非开挖机水平定向钻机地盘行走系统设计【含CAD图纸+PROE三维】

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Keyword: HDD；driving wheel；drag sprocket 目 录摘要1Abstract2第一章 引言51.1、非开挖技术简介51.2 非开挖水平定向钻进铺管技术的优势和应用61.3 非开挖水平定向钻进施工方法的发展现状71.4 非开挖水平定向钻机的基本结构8第二章 结构参数计算92.1履带链轨节节距t与履带板宽度92.2驱动轮节圆直径Dq92.3导向轮工作面直径Dd92.4拖链轮踏面直径Dt92.5支重轮踏面直径Dz102.6链轨节数n、拖链轮数量10第三章 性能参数计算113.1行驶速度V113.2爬坡能力113.3接地比压123.4最大牵引力13第四章 履带设计144.1履带介绍144.2履带结构和作用154.2.1链轨节设计154.2.2履带板设计164.2.3锁紧销轴和销轴设计174.2.4锁紧销套和销套设计184.3履带装配设计19第五章 驱动轮设计21第六章 拖链轮设计236.1拖链轮的工作原理236.2拖链轮的结构236.3拖链轮技术要求246.3.1一般要求246.3.2热处理质量要求246.3.3外观与装配质量要求246.3.4使用寿命要求256.4拖链轮的组成零件设计256.4.1拖链轮设计总概256.4.2拖链轮轴结构设计256.4.3拖链轮体结构设计266.4.3拖链轮盖结构设计27第七章 设计小结与体会29参考文献30 摘 要水平定向钻机是指在不开挖地表表面的条件下，铺设多种地下公用设施（管道、电缆等）的一种施工机械。本文介绍了非开挖水平定向钻机履带、驱动轮、拖链轮的结构形式及组成，并对其做了结构尺寸设计，给出了驱动轮、拖链轮装配图和各主要零件的零件图。关键词：水平定向钻机是；驱动轮；拖链轮AbstractHorizontal directional drilling refers to the condition of the surface of the ground without excavation, laying a variety of underground utilities (pipelines, cables, etc.) of a construction machinery. This article describes the trenchless horizontal directional drilling crawler, wheel, drag chain structure form and composition, and its design make the structure size, given the driving wheel, drag sprocket assembly drawing and parts diagram of the major components . Keyword: HDD；driving wheel；drag sprocket 目 录摘要1Abstract2第一章 引言51.1、非开挖技术简介51.2 非开挖水平定向钻进铺管技术的优势和应用61.3 非开挖水平定向钻进施工方法的发展现状71.4 非开挖水平定向钻机的基本结构8第二章 结构参数计算92.1履带链轨节节距t与履带板宽度92.2驱动轮节圆直径Dq92.3导向轮工作面直径Dd92.4拖链轮踏面直径Dt92.5支重轮踏面直径Dz102.6链轨节数n、拖链轮数量10第三章 性能参数计算113.1行驶速度V113.2爬坡能力113.3接地比压123.4最大牵引力13第四章 履带设计144.1履带介绍144.2履带结构和作用154.2.1链轨节设计154.2.2履带板设计164.2.3锁紧销轴和销轴设计174.2.4锁紧销套和销套设计184.3履带装配设计19第五章 驱动轮设计21第六章 拖链轮设计236.1拖链轮的工作原理236.2拖链轮的结构236.3拖链轮技术要求246.3.1一般要求246.3.2热处理质量要求246.3.3外观与装配质量要求246.3.4使用寿命要求256.4拖链轮的组成零件设计256.4.1拖链轮设计总概256.4.2拖链轮轴结构设计256.4.3拖链轮体结构设计266.4.3拖链轮盖结构设计27第七章 设计小结与体会29参考文献3042第一章 引言1.1、非开挖技术简介非开技术是指利用少开挖或不开挖的方法对地下管线、管道进行铺设、维修、更换或者探测的一门施工技术。非开挖施工应用了定向钻进技术的原理，极大地降低了地下管线施工对交通、环境、基础设施、居民生活工作等造成的影响，成为现代城市技术设施施工、建设、管理的一个重要组成部分。非开挖施工开始于1896年的美国，兴起于上世纪80年代发达国家并形成产业，我国于1953年首次在北京应用非开挖技术施工，上世纪90年代开始起步，近年来发展迅速。目前在石油天然气、城市给排水、煤气供应、电力、通讯、供热等管道铺设与维护领域得到了广泛应用。非开挖水平顶钻机的工作原理和施工程序主要分为下面三个步骤：1、钻头、钻杆钻进固定设备后，按照设定的角度，在动力头的作用下，钻头带动钻杆旋转前进，并在导向仪的控制下，按照施工要求的深度和长度进行钻进，穿过地面障碍物后，穿出地面。在钻进的过程中，为防止钻杆被土层夹紧、抱死，需要由泥浆泵通过钻杆、钻头打出膨化水泥或泥浆，同时也起到固化通道，防止管道塌陷的作用。图1.1 钻杆钻进示意图2、回扩头回扩在钻头带着钻杆穿出地面后，卸掉钻头，将回扩头于钻杆安装固定，动力头回拖，钻杆带着回扩头反向回拖，扩大管道直径尺寸。