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1、目录Abstract II第一章 文献综述 11.1 非开挖水平定向钻机简介 11.2 非开挖钻机国内外发展概况及发展趋势 11.2.1 非开挖钻机国内外发展概况 11.2.2 非开挖钻机发展趋势 2第二章 泥土输送装置设计方案 32.1 输送装置简介 32.2 输送装置方案 32.3 带式输送机简介 42.4 带式输送机布置方式 5第三章 带式输送机设计选型 63.1 原始数据 63.2 输送带速度选择 63.3 输送带宽度计算 63.4 功率计算 73.5 最大张力计算 83.6 输送带层数计算 93.7 驱动装置选型 93.8 分配各级传动比、各轴功率计算 103.9 托辊选型 113.
2、10 其他部件选型 11第四章 减速器设计 124.1 齿轮设计计算 124.2 轴设计计算 164.3 轴的校核 194.4 轴承的选择及校核计算 214.5 键的选择及校核计算 224.6 联轴器选择 234.7 减速器箱体设计 234.8 减速器润滑密封 24第五章 带传动设计 255.1 确定计算功率 255.2 选择带型号 255.3 选取带轮基准直径 255.4 确定轴间距和带的基准长度 255.5 验算小带轮包角 265.6 确定 v 带根数 z265.7 计算初拉力 265.8 计算作用在轴上的压轴力 265.9 V 带轮的结构设计26第六章 快速接头选型 286.1 快速接头
3、简介 286.2 快速接头选型 29第七章 总结 303132附录I:翻译原文错误！未定义书签。附录II:翻译错误！未定义书签。参考文献 致谢非开挖水平定向钻机泥土输送装置设计摘要： 通过分析非开挖钻机泥土输送装置国内外研究现状，应用和具体的检测方法，经过查阅 相关资料、讨论，拟定采用分节带式输送机实现该功能，带式输送机为电机驱动，通过一级齿轮减 速箱和V带传动将动力传输到滚筒，滚动转动带动皮带运输泥土。本文的设计思路主要是先计算出 带式输送机的运输量及阻力，对带式输送机相关设备进行选型，通过阻力计算选择电机型号，再设 计减速箱、V带传动以及快速接头。最后对关键部件进行校核，通过校核计算得到了
4、该机构的零件 选型与零件加工尺寸，并验证了方案的可行性。通过Auto CAD出图，最终完成设计说明书的书写和 外文翻译。关键字：非开挖水平钻机；泥土输送；减速器；带式输送机Trenchless horizontal directional drilling mud conveying designAbstract: Through the analysis of trenchless rig mud conveyer domestic and foreign research present situation, application and specific detection metho
5、d, through access to relevant data, discussion and formulate the function is realized by using sectional belt conveyor, belt conveyor for motor drive, through a gear reducer and V belt driving power transmission to the roller, roller rotation drive belt transporting soil. Design idea of this article
6、 is mainly to calculate the volume and resistance of belt conveyor, the selection of belt conveyor equipment, choose motor model, through the calculation of resistance to design reducer, V belt transmission and fast connection. Finally, the key components, this article got the agency by checking cal
7、culation of the selection of the components and parts processing size, and verify the feasibility of the scheme. Through the AutoCAD drawing, the final design specification writing and foreign language translation.Key words: Trenchless horizontal drilling; Soil transport; gear reducer; belt conveyor
8、第一章 文献综述1.1 非开挖水平定向钻机简介水平定向钻机是不开挖表面的时候，建设地下公用设施的一种机器，水平定向钻 进技术将石油的定向钻进技术与传统管线施工方法结合在一起，具有施工快、精度高 成本低等优点1。广泛运用于供水、电力、电讯、天然气、煤气、石油等铺设管线施工 中，可以适用沙土、粘土、卵石等各种地况，在我们国家的大部分非硬质岩地区都可 以施工。工作温度为-15C+45C。一般来说适用于铺设直径管道3001200 mm的钢管 及PE管，最大铺管的长度甚至可以达到1500 m左右。使用水平定向钻机进行管线铺 设施工，一般分为两个阶段：第一阶段按照设计好的曲线钻一个导向孔；第二阶段将 导向
