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本科畢業(yè)論文(設計)開題報告
論 文 題 目： 氣動穿孔機的傳動系統(tǒng)設計 學 院： 機械工程學院 專 業(yè) 、班 級： 學 生 姓 名： 指導教師（職稱）：
年 12 月 28 日填
畢業(yè)論文（設計）開題報告要求
開題報告既是規(guī)范本科生畢業(yè)論文工作的重要環(huán)節(jié)，又是完成高質量畢業(yè)論文
（設計）的有效保證。為了使這項工作規(guī)范化和制度化，特制定本要求。一、選題依據
1. 論文（設計）題目及研究領域；
2. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值；
3. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢。二、論文（設計）研究的內容1.重點解決的問題；
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）；
3. 本論文（設計）預期取得的成果。三、論文（設計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）；
2. 論文（設計）進度計劃。四、文獻查閱及文獻綜述
學生應根據所在學院及指導教師的要求閱讀一定量的文獻資料，并在此基礎上通過分析、研究、綜合，形成文獻綜述。必要時應在調研、實驗或實習的基礎上遞交相關的報告。綜述或報告作為開題報告的一部分附在后面，要求思路清晰，文理通順， 較全面地反映出本課題的研究背景或前期工作基礎。
五、其他要求
1. 開題報告應在畢業(yè)論文（設計）工作開始后的前四周內完成；
2. 開題報告必須經學院教學指導委員會審查通過；
3. 開題報告不合格或沒有做開題報告的學生，須重做或補做合格后，方能繼續(xù)論文（設計）工作，否則不允許參加答辯；
4. 開題報告通過后，原則上不允許更換論文題目或指導教師；
5. 開題報告的內容，要求打印并裝訂成冊（部分專業(yè)可根據需要手寫在統(tǒng)一紙張上，但封面需按統(tǒng)一格式打?。?
一、選題依據
1. 論文（設計）題目
氣動穿孔機的傳動系統(tǒng)設計
2. 研究領域
穿孔機構設計，運動動力學
3. 論文（設計）工作的理論意義和應用價值
氣動穿孔機是一種可在土中自由行走的裝置。它由計算機控制，在地表的一端進入土中，從地表的另一端制定位置穿出。其控制的目的是使機器按預定設計的軌跡前行，在行進中可以隨時改變方向，繞過障礙物或修正偏差。機器主要有機器本體、供氣/供油管線和纜繩、入土支架、空氣壓縮機、測試機構、轉向機構、沖擊機構、上位機操作控制系統(tǒng)等部分組成。由于機器的傳動系統(tǒng)設計對實際的工作效果有著很大影響，良好的結構設計可以讓機器準確的執(zhí)行計算機系統(tǒng)發(fā)出的任務，所以對氣動穿孔機傳動系統(tǒng)設計的理論研究很有意義。氣動穿孔機應用于地下非開挖管道鋪設工作，是現代社會發(fā)展的必由之路。此機器是高科技的最佳代表，是高智能的一項新興技術，它是一種多學科綜合起來，形成的一個全新產物，是當代科技研究的主要潮流及重要對象，是一種全新的發(fā)展趨勢。非開挖機器可在不破壞地表的情況下完成各種復雜動作、可變換角度的地下穿孔作業(yè)，不影響交通，不污染環(huán)境，對施工地居民造成的影響很小，最后將管線拖入，一次性完成鋪設。它在城市地下管線的鋪設施工中具有很廣的用途。
4. 氣動系統(tǒng)的介紹
1） 氣動技術：氣動技術是以壓縮空氣作為介質，以空氣壓縮機作為動力源，來實現能量傳遞或信號傳遞與控制的工程技術，是流體傳動與控制的重要組成技術之一， 也是實現工業(yè)自動化和機電一體化的重要途徑。
2） 氣動系統(tǒng)的典型構成：氣壓發(fā)生裝置—執(zhí)行元件—控制元件—輔助原件
3） 氣動系統(tǒng)的優(yōu)點：氣動技術與傳統(tǒng)的液壓技術相比，有以下優(yōu)點：
(a）結構簡單輕便、方便安裝維護；（b）輸出速度一般在 50~500mm/s，速度快于液壓和電氣方式；（c）對沖擊負載和負載過載的適應能力較強；（d）可靠性高、使用壽命長、安全無污染且成本較低。