图1.2 回扩示意图3、管道回拖在回扩头回拖的同时，将管道固定在回扩头后，动力头拖动钻杆，带着回扩头和管道同时进行反向回拖运动，直至将管道拖出地面，完成管道铺设施工。图1.3 管线回拖示意图1.2 非开挖水平定向钻进铺管技术的优势和应用非开挖水平定向钻进铺管技术始于二十世纪七十年代,随着社会的进步和经济的发展,随着城市市容的不断改善和交通、建筑保护意识的不断提高,传统的开挖铺设地下管线的施工方式越来越不能适应社会发展和人们对市容市貌的要求,同时,随着地下工程建设和应用的日益广泛,开挖方式越来越表现出很大的局限性和明显的不足之处,非开挖定向钻进铺管技术是在不开挖地表或尽量少开挖地表的情况下,采用非开挖水平定向钻机将管线埋入地下的一种方法技术。它具有不影响交通、不破坏环境、施工周期短、对周围居民正常生活影响小,社会效益高等等的优点,同时,还可以在开挖施工无法进行或不允许开挖的场地(如穿越河流、湖泊、重要交通干线、重要古迹等)进行施工。非开挖技术可广泛应用各种地下管线,如通信、电力、煤气、供水、天然气、排水等地下管道的铺设施工,在大多数情况下,尤其是在繁华市区或地下管线埋设较深时,非开挖方法是一种很好的管道施工方法,在特殊情况下,如穿越河流、铁路、公路等,非开挖定向钻进施工方法更是一种首选的施工方式。1.3 非开挖水平定向钻进施工方法的发展现状非开挖水平定向钻进铺管技术在国外的发展较早,非开挖技术的推广和应用己经趋于成熟,在其发展初期,即形成了一场地下管线施工的技术变革,并以其独特的市场优势和广阔的市场发展前景得到了极大的重视,使得这项技术成为企业参与,政府支持,社会关注的一个新的应用技术行业,成为发达国家的一个新兴的产业和技术。我国的非开挖定向钻进铺管技术起步较晚,对非开挖技术设备的研制开发还未形成较大规模,在二十世纪90年代初,非开挖技术刚刚引进国内,在一段时间内并未引起企业及政府的重视,到了二十世纪90年代末,随着我国信息产业的迅猛发展和地下管线建设的规模不断扩大,非开挖定向钻进铺管技术才引起各界的重视,特别在我国大中城市的闹市区,开挖所带来的影响及干扰已越来越弓起社会和政府的重视,非开挖定向钻进铺管技术的优越性得到了很好的体现,从而使得这一技术在短短几年内得到了迅猛发展。国家和地方行业协会的建立,各地政府的大力提倡和政策引导,使得这一技术得到迅速的普及推广,非开挖施工企业以几何倍数急聚膨胀,仅以上海地区来说,95年仅有一家企业引进一台非开挖定向钻机,由于市场意识及社会环境等的原因,至99年只在很小范围内完成了几段非开挖工程,自99年开始,随着非开挖技术在上海信息港建设中的使用和推广,仅仅在五年的时间内,上海现有的专业从事非开挖水平定向钻进铺管技术的企业已达100多家,各类定向钻进铺管设备200多台套。上海市区内的主要交通路段及过河的地下管线铺设已基本实现非开挖,非开挖工程在市区内地下管线施工的约占有量已达到整个管线铺设量的10%。随着非开挖定向钻进铺管技术的发展和推广应用,非开挖施工技术也得到了长足的进步和提高。同时,由于这一技术的起步晚,发展迅猛,非开挖定向钻进铺管技术的行业管理和技术规范还很不成熟,又因这一技术从表面看来主要是非开挖水平定向钻机设备,对具体的施工技术没有引起足够的重视,对这一施工方法的风险及安全性没有足够的认识,使得当前的非开挖市场规范管理的难度很大,各企业之间施工的技术水平差距很大,使这一施工方法始终存在着较大的安全隐患和对后续地下资源空间管理和利用的极大浪费。由于大多数非开挖企业不具备前期物探的能力和对原有地下管线的保护意识,对地下资源空间的合理利用方面更是不加考虑,同时由于行业规范的不完善及在企业内的推广和应用的不广泛,使得非开挖企业在施工时的随意性很大,甚或没有最基本的反映非开挖管道走向及埋深、位置等的技术资料,无法获悉非开挖管道的准确位置及埋深等的情况,地下空间在完成一次非开挖后无法再利用。造成极大的地下资源空间浪费。1.4 非开挖水平定向钻机的基本结构无论是大型还是中小型水平定向钻机, 其基本结构都包括主机、钻具、导向系统、泥浆系统，有的还配备智能辅助系统。我们设计的JF380非开挖水平定向钻机设计思路为中端产品，故未配备智能辅助系统。 第二章 结构参数计算2.1履带链轨节节距t与履带板宽度非开挖水平定向钻机已采用标准链轨节化履带链轨节节距t， 如101、125、135、154和216mm等多种。可按经验公式选取tt (1517.5)G式中 G整机质量(kg)。将G=12000 kg带入公式以后，计算t在209231之间，根据国标，取t=216mm。确定链轨节节距t 后，就可以根据t 计算四轮一带的有关参数。履带板宽度b：可根据链轨节距t和非开挖水平定向钻机履带国标来确定标准履带宽b。在某些土壤条件下，应采用加宽履带板以提高挖掘机的附着牵引性能和通过性。根据给出的国标履带宽与整机质量关系的数据统计结果，选择履带宽为450mm。2.2驱动轮节圆直径Dq 式中t履带节距 Z驱动轮齿数。将参数代入上式可得Dq =868.55mm。2.3导向轮工作面直径Dd将（1）中求的Dq代入得 Dd=694.84781.69mm ；取整数的Dd=780mm.2.4拖链轮踏面直径Dt 上式中t=216mm，从而求得Dt172.8216mm，取216mm。2.5支重轮踏面直径Dz 上式中t=216mm，从而求得Dz172.8216mm，取200mm。2.6链轨节数n、拖链轮数量n=+式中 A履带的中心距,A=1600mm； Z驱动轮的齿数，Z=30； t履带的节距，t=216mm；将数据代入公式中，计算出结果圆整后得到n=34。为减小摩擦损失，拖链轮的数目不宜过多，因此确定拖链轮取为每侧1个。