（完稿）非开挖水平定向钻机顶进回拖系统结构设计（CAD全套）

国内的现状目前我国产品整体的水平相对落后，的技术发展历程主要经历了个阶段。

第阶段为技术引进期。

即年代中期至年代中期，我国的产业有了定的基础和发展，建立了自己的设计研制基地，并开发出定数量和规格的。

第二阶段为研发期。

即年代中期以后，原地矿部建设部冶金部等些相关单位，在些小型的自主研发方面取得了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拖式非开挖定向钻机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水平定向钻等，北京派普莱非开挖技术有限公司开发了水平定向钻，这两家生产的均是拖式非开挖钻机。

这些水平定向钻整机技术性能尚无法与外国产品抗衡，但价格低廉，在国内占有定的市场。

虽然这时期国内水平定向钻的产品已是液压控制，但其自动化程度较低，辅助工作时间较长，工作效率低，且钻杆采用磨擦焊结构，焊缝处经常断裂，出现严重的施工质量事故，影响了施工单位的经济效益。

第三阶段为发展期与进口期，即“十五”期间国内大中小的系列产品有了很大发展。

如中联重科深圳钻通廊坊诺地北京土行孙南京地龙连云港黄海等公司，其钻机回拖力般在以内，控制系统为液控，自动化程度较低，生产效率低，人员劳动强度高，绝大部分型号为拖式。

中联重科公司产品型号为，回拖力。

我国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。

国外的现状起始于世纪年代末期，随着技术与装备的不断改进和完善，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开挖，水平，定向，钻机，顶进回拖，系统，结构设计，毕业设计，全套，图纸，下载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，提出了种利用齿轮齿条传动的解决方案，并详细设计了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第章绪论.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液压油缸进给方式马达链条进给方式液压马达齿轮齿条进给式.非开挖水平定向钻机国内外现状国外的现状国内的现状.本论文研究的主要内容和特色.本论文研究的意义及主要关键技术指标意义关键技术指标第二章总体方案及动力头导轨设计计算.总体方案设计整体方案内容设计方案特点.动力头与导轨的设计计算.电动机选型电动机选型设计计算电动机型号及技术参数第三章减速箱齿轮组设计计算.减速箱齿轮组设计计算传动比分配齿轮传动设计计算减速齿轮组结果汇总.按齿根弯曲疲劳强度校核计算弯曲疲劳许用应力校核计算第四章齿轮齿条设计计算与校核.齿轮齿条设计计算.设计计算结果汇总第五章轴的设计计算及校核.轴的设计计算.轴的校核.轴承的校核第六章辅助部件的设计计算.螺栓的设计螺栓的主要作用螺栓的设计计算及校核.润滑总结参考文献第章绪论.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。

液压油缸进给方式油缸直推式进给方式该方式采用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.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.液压油缸直推式进给机构示意图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.所示。

动力头的行程与进给回拖速度是油缸的倍，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半，传动环节较多，油缸拆卸不便。

图.液压油缸倍速进给机构示意图马达链条进给方式马达链条回拖式般由对低速大功率液压马达驱动对减速器，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.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。

图液压马达链条进给机构示意图液压马达齿轮齿条进给式液压马达齿轮齿条回拖式通过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.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.液压马达齿轮齿条进给机构示意图.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。

非开挖行业作为项新兴产业，在我国方兴未艾。

水平定向钻机，简称是广泛使用的种非开挖产品，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。

国外的现状起始于世纪年代末期，随着技术与装备的不断改进和完善，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，目前国外大约有多家制造商，典型生产厂家有公司威猛公司凯斯公司等。

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。

其中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。

美国公司生产的系列种型号分别为，其中凯斯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。

另外还有美国的公司公司德国的公司英国的公司瑞士的公司加拿大的公司和意大利的公司等。

目前国外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，扭矩，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。

国内的现状目前我国产品整体的水平相对落后，的技术发展历程主要经历了个阶段。

第阶段为技术引进期。

即年代中期至年代中期，我国的产业有了定的基础和发展，建立了自己的设计研制基地，并开发出定数量和规格的。

第二阶段为研发期。

即年代中期以后，原地矿部建设部冶金部等些相关单位，在些小型的自主研发方面取得了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拖式非开挖定向钻机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水平定向钻等，北京派普莱非开挖技术有限公司开发了水平定向钻，这两家生产的均是拖式非开挖钻机。