由于氣動技術具有以上的使用優(yōu)點，氣動技術在世界工業(yè)中得到了廣泛應用。一個完善的機電一體化系統(tǒng)包括機械、動力、信息檢測傳感、執(zhí)行機構、控制及信號處理等部分。作為機電一體化系統(tǒng)的執(zhí)行部分的氣動元件及其系統(tǒng)，不僅僅具有機械、氣動執(zhí)行機構，同時也集成了信息檢測傳感等元件，甚至集成了其他一些微型機電系統(tǒng)。氣動技術應面的擴大是氣動工業(yè)發(fā)展的標志。氣動元件的應用主要為兩個方面：維修和配套。國產氣動元件的應用，從價值數千萬元的冶金設備到只有幾百元的椅子、鐵
道扳岔、列車剎車、街道清掃、特種車間內的起吊設備、軍事指揮車等都用上了專門開發(fā)的國產氣動元件。這說明氣動技術已滲透到各行各業(yè)，并且正在日益擴大。氣動技術的應用主要在：
（a） 汽車、輪船等制造業(yè)，包括焊接生產線、夾具、機器人、輸送設備、組裝線
等方面。
（b） 生產自動化：機械加工生產線上零件的加工和組裝，如工件的搬運、轉位、定位、檢測等工序。
（c） 電子半導體、家電制造業(yè)：硅片的搬運、元器件的插入與錫焊，彩電、冰箱的生產線等。
（d） 某些機械設備：冶金機械、印刷機械、建筑機械、農業(yè)機械、塑料制品生產線等場合。
（e） 包裝過程自動化：化肥、糧食、食品、藥品等實現粉末、粒狀、塊狀物料的自動計量包裝等。
5. 目前研究的概況和發(fā)展趨勢
當今世界工業(yè)迅速發(fā)展，目前機器發(fā)展的趨勢有兩個突出：一個是機器的應用領域不斷擴大；另一個是機器的性能不斷提高。特種機器是指適用于非工業(yè)生產領域， 完成相應要求作業(yè)的機器，這類機器種類很多，氣動穿孔機是其中一種。地下打孔作業(yè)存在高風險性，高難度性，歷來是一項艱巨任務，為了讓機器代替人類完成這項工作，各國都在積極進行氣動穿孔機的研究。它不僅能代替人類在危險的環(huán)境中工作， 更能大幅度的提高勞動效率，對社會的發(fā)展進步有著至關重要的意義。機器是最典型的機電一體化數字化裝備，技術附加值很高，應用范圍很廣，作為先進制造業(yè)的支撐技術和信息化的新興產業(yè)，將對未來社會的生產和發(fā)展起著越來越重要的作用。
二、論文（設計）研究的內容
1. 重點解決的問題
氣動穿孔機的總體構成作業(yè)流程的運動學分析氣動穿孔機本體設計
2. 擬開展研究的幾個主要方面（論文寫作大綱或設計思路）
（1） 氣動穿孔機的作用及國內外研究現狀
（2） 氣動穿孔機工作原理及工作特點分析
（3） 氣動穿孔機的運動學分析，模型建立及計算分析
（4） 氣動穿孔機本體結構設計
（5） 氣動穿孔機的控制系統(tǒng)設計
（6） CAD 軟件繪制零件圖與裝配圖
3. 本論文（設計）預期取得的成果
（1） 通過查閱資料，了解國內外關于氣動穿孔機的發(fā)展狀況、歷程以及主要用到的原理方法等。
（2） 利用氣動穿孔機總體設計方案，掌握機器的設計原則、結構組成、工作原理等。
（3） 通過對氣動穿孔機的運動學分析，模型建立及計算分析，掌握建模方法及運動學相關的計算方法。
（4） 通過氣動穿孔機的控制系統(tǒng)設計，掌握機器控制系統(tǒng)的設計方法。
（5） 完成論文的撰寫
三、論文（設計）工作安排
1. 擬采用的主要研究方法（技術路線或設計參數）；
1、擬采用的研究方法（技術路線或設計參數）
（1） 對于氣動穿孔機的發(fā)展歷程、現狀以及總體方案設計，可查閱相關的期刊、論文等來學習。
（2） 對于運動學分析，模型建立及計算分析、本體結構設計、控制系統(tǒng)設計，可查閱相關資料來學習。
（3） 對于 CAD 軟件繪制零件圖和裝配圖，可通過老師指導并結合相關的課本知識學習。
2. 論文（設計）進度計劃
第 1 周——第 3 周 ：收集相關資料，了解國內外氣動穿孔機的發(fā)展現狀，學習并了解他們的設計方法，完成開題報告。
第 4 周——第 5 周 ：查閱相關資料和一些學術期刊，確定氣動打孔機總體方案設計，包括其結構設計、功能設計、工作原理等。
第 6 周——第 7 周 ：學習氣動穿孔機模型建立，并完成對運動學計算分析。
第 8 周——第 9 周 ：根據前幾周的相關研究，完成氣動穿孔機本體結構設計。
第 10 周——第 11 周 ：完成氣動穿孔機的控制系統(tǒng)設計；初步構建論文結構，并撰寫出論文初稿。
。
第 12 周——第 13 周 ：完成論文撰寫，并對論文進行修改。
第 14 周：總結論文，準備答辯。
四、需要閱讀的參考文獻
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[4]朱波，張永高；地下氣動穿孔機結構探索[J]；筑路機械與施工機械化；2003:23-27. [5]朱波，張永高；地下啟動穿孔機結構設計[J]；機電工程技術；2003:156-159.