第三章 性能参数计算3.1行驶速度VVmax=4.4km/h Vmin=2.4km/h（行驶速度参照SY75C-9）3.2爬坡能力履带行走装置一个显著特点就是爬坡能大，一般为50%80%。由于小挖掘机爬坡度与整机质量关系的数据统计结果（见图3.1），明显可以看出坡度多取或，即爬坡能力为58%或70%。图3.1 爬坡度与整机质量关系初步确定爬坡能力后，可通过理论分析进行核算来选定。挖掘机爬坡是需要克服下列几种阻力即：a.挖掘机自重在斜坡方向的分力式中 G挖掘机的自重（N）； 坡度角 。b.运行阻力 c.履带的内阻力则最大牵引力应不小于这些阻力之和，即此外还应满足挖掘机在爬坡不打滑的条件，即式中履带与地面的附着系数，见下表表3.1 履带与地面的附着系数路面土质混泥土干粘土压实粘土干沙土坚实土路0.450.900.700.300.90路面土质冰湿粘土压实雪地湿沙土松散土路0.120.700.250.500.60从上表中选取，即松散土路，求得挖掘机的最大爬坡能力。3.3接地比压履带式挖掘机的承载能力大小取决于机器运行的通过性和工作的稳定性。若挖掘机的两条履带与土壤表面完全解触，并且挖掘机重心近似地位于支承面中心，则有：或 式中 履带平均接地比压（Pa）； 挖掘机工作质量（kg）；重力加速度（m/s2）；履带接地长度（m）；履带宽度（m）；履带高度（m）。 平均接地比压是履带式非开挖水平定向钻机的一个重要指标，可以用来与同类型号产品作比较，主要根据地面条件、外形尺寸等进行合理选取。在设计挖掘机时，在结构允许的范围内，尽量取小值，依据挖掘机平均接地比压与整机的质量关系的数据统计结果（下图），可以看出平均接地比压多集中在30103pa上下。图3.2 平均接地比压与整机质量关系L=2195mm（参照SY75C-9），结合上面公式即可得出接地比压=33.485103Pa.3.4最大牵引力履带行走装置的牵引力必须大于或等于个阻力之和，小于或等于履带对地面的附着力，一般情况下，履带行走装置爬坡不与转弯同时进行，只考虑挖掘机在最大设计爬坡能力的情况下确定的最大牵引力，不再考虑转弯阻力，而且行驶速度低，运行空气阻力忽略不计，则履带行走装置的最大牵引路T计算公式为：式中 Tf履带行走装置的滚动阻力； Tt履带行走装置坡道阻力； 履带行走装置的滚动阻力系数，见下表； 最大设计坡度角； G为整机重力。表3.2 滚动阻力系数f路面土质混泥土冻结冰雪地坚实土路松散土路泥泞地滚动阻力系数0.050.030.040.070.100.100.15根据此式可以得出最大牵引力=25990N.第四章 履带设计4.1履带介绍目前在我国履带的种类大概为三种，分别为：整体式履带，组合式履带，和橡胶履带。（1） 整体式履带整体式履带式在履带上代齿和齿，直接与驱动轮齿合。履带板本身即为支重轮等轮子的滚动轨道，履带板之间用销轴连接，这种履带一般在大型挖掘机和履带式起重机上应用较多。整体式履带的履带板大多数为铸造履带板。起特点是制造方便，拆装容易。（2） 组合式履带板组合式履带板由：链轨节，履带板，销轴，销套等组成。链轨和履带用螺栓连接。起特点是使用寿命高，履带节距小，绕转性好，不会因为履带板损坏，销套开裂或连接螺栓剪断而终止行走。此外，组合式履带零部件通用化程度高，制造成本低，维修方便，维修成本低。缺点是连接螺栓容易折断。组合式履带的履带板有3中形式：三筋式，二筋式和一筋式。工程钻机目前主要使用三筋式履带板。（3）橡胶式履带橡胶式履带的特点是噪音低，震动小，不损坏路面，接地比压小，速度快，重量轻。他主要应用在经常在城市施工和经常在公路上行走的设备。近几年在国内工程机械，农林机械，筑路机械，工程钻机方面得到了广泛的运用。如小型挖掘机，农机，小型钻机等。起缺点是维修成本高，一但履带损坏需要跟换整条履带。因此使用橡胶式履带设备时应特别注意。从以上履带几种形式来看，本设计设计为6T挖掘机，从各方面来看，如工作环境，成本，寿命考虑。此次设计选用组合式履带设计。 在组合式履带当中存在很的零部件，如链轨节，履带板，销轴，销套等。各个零部件的配合尺寸比较多，而且尺寸相对较多，在设计中一定要注意各个配合尺寸以及定位尺寸。在设计中一定要参考GB/T 57-1999中个零部件的尺寸。认真了解各个零部件的作用以及零部件的配合。履带式底盘行驶系系由行驶装置，悬架，机架组成，底盘一般包括履带，引导轮，驱动轮，机架，支重轮，拖链轮等装置组成。履带式用于将机械重力传给地面，比保证机械发出足够驱动力的装置。履带经常在泥水，凹凸地面，石质土壤中工作，条件恶劣，受力情况复杂，极易磨损。因此，除了要求他有良好的附着性能外，还要要求它有足够的强度，刚度和耐密性。但是，履带在工作中的状态变化较多，为了减少冲击，质量应该尽可能轻些。根据查阅资料非开挖水平定向钻机履带节距为216mm，参考中华人民共和国机械行业标准JB/T 57-1999，分析标准中给出的图，得知履带主要包括履带板，锁紧销套，锁紧销轴，销垫，销套，销轴，左链轨节，右链轨节以及一些标准件，参考此图，并参考相关标准，设计出非开挖水平定向钻机的履带。根据上面的一些相关数据以及查阅JB/T 57-1999即可把此次的履带的设计的一些性能参数以及各零件的基本尺寸设计出来。4.2履带结构和作用履带式用于将机械重力传给地面，比保证机械发出足够驱动力的装置。履带经常在泥水，凹凸地面，石质土壤中工作，条件恶劣，受力情况复杂，极易磨损。因此，除了要求他有良好的附着性能外，还要要求它有足够的强度，刚度和耐密性。但是，履带在工作中的状态变化较多，为了减少冲击，质量应该尽可能轻些。4.2.1链轨节设计图4.1 右链轨节二维图图4.2左链轨节二维图 履带链轨节分为左右2节，2节的基本尺寸一样。上图4.1和图4.2分别为履带链轨节的左右2个链轨.