这些水平定向钻整机技术性能尚无法与外国产品抗衡，但价格低廉，在国内占有定的市场。

虽然这时期国内水平定向钻的产品已是液压控制，但其自动化程度较低，辅助工作时间较长，工作效率低，且钻杆采用磨擦焊结构，焊缝处经常断裂，出现严重的施工质量事故，影响了施工单位的经济效益。

第三阶段为发展期与进口期，即“十五”期间国内大中小的系列产品有了很大发展。

如中联重科深圳钻通廊坊诺地北京土行孙南京地龙连云港黄海等公司，其钻机回拖力般在以内，控制系统为液控，自动化程度较低，生产效率低，人员劳动强度高，绝大部分型号为拖式。

中联重科公司产品型号为，回拖力。

该公司的产品在国内硬岩施工工程中占有定的地位。

廊坊华元机电的产品型号为，回拖力在。

徐工科技等水平定向钻产品是在参考国外多种同类产品的基础上，采用了机电液集成的控制电液比例控制防触电报警等世界流技术，进行综合开发的系列产品。

据调查，年度国内新增接近台，国产钻机的市场占有率已提高到，其中新增大型钻机回拖力大于台，其中台为进口设备。

年，国内新增加约台，目前国外公司的产品正大量涌入我国市场，主要有美国的凯斯公司公司威猛公司等，年，我国进口约台。

.本论文研究的主要内容和特色本论文主要进行非开挖定向钻机顶进回拖系统结构设计计算，顶进回拖机构结构的不同，对进给回拖力的影响相当大，水平钻机中常用的顶进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顶进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。

图.齿轮齿条传动原理图通过采用如图.所示的齿轮齿条的新型传动方式设计非开挖水平定向钻机的顶进回拖系统，改善水平定向钻机顶进回拖时的动态性能，优化结构。

因为齿轮齿条结构简单，所能传递的功率高，技术成熟，成本低，可以得到广泛的应用。

.本论文研究的意义及主要关键技术指标意义随着国家基础建设的投入持续增长，尤其是批国家重点项目的陆续启动，将对工程钻机技术要求更高。

齿轮组计算结果汇总表序号名称代号计算公式计算结果模数取标准值分度圆压力角取标准值齿顶高系数取标准值径向间隙系数取标准值分度圆直径中心距齿顶高齿根高.按齿根弯曲疲劳强度校核根据齿根弯曲疲劳强度校核公式.校核齿轮式中为载荷作用于齿顶时的应力校正系数，通过查机械设计手册表得齿形系数，通过查机械设计手册表得，载荷系数，齿宽，小齿轮圆周力，。

计算弯曲疲劳许用应力由机械设计手册查得小齿轮弯曲疲劳强度极限，大齿轮弯弯曲疲劳强度极限由机械设计手册图查得弯曲疲劳寿命系数，计算弯曲强度许用应力取弯曲疲劳安全系数，由机械设计手册式得取较小值，即。

校核计算将参数代入公式得故满足设计要求。

第四章齿轮齿条设计计算与校核齿轮齿条传动是非开挖水平定向钻机顶进回拖系统结构的核心传动部件，将电动机输出的转矩转变成齿条的直线位移，实现电动机驱动的水平定向钻机的顶进回拖功能。

齿轮齿条传动设计技术成熟传动精度高传递的功率大速度较高适宜大批量生产，能够满足本设计功能需求。

齿轮齿条设计计算参数如下表.所示表.齿轮齿条设计参数名称计算公式参数输入转速最大推拉速度输入转矩输入功率.齿轮齿条传动原理如下图.所示图.齿轮齿条传动原理图其啮合线与齿轮的基圆相切，由于齿条的基圆为无穷大，所以啮合线与齿条基圆的切点在无穷远处。

齿轮与齿条啮合时，不论是否标准安装齿轮与齿条标准安装即为齿轮的分度圆与齿条的分度圆相切，其啮合角恒等于齿轮分度圆压力角，也等于齿条的齿形角齿轮的节圆也恒与分度圆重合。

只是在非标准安装时，齿条的节线与分度线不再重合。

齿轮与齿条正确啮合条件是基圆齿距相等，齿条的基圆齿距是其两相邻齿廓同侧直线的垂直距离，即。

齿轮与齿条