大吨位水平定向钻机液压系统设计与仿真研究

论文摘要

水平定向钻机是专用的非开挖设备,它广泛应用于穿越建筑物、河流、公路、铁路以及在闹市区、植被保护区等不允许或不能开挖等条件下,对地下管线进行铺设、修复和更换工程。该设备是对传统地下管线开挖建设方法的一次革命,自正式进入工程施工市场至今,在较短的时期内,以其独特的技术特征和优势,特别是对城镇交通和环境的最小影响与危害以及效率高和成本低等优势,日益受到人们的重视,取得了良好的社会和经济效益。水平定向钻机的传动与控制主要借助液压技术,因此液压系统性能的优劣直接影响整机的工作性能。本文首先对目前国内外水平定向钻机发展现状和发展趋势进行了分析,据此对水平定向钻机三种液压动力驱动方案的相关特点进行了比较研究,确定了适于大吨位水平定向钻机的液压驱动方式,完成了280t水平定向钻机的液压系统设计。厂方型式试验表明,设计的液压系统能够满足相关技术要求。在此基础上应用AMESim仿真分析软件对280t水平定向钻机主要工作机构——动力头液压系统进行仿真研究,构建动力头旋转与推拉系统液压仿真模型。通过对负载缓变和负载突变两种工况进行动态仿真分析,获得了动力头旋转、推拉速度、变量泵以及变量马达的流量、系统压力等动力头主要元件的仿真输出量并研究了负载变化对液压系统的影响。仿真分析表明,通过改变钻机工作回路中变量泵—变量马达反馈控制系统参数,可使马达在一定转速范围内的输出扭矩得到明显提升,从而提高了水平定向钻机的工作效率。此外,还通过仿真证明了在钻机工作回路中设置蓄能器能有效地降低钻机启动时系统的压力冲击,有利于提高液压元件使用寿命。本文的研究内容,对大吨位水平定向钻机液压系统的设计及改进具有一定的理论指导意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 水平定向钻机的特点和分类
• 1.3 水平定向钻机的现状及发展趋势
• 1.3.1 国外水平定向钻机的现状
• 1.3.2 国内水平定向钻机的现状
• 1.3.3 水平定向钻机的发展趋势
• 1.4 论文研究的目的和意义
• 1.5 论文研究的主要内容
• 1.6 本章小结
• 第二章 水平定向钻机
• 2.1 水平定向钻机基本组成
• 2.2 水平定向钻机基本工作原理
• 2.3 导向钻进的工作进程
• 2.3.1 施工工序
• 2.3.2 钻进工作
• 2.4 水平定向钻机液压系统的组成和作用
• 2.5 水平定向钻机动力头液压系统
• 2.6 动力头液压驱动方案
• 2.7 本章小结
• 第三章 280t水平定向钻机液压系统设计
• 3.1 动力头推拉液压油路设计
• 3.2 动力头旋转液压油路设计
• 3.3 辅助机构液压系统设计
• 3.4 280t水平定向钻机整机油路整合
• 3.4.1 动力头液压系统
• 3.4.2 辅助液压系统
• 3.4.3 系统特点
• 3.5 主要元件参数选择计算
• 3.5.1 动力头旋转液压马达的选择
• 3.5.2 动力头旋转液压泵的选择
• 3.5.3 动力头推拉马达的选择
• 3.5.4 动力头推拉泵的选择
• 3.6 柴油机选择
• 3.7 热平衡计算
• 3.8 液压系统型式试验
• 3.9 本章小结
• 第四章 水平定向钻机液压系统工作回路建模
• 4.1 仿真的目的
• 4.2 液压仿真软件AMESim
• 4.2.1 软件特点
• 4.2.2 仿真步骤
• 4.3 动力头液压系统仿真建模
• 4.3.1 动力头旋转液压回路建模
• 4.3.2 动力头推拉液压回路建模
• 4.4 AMESim模型验证
• 4.4.1 验证动力头旋转液压回路模型
• 4.4.2 验证动力头推拉液压回路模型
• 4.5 本章小结
• 第五章 基于仿真的水平定向钻工作回路动态特性分析
• 5.1 液压系统动态特性分析概述
• 5.1.1 液压系统动态特性分析的目的
• 5.1.2 液压系统动态特性分析的内容
• 5.1.3 液压系统动态特性分析的方法
• 5.2 280吨水平定向钻工作回路动态仿真
• 5.2.1 仿真工况的设定
• 5.2.2 回路负载缓变工况仿真
• 5.2.3 回路负载突变工况仿真
• 5.3 基于仿真分析的系统工作特性调整
• 5.3.1 系统参数调整
• 5.3.2 系统启动时压力冲击调整
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 展望
• 参考文献
• 附录
• 作者简介
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 致谢