根据GB/T 57-1999 可知道2中心螺孔的距离为51，高度差为13.两轴孔的距离及为履带的节距216.知道履带节距然后通过查阅GB/T 57-1999从而可以把链轨节的一些基本定位尺寸给确定.左右2个链轨通过锁紧销轴和销轴连接，从而形成一个履带连. 链轨节一般采用40Mn2H材料制成。在制作过程中链轨节不得有裂痕，需要用磁粉探伤方法去检测.密封槽各表面粗糙度为3.2。4.2.2履带板设计图4.3 履带板二维图 图4.4 履带板三维图履带板主要是把挖机的重力传给地面. 履带板经常在泥水，凹凸地面，石质土壤中工作，条件恶劣，受力情况复杂，极易磨损。因此，除了要求他有良好的附着性能外，还要要求它有足够的强度，刚度和耐密性。图4.3、4.4为履带板的样式图.在结构参数中我们已经得知履带板的宽度为400，查阅GB/T 57-1999可以得知2螺孔的距离分别为97和123.2对螺孔的高度差为51.两个螺孔的深度为10 ，履带板总高为28. 在制作过程中履带板不得有裂痕，需要用磁粉探伤方法去检测.而且履带板的强度，硬度要打到规定要求.4.2.3锁紧销轴和销轴设计图4.5 锁紧销轴二维图图4.6 销轴二维图 锁紧销轴和销轴样式基本要符合图4.5、4.6、图4.5为锁紧销轴，图4.6为销轴.锁紧销轴和销轴是用来左右2链轨节，同时也是连接前后两链轨节的重要连接键。根据履带板的宽度以及查阅GB/T57-1999可以确定锁紧销轴和销轴的长度都为167，两轴的直径都为30.锁紧销轴和销轴是连接的重要连接键，2轴均不能有裂痕，需要用磁粉探伤检测。而且2轴的端脚不能有飞边和毛刺.4.2.4锁紧销套和销套设计 图4.7锁紧销套二维图图4.8销套二维图锁紧销套和销套是用来更好固定锁紧销轴和销轴的零件。更达到了一种密封作用，防止机械在工作中各种杂质进入.图4.7为锁紧销套示意图，图4.8为销套示意图。查阅GB/T57-1999可以得知锁紧销套的长度为102，外圆直径为44，内圆直径为30.销套的长度为119，外圆直径为44，内圆直径为30.在制造中2销套的端脚不得有飞边和毛刺。 4.3履带装配设计图4.9 履带装配图把个零件装配到一起，加入标准件，完成设计，履带的装配简图见图4.9。根据JB/T 57-1999中，在外观与装配质量上有几点要求，详见下：1 履带总成应按经规定程序批准的图样与技术文件进行制造，并应符合本标准的要求。2 履带总成的所有零件的材质性能应符合有关标准的规定。3 履带总成的标准件、配套件应符合有关的标准规定。4 履带总成涂漆应均匀、平整；外观应光洁、美观，不允许有裂纹。5 销轴两端的装配伸出量应在1.5mm 以内。6 两链节之间转动平面侧隙应在1.51mm 以内。7 链节装配后的直线度为每10 节4mm，全长8mm。8 选用螺栓的拧紧力矩应按图样要求。9 履带总成正向弯曲角不小于28，反向弯曲不小于7。10 履带总成应转动灵活，不得有卡死与干涉现象。11 履带总成的使用寿命，在土方工况下不小于3000h，在石方工况下不小于800h。第五章 驱动轮设计驱动轮中心的高度应有利于降低整机的重心高度，其直径尺寸应有利于增加履带的接地长度，但在决定上述两个尺寸时，还需综合考虑整机的离地间隙和离去角的值。履带推土机的离去角值一般不超过25。在履带推土机等工程机械上，多数是把驱动轮布置在后方。驱动轮前置或者后置，主要依据所选定的发动机安装位置来决定。试验表明，使用前置驱动轮时，滚动阻力比使用后置驱动轮时要大50%。这是因为完全张紧的履带必须绕过后置引导轮，致使履带销和轮齿处的摩擦损耗增大，其优点是，上部履带张紧容易防止履带发生共振现象，履带在与驱动轮啮合前的长度增大也便于排除泥土，从而减少履带跳齿的可能性。驱动轮的形状决定于它同履带的啮合形式。一般分为整体式履带啮合的驱动轮和组合式啮合的驱动轮。驱动轮有整体铸造齿圈和轮毂、分开铸造以及分段铸造三种。后两种形式一般采用螺栓固定，磨损后修复方便也可以节约钢材。但与整体式比较制造较为复杂。本次设计中采用的是组合式啮合的驱动轮。驱动轮的轮齿工作面要承受销套反作用力的弯曲压应力，轮齿与销套之间存在磨料磨损，齿面节圆处磨损后，机器继续行走，就会产生跳齿和冲击性磨损。所以驱动轮选择有较高的淬透性和较高的热敏感性的材料制成。以提高使用寿命。目前已采用50Mn和35SiMn钢来代替35和45钢。轮齿的热处理为中频淬火，低温回火，硬度HRC5558。驱动轮的节距与履带节距保持一致，取为216。根据工程机械设计，通常驱动轮的齿数取2733，参考JB/T 2984.41999中履带节距为216mm的驱动轮的参数，可以得出齿数为30。根据工程机械设计，一般节圆半径取为400500mm，查履带式推土机驱动轮齿块行业标准JB/T 2984.41999 ，节距为216mm的驱动轮节圆直径为D=868.55mm,其它安装尺寸与技术要求可参考该标准。本文设计的驱动轮齿块如图5.1，图5.2所示。图51驱动轮齿块二维图图5.2 驱动轮齿块三维图第六章 拖链轮设计6.1拖链轮的工作原理拖链轮作用：采用拖链轮是为了在引导轮与驱动链轮之间减小履带下垂，并且托住从驱动链轮传出的履带松边，以及当啮合中的履带拉紧时用以引导履带脱开啮合，当安装一个拖链轮时，不应将它放在轮距的中间，而是离驱动链轮较近。值得注意的是，拖链轮直径过小时，有可能发生履带沿托链轮轮缘滑移，从而据安居轮缘的磨损，磨出一个“光平面”，从而导致拖链轮停止转动。拖链轮安装布置：将拖链轮安装到挖掘机上时采用单臂支承, 且加高支承块, 使其下边空间增大, 避免行走时受淤泥及石块的阻塞, 同时也避免了履带节与减速机支座之间的磨损,提高了行走的通过性。6.2拖链轮的结构 拖链轮由拖链轮轴、浮动油封座、拖链轮体、拖链轮盖、螺钉、浮动油封环、o型圈、圆锥滚子轴承组成。