DH 系列气动地下穿孔机,是一种不同于盾构和顶管的中短距离非开挖地下管道施工机械(施工距离一般为20～80 m)。它应用普通气源作为动力,通过振动冲击施工,因而后坐力极小,在穿孔施工中可省去巨大反力墙,施工时辅助开挖小,操作简单,周期短,费用低,能在不破坏路面情况下,形成地下孔道。对深层地下贯通,穿越建筑物、河道、铁路、公路等不宜挖掘场所优势明显,穿孔过程中遇到岩石能击碎通过,还可完成打垂直桩、打水井、打锚桩等作业,应用前途广泛。 尽管DH系列气动地下穿孔机目前已经发展成为多个规格的系列产品。但无论是总体性能还是结构方面,仍未达到较为理想的水平。在设计方面,参数优化的工作开展得还不够,CAD(Computer Aided Design)也仅局限于计算机辅助绘图。特别是相同结构型谱的产品更改一些设计参数时,引起相关改动的“重复”工作量很大,设计效率不高。 为使DH系列穿孔机结构更加合理,性能更加完善,快速完成各种特殊用途机型的开发,本论文在建立DH系列气动地下穿孔机的微元化数学模型、分析穿孔机与土壤关系、建立穿孔机结构型谱的基础上,对穿孔机的结构参数进行了优化,并通过开发基于AutoCAD2004的ARX程序实现了穿孔机的CAD(参数化自动绘图),初步实现了标准结构型谱下的快速系列化设计,这将会使得穿孔机的设计效率得到较大幅度的提高。 论文的最后部分,提出了用能量法测量大型气动穿孔机冲击功的试验方案,通过试验测量了小型气动穿孔机的冲击功,证明了测量大型气动穿孔机冲击功试验方案的可行性,也为测量大型气动穿孔机冲击功积累了经验。 本论文研究具有三方面的理论意义：根据目前研制经验建立了更合理的微元化数学模型,找出了比较合适的优化方法,对未来气动地下穿孔机产品的设计有指导意义；设计过程的程序化方法,也为快速完成适合各种特殊用途的气动地下穿孔机机型的开发提供了支撑；实现穿孔机优化设计和CAD的方法,可供其他有类似要求的设计参考。 至于实际应用价值,考虑到城市各类管网的地下化和城市交通、通讯的立体化是未来城市建设的重要发展方向,尽管我国当前经济处于高速发展阶段,非开挖技术用于各种工程的增长速度极快,但我国人均管线的占有量远低于西方发达国家,非开挖技术领域的潜在市场巨大,对非开控技术进行科学研究与科学试验的意义重大。本论文研究成果可以在较大程度上解放设计人员于重复性很强的设计工作之中,大大缩短相同型谱的穿孔机产品的开发周期,快速开发出适用于各种特殊用途的DH气动地下穿孔机。