非开挖钻孔新型碎泥屑钻头力学模型研究.pdf

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1、ＣＡＤ／ＣＡＥ／ＣＡＰＰ／ＣＡＭ现代制造工程（ＭｏｄｅｒｎＭａｎｕｆａｃｔｕｒｉｎｇＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ）２０１３年第１０期倡非开挖钻孔新型碎泥屑钻头力学模型研究１１２李小平，刘海兰，芮延年（１常州信息职业技术学院，常州２１３１６４；２苏州大学机电工程学院，苏州２１５０２１）摘要：通过对气力输送技术和土的破坏理论的研究，借鉴目前国内外先进的钻尖结构，设计了一种适用于市政道路非开挖干法输送泥屑的非对称断屑槽变螺距螺旋面的新型钻头。通过对该钻头工作时的受力分析，建立了钻头的力学模型，为钻头参数的进一步优化及干法气力输送非开挖钻孔机器人的

2、结构设计与计算奠定了理论基础。关键词：非开挖；钻头；力学模型中图分类号：ＴＨ１２８　文献标志码：Ａ文章编号：１６７１—３１３３（２０１３）１０—００７０—０４Researchonmechanicalmodelsofanewclaychipdrillusedintrenchlessdrilling１１２ＬｉＸｉａｏｐｉｎｇ，ＬｉｕＨａｉｌａｎ，ＲｕｉＹａｎｎｉａｎ（１ＣｈａｎｇｚｈｏｕＣｏｌｌｅｇｅｏｆＩｎｆｏｒｍａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｃｈａｎｇｚｈｏｕ２１３１６４，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ；２ＳｕｚｈｏｕＵｎｉｖｅｒｓｉｔ

3、ｙ，Ｓｕｚｈｏｕ２１５０２１，Ｊｉａｎｇｓｕ，Ｃｈｉｎａ）Abstract：Ｔｈｒｏｕｇｈｓｔｕｄｙｏｆｐｎｅｕｍａｔｉｃｃｏｎｖｅｙｉｎｇａｎｄｓｏｉｌｄａｍａｇｅｔｈｅｏｒｙａｎｄｅｘｐｅｒｉｅｎｃｉｎｇａｄｖａｎｃｅｄｄｒｉｌｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅｏｆｏｕｒｃｏｕｎｔｒｙａｎｄａｂｒｏａｄ，ａｎｅｗａｓｙｍｍｅｔｒｉｃａｌｃｌａｙｃｈｉｐｄｒｉｌｌｉｓｄｅｓｉｇｎｅｄｗｈｉｃｈｈａｓｂｒｅａｋｃｈｉｐｇｒｏｏｖｅａｎｄｖａｒｉａｂｌｅ-ｐｉｔｃｈａｎｄｉｓｕｓｅｄｄｒｙｃｌａｙｃｈｉｐｐｎｅｕｍａｔｉｃｃｏｎｖｅｙｉｎｇｉｎｔｈｅ

4、ｐｒｏｃｅｓｓｏｆｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓｄｒｉｌｌｉｎｇｏｆｕｒｂａｎｒｏａｄ．Ｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌｓａｒｅｅｓｔａｂｌｉｓｈｅｄａｆｔｅｒｔｈｅｍｅ-ｃｈａｎｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｗｈｅｎｔｈｅｄｒｉｌｌｗｏｒｋｉｎｇ．Ｉｔｉｓｔｈｅｂａｓｉｓｏｆｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｄｒｉｌｌｐａｒａｍｅｔｅｒｓａｎｄｓｔｒｕｃｔｕｒｅｄｅｓｉｇｎａｎｄｃａｌｃｕｌａｔｉｏｎｏｆｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓｄｒｉｌｌｉｎｇｒｏｂｏｔｓｗｉｔｈｄｒｙｃｌａｙｃｈｉｐｐｎｅｕｍａｔｉｃｃｏｎｖｅｙｉｎｇｓｙｓｔｅｍｓ．Keywor

5、ds：ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ；ｄｒｉｌｌ；ｍｅｃｈａｎｉｃａｌｍｏｄｅｌ的需求。０　引言１　气力输送技术非开挖技术是指以最少的开挖量或不开挖的条件下铺设、更换或修复各种地下管线的一种施工新技气力输送技术是利用气流在管道中输送松散状术。近年来已越来越多地被应用于市政道路的建设物料的一种方法。近些年来，气力输送技术发展得很施工中。２０多年来，我国非开挖行业从创立、摸索、成快。由于它具有管道布置灵活、效率高、费用低、系统长，到收获、进取、壮大，经历了规模从小到大，发展密封环境好及维修方便等优点而被广泛应用于粮食、速度从慢到快，科技创新从无到有

6、，实力从弱到强的水泥、粉煤灰、化工物料、矿粉、食盐、面粉和型砂等物［１］过程。但是大多数非开挖管线施工设备占地面积料的输送。都较大、设备价格昂贵且采用高压水泥浆系统来实本课题（本课题所研究的碎泥屑钻头已获得专现排泥，这样做不仅浪费水资源和能源，而且大量冲利，专利号：２０１１２０５６５９４２．６）通过对国内外钻孔输泥洗后的泥浆水很难进行泥水分离，未经泥水分离的技术的分析研究，拟采用一种干法气力输送泥屑的新泥浆水对环境也造成比较严重的污染。因此，研究方法，通过振动脉冲气刀式气力输送系统，将泥屑离开发适合我国城市的市政道路非开挖管线施工要求

7、散成由泥屑塞和气体塞组成的栓流，对泥屑进行干法［２］的、可在人行道和花坛上开挖工作坑的、环境污染小气力输送。这样不但提高了施工效率，而且也能较的非开挖市政道路施工钻孔技术与设备是时代发展好地解决目前国内外水力输送泥屑存在的泥水难以倡江苏省第八批六大人才高峰基金资助项目（２０１１-ＺＢＺＺ-０５０）７０李小平，等：非开挖钻孔新型碎泥屑钻头力学模型研究２０１３年第１０期分离的问题，从而使施工周围的环境卫生得以改善。螺旋面碎泥屑钻头结构如图１所示。根据气力输送原理，要想保证干法气力输送泥屑的可靠性，需要钻下的泥屑越薄越碎越好，最好呈松散的泥

8、屑状。由于泥土的钻削与金属的钻削有很大差别，虽然泥土较金属容易钻得多，但是其黏性较大，碎泥屑较难形成，因此，“碎泥屑钻头”是课题研究的关键。本课题在研究土的强度理论的基础上，借鉴目前图１　非对称断屑槽变螺距螺旋面碎泥屑钻