如下图：图6.1 拖链轮装配图6.3拖链轮技术要求 6.3.1一般要求 1.1 拖链轮应按经规定程序批准的图样和技术文件制造，并应符合本标准的规定。 1.2 拖链轮的外购件应符合有关国家标准或行业标准的规定，符合图样要求，并应具有合格证。 1.3 所有零件应清除锐角与毛刺，装配前应严格检查外观尺寸精度，并清洗干净。 1.4 浮动油封等密封零件的密封部位不得碰伤与划伤。 1.5 浮动油封 O形圈及浮封环外锥面不得沾油，浮动油封 O形圈在装配中不得扭曲。 1.6 装配时压装的配合面及浮封环亮带应涂以少量润滑油。 1.7 装配后按产品说明书中规定的油牌号灌入 80%容量的干净重负荷车辆齿轮油，不允许渗漏。6.3.2热处理质量要求 热处理质量要求应符合表 6.1的规定。 表6.1 热处理质量要求序号零 件 名 称检 测 项 目单 位质 量 要 求1拖链轮体表面硬度HRC5260C，D淬硬层深度mm410R处淬火层深度22拖链轮轴调质硬度HB2482933浮动油封亮带表面硬度HRC60726.3.3外观与装配质量要求 拖链轮外观与装配质量要求应符合表 6.2 的规定。表6.2 外观与装配质量序号检 测 项 目单 位质 量 要 求1外观质量 -铸、锻、焊、加工件表面光洁，无明显缺陷，油漆均匀、美观2轴向窜动量mm0.10.23M10螺栓拧紧力矩N .m551224油塞拧紧力矩N .m1572555密封性能-加注0.4MPa压力后30s内不漏6油清洁度g0.127转动性能-能够用手转动，但感觉不紧不松6.3.4使用寿命要求 拖链轮的使用寿命应不低于4000h。6.4拖链轮的组成零件设计6.4.1拖链轮设计总概履带行走装置结构主要部件为“四轮一带”，即驱动轮，引导轮，拖链轮，支重轮和履带。在工程机械行业中，四轮一带已经有部分标准，可以根据履带节距进行选型，其具体结构设计也可以参照标准。托链轮具体结构设计和尺寸选择可参考JB/T 2984.1-2001拖链轮行业标准。根据履带的节距t=216mm，可得出拖链轮踏面直径为217mm，其它尺寸与技术要求可参考JB/T 2984.1-2001。6.4.2拖链轮轴结构设计根据JB/T 2984.1-2001，履带节距为216mm的托链轮轴总长为341mm，轴的左端设计有一个M16的螺孔，同时需在轴上安装两个滚动轴承，其结构如图6.2、6.3。图6.2 拖链轮轴二维图图6.3 拖链轮轴三维图6.4.3拖链轮体结构设计拖链轮轮体的设计相对简单，其最大径为217mm，内径参考JB/T 2984.1-2001，其余结构及尺寸设计的标准是能满足使用要求，容易制造，尽量节省材料，外形美观大方。此外，轮缘表面需经高温淬火，HCR5260。其具体结构见图6.4、6.5。图6.4拖链轮轮体二维图图5.5 拖链轮左轮体三维图6.4.3拖链轮盖结构设计拖链轮盖用来防止外界的杂物进入引导轮体内部。轮盖的设计主要要考虑拖链轮结构的完整性，合理性，设计时要避免其在结构上与轮体等零件互相干涉，尽量要设计的美观，容易制造，节省材料。轮盖结构见下面两图，其与轮体用3个螺栓连接。图6.7 拖轮盖二维图图6.8拖轮盖三维图第七章 设计小结与体会通过这次非开挖水平定向钻机底盘履带、驱动轮、拖链轮的设计，使我初步掌握了对autocad、proe软件的使用，而且还很好的对以前所学的各类知识做了系统的复习与加深，并对工程设计的流程有了一定的了解。这是我真正理论联系实际、深入了解设计概念和设计过程的实践考验，对于提高我的机械设计的综合素质大有好处。这次设计实践，使我对机械设计有了更多的感性和理性的认识，为今后的工作打下了夯实的基础。在设计中得到了指导老师周友行教授以及师兄的细心帮助和支持，在此表示衷心的感谢。在设计中还存在不少错误和缺点，需要继续学习和掌握有关机械设计的知识，继续培养设计习惯和思维从而提高设计实践操作能力。参考文献1 周良德，朱泗芳等. 现代工程图学M.湖南科学技术出版社，20022 吴宗泽，罗圣国.机械设计课程设计手册M.高等教育出版社，20093 孔德文，赵克利，徐宁生. 非开挖水平定向钻机工程机械设计与维修丛书M.化学工业出版社，20074 周建钊.底盘结构与原理M.国防工业出版社.20065 唐振科.工程机械底盘设计M.黄河水利出版社，20046 陈新轩.现代工程机械发动机与底盘构造M.人民交通出版社，20027 孔德文，赵克利.底盘结构与设计M.化学工业出版社，20078 周建钊.底盘结构与原理M. 国防工业出版社，20069 唐经世.工程机械底盘学M.西南交通大学出版社，200210 郁录平.工程机械底盘设计M.人民交通出版社，2004附录一：英文文献翻译非圆齿轮与机械压力机运动学优化 1997年1月8日研制摘要：使用金属成形方法来加工生产零件的质量很大取决于压力杆。在机械压力传动时，有一种依赖于驱动旋转角度速度比的非圆齿轮，提供了一种获得这么动作时间的新途径，我们致力于为不同的优化金属成型运作的制造。本文阐述了由汉诺威的大学研究所建成的金属成形和金属成形加工机床的使用原型原则，它就是目前运动学以及在原型产生的力和力矩。此外，本文展示了如何使用拉深和锻造的一个例子，几乎所有的金属成形操作可有利用于机械传动机构的非圆齿轮。关键词：压力，齿轮，运动学。1. 简介 提高质量的要求在生产工程制造，所有的金属成形以及在锻造，有必要去携手制定生产经济。日益增长的市场定位要求技术和经济条件都得到满足。提高质量、生产力、生产手段的创新解决方案,是一种用来维持和扩大的市场地位的关键所在。所生产的金属部件,我们需要分清期间所需的形成过程和处理零件所需的时间。随着我们必须添加一些必要的额外工作，例如冷却或润滑的模具一次成型过程。根据质量和产量两个方面，产生了两个最优化方法。