9、孔扩大孔径，并把管线沿扩大的导向孔回拖到导向孔中从而完成整个管线的铺设 工作。水平定向钻机主要是由钻机系统、控向系统、动力系统、泥浆系统、钻具及辅 助机具组成。他们的功能分别是：钻机系统为穿越的设备钻进工作以及回拖工作的主 体控向系统为通过计算机检测并且控制钻头在地下具体位置和其它的参数，引导钻头 正确的钻进的方向性的工具；动力系统是由液压动力源和发电机组成的动力源为钻机 系统提供高压的液压油作为钻机的动力。泥浆系统是为钻机系统提供适合钻机的工况 的泥浆。钻具及辅助的机具为钻进中钻孔和扩孔时使用的机具2。1.2 非开挖钻机国内外发展概况及发展趋势1.2.1 非开挖钻机国内外发展概况非开挖的水平
10、钻机是 20 世纪 80 年代在发达国家兴起的，随着控制和通讯技术的 快速发展，非开挖水平钻机的整体性能已经十分完美。因为非开挖水平钻机是地下工 作的所以必须要求它有较高的稳定性和可靠性。钻杆的顶进和回拖都采用的是一体化 技术用先进的无缆或者有缆式的导向仪引导。同时机器也必须具有长时间和不间断的 作业的能力2。行业主要生产厂家有美国的 Ditch Witch、VERMEER、AUGERS、Case 公司；德国 TT、FLX、HUTTE 公司；加拿大 UTILX 公司；意大利 TECNIWELL 公 司；加拿大UTILX公司；英国POWERMOLE、STEVE VICK公司；瑞士 TERRA公司
11、国内主要有中国科学院勘探技术研究生产的 GBS-10、GBS-8、GBS-5 拖式非开挖 钻机和 GBS-40、GBS-20、GBS-12 自动行走式的非开挖钻机。徐工集团生产 ZD1245 等系列非开挖水平钻采用进口的涡轮增压柴油发动机为钻机提供动力，国际的液压元 器件的厂商为它提供配套的设备，整机性能可靠而稳定3。有独立的液压驱动的顶进回 拖、旋转和泥浆输送功率供给更加充足，双速驱动的动力头，进一步的提高机器生产 的效率，自动装卸钻杆的装置很先进，有线控制可以操控机器的单独的行走。另外， 北京土行孙公司开发生产的 DDW80、DDW200 等定向钻；连云港黄海机械厂与首钢地 址勘察院共同开
12、发的 FDP-15 及 FDP-12 水平定向钻；深圳钻通公司生产的 ZT20、 ZT1 ZT10 水平定向钻中联重科的 KSD25 水平定向钻是收购了英国保路捷公司推出的 新产品，采用分体式的结构，用户可以选配空压机和泥浆系统得以实现干湿两用4。水平定向钻按提供的推拉力、扭矩大小分为小、中、大型三大类。各类钻机性能 参数应用范围见表 1.1。表 1.1 水平定向钻机参数分类大型中型小型推拉力(KN)450100-450303-30V3功率(KW) 180100-180100钻杆长度(m)9.0-12.03.0-9.01.5-3铺管直径(mm)600-1200350-60050-350铺管长度
13、(m)600-1500300-600 156-1561.2.2 非开挖钻机发展趋势水平定向钻设备在十几年时间内得到了飞速的发展，成为发达国家新兴产业。目 前它的发展朝着大型化、微型化、自备锚固系统、钻杆自动堆放提取、钻杆连接初自 动润滑防触电等自动化功能、适应硬岩作业、超深度导向、应用范围大等特征发展3。第二章 泥土输送装置设计方案2.1 输送装置简介输送装置按照工作的原理主要可以分为两类：机械输送以及气流输送。机械输送 设备主要有：管链输送机、皮带输送机、滚筒输送机、斗式提升机、螺旋输送机以及 板链斗式提升机等。气流输送装置主要有：负压真空输送、正压稀相输送、正压稀相 闭路输送、旋转阀密相输
14、送、密相动压气力输送、密相高压发送罐输送方式等。钻机 泥土输送常采用的有螺旋输送和皮带输送方式。2.2输送装置方案钻机泥土输送常采用螺旋输送和皮带输送装置。下面对这两种方案进行对比并选 择。皮带输送机的性能特点：输送带是根据摩擦传动的原理运动，具有输送量很大输 送距离很远、输送稳定，物料和输送带之间没有相对的运动，噪音较小，维修较方便 能量消耗少且结构简单、部件标准等优点5。螺旋输送机（又称绞龙）。其整体结构与内部结构由头节中间节、尾节和驱动部分 构成。螺旋输送机具有结构简单、占地少、方便多点装料、设备很容易密封以及能多 点卸料、管理和操作相对简单等优点。常用于水平或小于 20倾斜方向输送各种
15、各样 的粉状和粒状物料，如水泥、矿渣、生料和煤粉等。螺旋输送机的缺点主要是运行阻 力很大，相比其他输送机来说动力消耗更大，机件磨损很快，维修量较大。不适宜于 输送粘性较大、容易结块、粒状块大、磨琢大的物料，被输送的物料温度一般要低于 200度。而且一般用于中小输送量以及输送距离小于50 m的场合。考虑到本文研究的是非开挖水平定向钻机的泥土输送装置，因此需要输送的是粘 性较大的泥土，而螺旋输送装置不能够很好的输送粘性较大的物料，因此在本课题中 皮带输送机更能够满足工作条件的要求。本次课题拟定采用皮带输送机来实现钻机的 泥土输送。钻机钻进过程中钻杆慢慢的深入地下，皮带输送机随着钻杆一起进入，因 此皮带输送机应该与钻杆配套，尺寸也应该相当，所以采用分节式皮带输送机，相邻 两节之间运用快速接头连接。考虑到每一节皮带输送装置的设计参数一样，因此取一节进行设计计算即可。本 次设计主要内容为：带式输送机设计选型以及减速器设计。 其中带式输送机设计主要为输送机的布置的形式，驱动的方式，输送带的选型， 拉紧装置的设计，清扫装置的设计等，以设计出合