[6]徐寶富，姚曄，石來德，陸敏恂；軌跡可控氣動穿孔機理研究[J]；建筑機械；2001:104-111. [7]代麗華，王立中；穿孔機實現曲線穿孔機理研究[J]；煤礦機械；2008:198-201.
[8] 呂強，徐寶富；液動穿孔機的研究[J]；建筑機械；2003:52-57.
[9] 徐寶富，呂強；啟動沖擊式軌跡可控穿孔機曲線機理的研究[J]；液壓與氣動；2003:222-228.
[10] 陳勇，陸敏恂，徐寶富；新型氣動穿孔機機理分析[J]；同濟大學學報（自然科學版）； 2003:165-170.
[11] 劉輝熱；軋無縫鋼管穿孔機主傳動電機[A];中國計量協(xié)會冶金分會；2010.
[12] 過于成，陸敏恂，徐寶富；氣動穿孔機啟動問題探索[A]；中國工程機械學會；2003. [13]顏純文，馬保松，朱文鑒；非開挖技術研究發(fā)展[A]；2008—2009.
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Manschitz-EP-2002.
附：文獻綜述或報告
1、 氣動穿孔機的作用和研究意義
機器中有一種類型，它適用于非工業(yè)生產領域，如航空航天，地下勘探，石油開發(fā)等。它能夠在不同的領域通過智能手段完成所需的相應要求。
氣動穿孔機在上位機的控制下，從地表的一端插入，另一端鉆出。其控制的目的是使機器按預先的軌跡前行，并且在行進中方向可以改變，從而繞過障礙物或修正偏差。鋪設地下管道這種技術可以以最小的表面損傷修復的檢測，檢查的條件進行地下開始施工。這種機器可在不破壞地表的情況下完成各種復雜動作、角度的地下穿孔作業(yè)，不影響交通，不污染環(huán)境， 對施工地居民造成的影響很小，然后，最后將管線拖入，一次性完成鋪設。它在城市地下管線的鋪設施工中具有很廣的用途，具有很高的研究價值。
2、 氣動穿孔機國內外研究現狀
2.1 國內外研究現狀
氣動穿孔機主要利用氣動沖擊技術，我國從 1958 年開始研究氣動沖擊器及其鉆進技術， 主要研究和生產氣動沖擊器的單位有嘉興冶金機械廠、無錫鉆探工具廠、上海探礦機械廠、吉林大學建設工程學院和英格索蘭公司等。吉林大學生產的氣動沖擊器，原長春科技大學（現已并入吉林大學），研究氣動潛孔錘已有 30 多年的歷史，是國內研究和開發(fā)氣動潛孔錘最要
的機構之一。從“七五”期間開始，就與國際同步立項研究貫通式潛孔錘，近 20 多年來，研究開發(fā)了一系列貫通式氣動潛孔錘，使該項技術形成系列規(guī)格產品，同時其理論研究、反循環(huán)技術研究及相應鉆進工藝方法研究又獲進展，使我國的潛孔錘反循環(huán)鉆進技術躋身國際先進行列?，F在已研制加工了 GQ 系列貫通式潛孔錘 10 種規(guī)格產品。
90 年代，原長春科技大學又研制了 FGC-15 型單體大直徑濕式反循環(huán)貫通式潛孔錘和組合式直徑潛孔錘鉆具系統(tǒng)，鉆孔直徑達 0.6~1.2mm。其基本性能參數：潛孔錘外徑 500mm,潛孔錘長度是 1762mm,鉆孔直徑 600~1200mm,單次沖擊功 1500~4200J，沖擊頻率 9.6~13.6HZ，耗風量 15~40m3/min,潛孔錘壓力降 0.5~1.0MPa,潛孔錘質量 950Kg。