为了满足这两个方面，我们的任务是设计运动学形成过程中考虑到该进程的要求，也考虑到的是改变部分以及与一个优先线辅助运作所需的时间短周期的时间。2. 压力机的要求 一个生产周期,这相当于一个冲程来回压的过程,大致经历了三个阶段:加载、成型和移除零件。相反,在加载和移除零件阶段，我们经常发现送料的薄板,尤其是在纯粹的切割时候。为此，压力泵必须要一个确定时间的最小高度。成型周期中杆应该有一个特别速度曲线,它将会降到最低。这个转变期之间应尽快来确保短周期时间。短周期的要求是事件的原因,以确保通过高产量低成本的部分。基于这个原因，关于对大型汽车车身冲压片机和自动1200/min、拉深24/min的冲程数是标准的做法。增加冲程数是为了减少设计的周期变化导致增加的压实机械应变率, 然而，这对成形过程有很明显影响,使它必须考虑参数确定过程和被它所影响。在拉深成形过程中,当敲打板块时的撞击速度应尽量避免产生了深远影响。一方面,速度成形时必须充分润滑。另一方面,我们必须要考虑提高产量的相应的压力来增加造成更大的应变速率力,这可能导致冲床半径一侧的一部分过渡疲劳而导致断裂。在锻造时，停留时间短的压力是可取的。随着停留时间的压力下降了模具的表面温度将降低，其结果是热磨损。这是提高抵消了由于机械磨损形成更大的力量，但由于增加的应变率是较低的，因为较低的部分冷却屈服应力补偿。目前，最佳短住压力可以用有限元分析法莱分析。此外,避免由于成本降低磨损、短压住时间也是一个重要的技术要求的精密锻造，近净形部分有一个光明的未来。高质量的要求和高产量将只能通过一个机技术,考虑到金属成形过程的考察要求等同于减少工作的目标成本。以前按设计已经不能同时满足这些技术要求和经济的充分程度，或他们是非常昂贵的设计和制造，例如链接驱动压力机。这就需要寻找对泵创新设计的解决方案，它的设计应主要标准化，模块化，以降低成本。3非圆齿轮的压力传动3.1 原则 使用非圆齿轮传动机械曲柄压力机，它提供了一种新方式的技术和经济需求的压力杆运动。一对非圆齿轮有不变的中心距, 因此采用了电动马达，或由飞轮、曲柄和驱动机制本身。制服驱动器的速度传送是通过一对非圆齿轮传递给非均匀的偏心轴。如果非圆齿轮的适当设计，从动齿轮的非均匀驱动器会导致泵所需的行程时间行为。调查中心的金属成形和金属成型机床(IFUM)汉诺威的大学已经表明,在这个简单的方式所有相关的压力杆的连续运动，可以达到各种成形过程。此外从运动学和缩短生产周期，驱动概念导致新的驱动器的优点被以下的良好性能所区分。因为它是一个机械压力机，它具有高可靠性、低维护性和可预期性。对连杆压力机的数量和轴承零件显然是减少。首先，一个基本泵类型可以通过安装不同的齿轮而进一步改变设计，它根据客户的要求而设计。不同环节的驱动器，轴承的安装位置不会随着单一载荷方向的不同运动而改变。因此，上述要求的模块化和标准化是考虑到时间和成本，它降低了设计和冲压生产成本。3.2 原型在金属成型和金属成型工具机（IFUM）1架的c型泵，它已经进行了修整和安装了非圆齿轮副。为达到这种目的，先前的背轮背一个行星齿轮组做取代。这项工作表明了存在的新型传动印刷机是可能的，在最后对标准压力泵的改造在Fig. 1中进行说明。图表1 压力机设计是为了所受1000KN的柱塞力和200KN的冲压模具缓冲力。这一对非圆齿轮传动比平均为1，每个齿轮轮齿有59，直齿，模数10mm（图2）齿面宽是150mm，这些齿轮有渐开线轮齿。我假设了非圆曲线设计是以侧面几何设计为基础。因此，一个非圆齿轮的齿形沿齿轮圆周而改变。尽管如此,它可以来自知名的梯形齿条. 然而4.5,提出了一种计算方法，它精确地把齿顶高和齿根高考虑在内，进行相应的调整。压力机是为了在单一冲程模式下对零件进行深拉而设计的。最高滑块行程为180mm，行程数32/min。在140毫米的冲压速度几乎保持71mm/s不变，它是静点中心线到静点中心线之前的速度。见图3。这种速度就相当于液压机工作的速度。这个速度影响到曲柄机构，使其与击打具有相同的数目相比较，速度都是220m/。为了跟一个曲柄压力机具有相同的平均速度击打的数目不得不将减少一半。短周期内的机械改造将导致最后的向上运动。由于压力机是运行在单一的操作模式,在设计时对其做相关的处理没有提出特别的要求。驱动机制的原型与非圆齿轮有另外一个有利的影响及其驱动力矩（图4）。对于一个曲柄压力机的公称力通常可以降低静点之前把曲柄轴按正常方式旋转。这对应于公称力作用下相对于击打力的75%。若要达到1000kN标准力，该驱动器已提供45 kNm 的曲柄轴扭矩。该原型只要求对非圆齿轮传动增加额外的30kNm力矩。他们被传送一个循环，非均匀的曲柄转矩，将导致一个标准力在静点范围内变化。这相当于27.5%的行程。如果非圆齿轮副是在压力机的工作范围，我们总能找到类似的条件。这几乎总是与板料成形及冲压件有关。这样可以设计一些较弱的机器零件，而且节约成本。4. 进一步的设计实例利用二冲程时间行为的设计实例说明了以下几点。假设一系列的零件时通过压力机来加工的。为了达到这一目的，压力杆所需的速度和击打成形速度要求假设成立必须量化。再者，处理零件所需的时间必须确定，而且必须假设在处理时压力杆的最小高度。由此，我们设计动作的顺序，我们用数学含义来描述它。在IFUM中，由该研究所开发使用软件程序。从这个数学描述的冲程运动,我们可以计算出所需要的非圆齿轮速度比，从这我们可以得到齿轮的圆周曲线1.2.7。在第一个例子，在深拉伸冲压速度应该是在静止点前，金属板材成形保持在至少超过100mm，它的速度应该是约400m/s。让行程数定为30/min。第450mm以上击打的地方，让处理零件时间和曲柄压力机在25min/n的击打时间相同。图5表明了冲程运动情况，这是由一对齿轮的描绘所获得。