题是在小型水平定向钻机的基础上所做的进一步研究，在小型水平定向钻机的原始结构上安装一个适合的随车起重系统。就目前国内外市场上具有随车起重系统的一般是重型级，而小型没配置随车起重系统。其实按照水平定向钻机销售的情况而已，小型水平定向钻机使用大大超过大型水平定向钻机的使用，但是小型水平定向钻机由于本身的结构和重量的限制，没有设计起重系统。可是根据现实的情况来说，设计小型级的起重系统使用越来越重要，市场也越来越需求。其目的有二：一是加快施工效率、减少施工周期、对施工周围居民的日常生活和对周围环境的影响；二是减少操作人员的劳动强度，以及操作人员的人身安全。

本课题主要进行了对小型水平定向钻机起重系统的研究，对起重系统的结构设计。具体内容有起重系统的起升机构、回转机构、变幅机构和伸缩机构的选择、设计以及计算，应用Pro/e建立随车起重系统的三维模型。