机械毕业设计-非开挖水平定向钻机动力头装置设计（含CAD图纸+1.4万字说明书+外文翻译）

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机械毕业设计-非开挖水平定向钻机动力头装置设计（含CAD图纸）文件目录：
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非开挖水平定向钻机动力头装置设计.doc
封面.doc


目录
摘 要 ........................................................................................I
第一章 绪论 1
1.1课题研究的背景及其意义 1
1.2 国内外研究情况 2
1.3 非开挖水平钻机的结构及工作原理 3
1.4 课题的研究 3
第2章 非开挖水平定向钻机动力头装置设计的方案 5
2.1动力头现阶段情况 5
2.2 动力头方案对比与选择 6
第3章 非开挖水平定向钻机动力头装置参数的确定 10
3.1最大回拖力 10
3.2最大回转扭矩 10
3.3动力头零部件选型与设计 12
第4章 动力头的三维建模 25
4.1 动力头的三维建模 26
4.2 动力头传动运动仿真现象........................................................28
第5章 总结 30
参考文献: 31

1.3 非开挖水平钻机的结构及工作原理
非开挖水平钻机其整机主要由动力头、底盘、钻架、发电机系统、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、电气系统及泥浆系统等部件组成。动力头是非开挖水平定向钻机的核心部件，其可靠性及质量的好坏将直接影响整机的正常使用，是实现回转钻进和泥浆输送的部件。动力头能够产生驱动钻杆钻头回转，承受钻进、扩孔、回拖过程的反力。
非开挖水平钻机的工作原理：由动力源提供的动力驱动液压泵，经液压泵带动马达，马达驱动钻头旋转钻机，接着通过连续加长钻杆在地下形成导向孔，导向孔形成后将扩孔钻头安装在钻杆上进行多次扩孔，随后将管线安装在钻杆前部进行管线的回拖，完成管道铺设[7]。
1.4 课题的研究
本课题来源于湖南省自科省市联合基金会项目“非开挖水平定向钻机变型产品关键部件的快速设计及疲劳寿命分析”。本文以研究非开挖水平钻机动力头为来体现该课题的一部分内容。具体做法如下：
（1） 通过介绍非开挖水平钻机研究背景、意义及现阶段国内外的发展水平，来明确做该课题的意义。
（2） 通过对动力头类型的介绍和各种型号的对比，分析出不同结构的动力头的优缺点，选出自己运用的动力头内部结构。
（3） 采用传统的计算方法，对动力头内部结构的设计及强度校核，分析该结构的合理性。
（4） 通过三维建模与运动仿真，对动力头的结构进行设计分析。
（5） 对该次设计做出总结，提出改进的方法。
2.2.1 动力头回转系统
动力头回转系统决定了动力头的最大回转扭矩，同时也决定了水平定向钻机的扩孔能力大小[16]。其传动方式主要有链传动和齿轮传动。链传动结构简单，成本低，但是链条磨损快、输出扭矩小、平衡性差。然而相对于链传动，齿轮传动的优点是输出扭矩大、寿面长、平衡性好等，因此在动力头回转系统中，绝大多数商家都采用了齿轮传动[17]。
目前，国内外的动力头回转系统采用齿轮传动的驱动方式主要有以下三种：（1）液压马达直接驱动 这种方式通常采用的是通孔式低速大扭矩液压马达直接与主轴相连接，泥浆直接经由马达的通孔输入。此种驱动方式结构简单、传动效率高，但中间无液力转换机构，受液压马达型号的限制，仅局限在用于小型钻机中。如GBS—10型钻机，驱动方式如图2.4所示。
（2）液压马达经齿轮减速箱减速驱动 这种方式通常选用低速大扭矩液压马达经齿轮减速箱将动力传递到主轴。根据回转扭矩的需要可以由一个、两个、三个、甚至四个液压马达驱动。所选液压马达的布置很灵活，可以布置在齿轮箱的同侧分布、异侧对称分布、也可以绕输出轴成扇形或环形的布置。回转器设置一级齿轮减速箱以改善液压马达的输出特性，增加了输出扭矩。此种驱动方式应用非常普遍，市场占有率很大，如国产的XZ280，驱动连接方式如图2.5所示。
（3）液压马达经减速机和齿轮箱减速驱动 这种方式采用一个或多个高速液压马达与减速机相连接后经减速箱将动力传递到主轴，减速机选用行星齿轮减速机，一般为一级减速箱。此种驱动方式能够提供较宽的转速范围，但是整体结构较大，能力传递环节多，效率不高。HT—58L就是采用了这种驱动方式的，驱动连接方式如图2.6所示。
经过动力头回转系统的三种驱动方式的优缺点对比，并且结合现在市场的需求能力，我选用动力头回转系统为齿轮传动里面的液压马达经齿轮减速箱减速驱动的方式。
然而不同的液压马达在减速箱上的布置将会产生不同的效果。单液压马达放置在齿轮减速箱前端或后端，如图2.7所示，这种形式一般适用在所需回转扭矩较小的情况下；双液压马达对称布置在齿轮减速箱两侧，如图2.8所示，这种方式两个液压马达同轴驱动主动齿轮，传动扭矩大，同步性高，且由于齿轮箱在动力头设备的宽度方向可以保持一个较小的结构尺寸，对于动力头宽度结构尺寸的设计要求更容易满足，但对主动齿轮的强度要求高；液压马达在减速箱上同侧并排放置，如图2.9 所示，使用这种方式动力头的结构紧凑，且两个液压马达各自有主动齿轮，对主动齿轮的强度要求有所减低，但是两个对于安装精度要求高，在进行总体设计时要考虑到总宽度不要超出设计要求；四液压马达对称布置在减速箱的两侧，这种分布方式结合了双液压马达同侧和异侧布置马达的优点，且给动力头提供了充足的动力，因此选用四液压马达对称分布在减速箱两侧的齿轮传动的动力头驱动系统，如图2.10所示。