该齿轮是通过他们的圆周率所描绘。在25/min传统的余弦曲线作为比较。除了生产周期时间减少了20，应把杆速度的影响也大大减少。下静点前110mm，当使用曲柄机构时，冲击速度为700mm/s，而当使用非圆齿轮时仅仅只有410mm/s。第二个例子显示了驱动装置是用于锻造。在图6中，常规锻造曲轴的行程时间是相对于在图片中说明非圆齿轮压力运动学。曲柄压力机的周期时间是0.7s、行程数是85/min和标准力是20mn。它的保压时间为86ms与50mm的成形部份时间。非圆齿轮压力机描绘的保压描绘时间67%减少至28ms。因此，它达到了和锤子一样的幅度。通过增加1.5倍的冲程数，周期时间缩短至46mm。尽管如此,处理时间依旧与常规非圆齿轮曲柄压力机的运动学相同。在这种情况下为了实现这些运动,传统的圆弧齿轮可以作为驱动装置，安排偏心。这为齿轮制造降低了成本。这些例子表明，不同的运动可以通过使用非圆齿轮驱动装置实现。在同一时间内，这个驱动器的实用潜力用实现理想的运动学变得清晰，而且生产周期时间减少。例如，通过不同的例子，如果运动的顺序对一系列压力机生产零件有利，可能增加拉深成形后的速度。5总结高生产率，降低成本和保证产品质量的高要求，这时所有制造公司所期望的，特别适用于公司的金属加工领域。这种情况导致我们重新考虑压力传动机的使用。对曲柄与非圆齿轮传动压力机的描述，使我们能够优化简单的机械压力机运动学。这意味着周期时间缩短,以达到高生产率和运动学的成形工艺的要求。这个设计工作需要很低。相对于多连杆压力机驱动器，可以实现其他运动学在其他齿轮轴承位置不改变时的压力机构建使用。这使压力机模块化和标准化。 6致谢作者想表达他们的谢意，感谢德国机床制造商协会(VDW),位于德国法兰克福，其经济援助以及一些成员，感谢他们的支持。 7. 参考文献 1 Bernard, J., 1992, Optimization of Mechanism Timing Using Noncircular Gearing, Mechanical Design and Synthesis, Vol. 46, p. 565-570. 2 Doege, E., Hindersmann, M., 1996, Fertigungsgerechte Kurbelpressenkinematik durch Unrundzahnrader. VDI-Z Special Antriebstechnik 1/96, p. 74-77. 31 Doege, E., Nagele, H., 1994, FE-Simulation of the Precision Forging Process of Bevel Gears, Annals of the CIRP, Vol. 43, p. 241-244. 4 Hindersmann, M., Betke, V., 1996, Unrunde Zahnrader- ein wiederentdecktes Maschinenelement, Konstruktion, Vol. 48, p. 256-262. 5 Litvin, F. L.: 1994, Gear qeometrv and applied theory,PTR Prentice Hall, Englewood Cliffs (NJ, U.S.A.). 6 Niemitz, D., 1992, Anforderungen an Grof3raumstufenpressen;Pflichtenheft fur die Auftragsvergabe. In:Blechbearbeitung 92, Int. Congress 27 -28.0ct.1992,VDI-Bericht, Vol. 946, p.231-253.7 Ogawa. K., Yokoyama, Y., Koshiba, T., 1973, Studies on the Noncircular Planetary Gear Mechanisms with Nonuniform Motion, Bulletin of the JSME, Vol. 16. p. 1433附录二:英文文献原文Optimized Kinematics of Mechanical Presses with Noncircular GearsE. Doege ( l ) , M. HindersmannReceived on January 8, 1997Abstract：The quality of parts manufactured using metal forming operations depends to a large degree on the kinematics of the press ram. Non-circular gearsy to obtain those stroke-time behaviours we aim at as an optimum for the various metal forming ope with a rotational-angle-dependent speed ratio in the press drive mechanism offer a new wa rations in terms of manufacturing. The paper explains the principle using a prototype press which was built by the Institute for Metal Forming and Metal Forming Machine