此兩種大直徑潛孔錘鉆具系統(tǒng)采用三通道鉆桿，工藝方法先進，集大直徑潛孔錘碎巖鉆進、泥漿介質保護孔壁、反循環(huán)排渣屑、壓縮空氣閉式循環(huán) 4 種先進方法于一體，有效解決了大直徑嵌巖鉆孔及硬地層鉆進的施工難題，鉆進效率提高 10 倍以上。最近，吉林大學建設工程學院又開發(fā)出了最新的 HC-15 型環(huán)式組合潛孔錘，該組合潛孔錘由 6 只單體潛孔錘圓周環(huán)狀分布而成，實現環(huán)狀斷面鉆進， 鉆孔直徑 1.5m，巖心直徑 1.12m，減小碎巖斷面積 56%，孔內形成的巖心待鉆成空后取出。
針對國內施工企業(yè)普遍擁有的是低風壓，低風量空氣機的現狀，配用普通型空壓機在低風壓、 低風量條件下提高潛孔錘沖擊能量，適應中國國情，具有十分重要的現實意義。原長春科技大學運用了計算機輔助設計方法，分別以低耗氣量和低風壓高沖擊能為優(yōu)化目標，研制成功了非貫通式 WC-85 型低耗氣量潛孔錘和 GC100 型低壓高能無閥型潛孔錘。WC-85 型低耗氣量潛孔錘，比同規(guī)格的常規(guī)潛孔錘耗氣量降低 1 倍以上。GC-100 型潛孔錘與國外相同規(guī)格直徑的低風壓潛孔錘相比，單次沖擊能量提高了 2.2 倍以上，尤其是對堅硬地層效果顯著，實現了在低風壓條件下大幅度提高沖擊能量的目標。GC-100 型潛孔錘外徑 103mm; 鉆頭直徑110~130mm;耗氣量 4~6m3/min； 工作風壓 0.5~0.7MPa； 單次沖擊功 177~320J； 沖擊頻率
11~13.4HZ；潛孔錘總長 1000mm；潛孔錘質量 36kg。
無錫鉆探工具廠（WC 系列風動潛孔沖擊器）是國機集團中國地質裝備總公司的直屬企業(yè)， 是生產地質勘探工具的專業(yè)化工廠。該廠 WC 系列沖擊器為中低風壓無閥式結構，耗風低， 可配各類錨桿鉆機及工程鉆機上使用。
原宣化英格索蘭礦山工程機械有限公司是宣化采礦機械廠與美國英格索蘭公司共同興辦的股份企業(yè)，2004 年 7 月又以股權轉讓的方式被瑞典 Atlas Copco 公司收購，更名為阿特拉斯. 科普柯（張家口）建筑礦山設備有限公司。該公司制造并銷售各種礦山工程機械設備，特別是引進吸收美國英格索蘭公司高風壓潛孔沖擊器技術，其制造生產的 CIR 系列氣動沖擊器屬
于低風壓沖擊器，DHD 系列屬于高風壓沖擊器。
2.2 國外研究現狀
在開發(fā)氣動潛孔錘新領域、新品種方面，美國英格索蘭公司起了世界領先作用。目前， 英格索蘭公司生產的氣動潛孔錘有單頭和多頭系列，共有 40 種型號。單頭潛孔錘適用孔徑范圍 90~762mm；多頭潛孔錘最多由 16 個單體錘組成，適用孔徑范圍 610~1980mm。目前英格索蘭大直徑氣動潛孔錘已廣泛應用于基礎樁孔、地下連續(xù)墻及深水井硬巖鉆孔的施工，取得了很高的鉆進效率。英格索蘭公司建議，對大口徑樁孔及工程孔，可考慮使用多頭潛孔錘， 一次成孔；為適應“多孔化”或“梅花點”施工，且考慮到造價低、成本低、投資少、操作容 易、搬運方便、組裝快捷，可考慮使用單頭大口徑潛孔錘。