Tools at Hanover University. It will present the kinematics as well as the forces and torques that occur in the prototype. Furthermore, the paper demonstrates using one example of deep drawing and one of forging that the press drive mechanism with non-circular gears may be used advantageously for virtually all metal forming operations.Keywords: Press, Gear, Kinematics1 lntroductiorIncreasing demands on quality in all areas of manufacturing engineering, in sheet metal forming as well as in forging, go hand in hand with the necessity to make production economical. Increasing market orientation requires that both technological and economic requirements be met. The improvement of quality, productivity and output by means of innovative solutions is one of the keys to maintaining and extending ones market position.In the production of parts by metal forming, we need to distinguish between the period required for the actual forming process and the times needed to handle the part.With some forming processes we have to add time for necessary additional work such as cooling or lubrication of the dies. This yields two methods of optimization, according to the two aspects of quality and output. In order to satisfy both aspects, the task is to design the kinematics taking into account the requirements of the process during forming; also to be considered is the time required for changing the part as well as for auxiliary operations in line with the priority of a short cycle time.2 Pressing Machine RequirementsOne manufacturing cycle, which corresponds to one stroke of the press goes through three stages: loading,forming and removing the part. Instead of the loading and removal stages we often find feeding the sheet, especially in sheer cutting. For this, the press ram must have a minimum height for a certain time. During the forming period the ram should have a particular velocity curve,which will be gone into below. The transitions between the periods should take place as quickly as possible to ensure short cycle time. The requirement of a short cycle time is for business reasons, to ensure low parts costs via high output. For this reason stroke numbers of about 24/min for the deep drawing of large automotive body sheets and 1200/min for automatic punching machines are standard practice.Increasing the number of strokes in order to reduce cycle times without design changes to the pressing machin