可控式氣動沖擊器是在俄羅斯礦業(yè)研究院 K.K.杜比清專家領導下集體研制成功的，是非對稱結構。該沖擊器長度是 1460mm，外徑 130mm，質量 85kg，沖擊功 250J，沖擊頻率為 6.2Hz， 耗風量為 0.083m3/s?？煽厥綒鈩記_擊器利用與沖擊器相連接的不同偏轉方向實現相對于對稱軸而改變沖擊器的重心。在偏心距 e=6.5mm 的情況下，沖擊器的重心相對于縱軸發(fā)生移動。當殼體與沖擊器發(fā)生撞擊的時候回產生轉矩，使殼體相對于縱軸在平面上發(fā)生偏轉，該平面通過沖擊器的重心和對稱軸心。如果在鉆孔時，沖擊器處于重心在下的位置，且圍繞著縱軸
均勻地旋轉，則鉆出的孔為直線形。
COP 系列氣動沖擊器[4]該系列沖擊器是瑞典 A tlas Copco 公司生產的。瑞典 A atls Copco 公司是世界上最大的高風壓潛孔鉆具制造廠商，該公司生產的 COP 系列高風壓潛孔鉆具銷售量在國際市場上一直占據領先的位置。COP 系列高風壓沖擊器有 8 種類型分別為：COP32（最佳鉆鑿孔徑為 85~100mm），COP34 型（最佳鑿孔徑 92~105mm），COP42 型（最佳鑿孔徑 105~130mm），COP44 型（最佳鉆鑿孔徑為 105~130mm），COP54 型（最佳鑿孔徑 130~152mm）， COP64 型（最佳鑿孔徑 156~178mm），COP84 型和 2L 型（最佳鑿孔徑 191~mm），COP84 型（最佳鑿孔徑 203~254mm）[4]。目前市場上使用較多的是鉆孔直徑≤178nm 的潛孔鉆具。1992 年，A tlas Copco 公司對 COP 系列潛孔沖擊器結構進行了改進，推出了 COP34~38 系列潛孔沖擊器，以更加適應在不同的低、中、高氣壓下的高效鑿巖作業(yè)。
3、 氣動穿孔機為來的發(fā)展趨勢
隨著技術的不斷進步，鉆井施工領域的進一步拓展，氣動沖擊器及氣動沖擊旋轉鉆井技術獎 具有更加廣泛的發(fā)展空間。其發(fā)展趨勢體現在：
1、 沖擊器由小的單次沖擊功向大單次沖擊功方向發(fā)展；
2、 沖擊器的適用深度，由淺井向深井發(fā)展，鉆孔的直徑有小到大；
3、 獎多個單體沖擊器組成集束式沖擊器用于大口徑鉆進；
4、 與多種鉆井工藝相結合，包括與反循環(huán)鉆井工藝相結合，解決大直徑鉆孔的排粉問題，與套管鉆進工藝相結合，解決松散、破碎地層的護壁問題，與爆破相結合，解決大直徑漂石、孤石地層鉆進難題；
5、 應用領域更加廣泛，由小口徑的地質勘探孔施工到復雜的工程施工，以及大直徑的基巖樁孔、水文水井、石油鉆井、地熱鉆井、海底取樣鉆進、科學鉆深等；
6、 鉆孔方位由主要的垂直孔向水平及定向可控方面拓寬，為此，需研制可控方向的沖擊器；
7、 貫通式潛孔錘反循環(huán)連續(xù)取芯（樣）鉆進技術是集潛孔錘碎巖、流體介質反循環(huán)、鉆進中連續(xù)獲取巖礦芯（樣）3 項先進技術與一體的鉆進技術，它代表著潛孔錘鉆井技術的發(fā)展方向之一；
8、 設計方法上采用計算機仿真方法研究潛孔錘，揭示和分析潛孔錘各配氣過程、結構參數及主要因素對潛孔錘工作性能的影響規(guī)律，從而實現潛孔錘的輔助優(yōu)化設計，替代傳統(tǒng)的實驗法、 經驗法和類比法，實現定量科學設計。
指導教師評閱意見（對選題情況、研究內容、工作安排、文獻綜述等方面進行評閱）
審
核
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意
見
教研室主任意見
簽字： 年 月 日
學院教學指導委員會意見
簽字： 年 月 日公章：