CHF-20型冲击—回转反循环工程钻机的研制——工作机构的研究与仿真分析

论文题目: CHF-20型冲击—回转反循环工程钻机的研制——工作机构的研究与仿真分析

论文类型: 博士论文

论文专业: 地质工程

作者: 于萍

导师: 刘宝仁,孙友宏

关键词: 冲击机构,回转,仿真,优化

文献来源: 吉林大学

发表年度: 2005

论文摘要: 本文以钻探工艺学岩土力学机械原理优化理论和计算机仿真知识为基础针对国内大口径灌注桩施工中存在的问题系统地对冲击回转钻井技术进行了研究研究内容包括冲击回转反循环工艺参数的研究冲击钻进机构的研制冲击机构的优化设计及冲击机构的动力学仿真研究完成了钻机的野外及生产试验论文首先对实现同一钻机具有冲击回转两种功能进行了研究着重分析了冲击与回转机构的相互转换在钻机的冲击和回转钻进功能组合方面取得重要创新同时对同步卷扬机构进行了理论分析及设计计算在结构设计上有创新改善了行星轮系的受力状态对冲击机构的仿真分析为进一步开展冲击机构的动力学研究打下了基础

论文目录:

绪论

1 冲击回转反循环钻进技术研究现状

1.1 冲击回转反循环研究钻进系统概述

1.1.1 冲击回转钻进系统概述

1.1.2 冲击回转反循环钻进技术概述

1.2 冲击回转反循环钻进技术现状

1.2.1 国内外大口径钻进施工方法综述

1.2.2 常用的大口径钻孔施工机械

1.3 反循环方法概况

1.3.1 泵吸反循环

1.3.2 射流反循环

1.3.3 气举反循环

1.3.4 反循环钻进方式的合理选用

1.4 本文研究思路与研究内容

1.4.1 研究思路

1.4.2 研究内容

2 冲击回转反循环工艺参数的研究

2.1 冲击工艺参数的确定

2.1.1 冲击钻进结构型式的分析与选择

2.1.2 冲击钻进系统特点描述

2.1.3 曲柄连杆游梁式钢丝绳冲击机构工作原理

2.1.4 钻具与冲击机构的运动分析

2.1.5 冲击工艺参数的确定

2.2 回转工艺参数的确定

2.2.1 通孔直径

2.2.2 转速

2.2.3 转矩

2.3 泵吸反循环排渣系统设计

2.4 本章小结

3 冲击回转传动系统研究与设计

3.1 钻机总体结构设计

3.2 钻机传动系统

3.3 冲击与回转钻进的实现

3.3.1 冲击钻进

3.3.2 回转钻进

3.3.3 冲击钻进与回转钻进变换的实现

3.4 自动同步卷扬机构理论分析及设计

3.4.1 自动同步卷扬机的作用

3.4.2 锥齿轮同步卷扬机构

3.4.3 直齿轮同步卷扬机构

3.4.4 同步机构力平衡分析

3.5 传动系统V 带设计

3.6 冲击齿轮传动设计

3.7 链传动设计计算

3.8 本章小结

4 曲柄压梁式冲击机构结构优化设计

4.1 优化设计的概念

4.2 曲柄滑块机构最小工作行程传动角

4.2.1 求解最小传动角

4.2.2 最小工作行程传动角的确定

4.3 按工作行程传动角进行优化设计

4.3.1 设计变量

4.3.2 目标函数及约束条件的确定

4.4 系统优化设计

4.4.1 构造惩罚函数

4.4.2 程序计算框图

4.5 钻机冲程设计验算

4.6 钻机功率计算

4.7 本章小结

5 曲柄压梁式冲击机构动力学仿真分析

5.1 虚拟样机技术及仿真目的

5.1.1 虚拟样机及仿真的概念

5.1.2 曲柄压梁机构仿真策略

5.2 曲柄压梁式冲击机构的动力学仿真过程

5.2.1 建立冲击机构虚拟样机装配机构

5.2.2 关键零部件结构强度及刚度分析

5.3 仿真结果

6 钻机试验与效果分析

6.1 室内试验

6.2 野外及生产试验

6.2.1 试验目的

6.2.2 试验工具

6.2.3 试验地点及工艺方法

6.2.4 野外试验工艺参数

6.2.5 野外及生产试验工作量及钻进效率

6.3 试验综合效果分析

6.4 实验结果总结

6.4.1 钻机各部件工作情况

6.4.2 单孔效率对比

6.5 存在的不足

6.6 结论

7 本文总结

7.1 与国内外同类钻机对比分析

7.1.1 与国内钻机性能对比分析

7.1.2 与国外钻机的比较

7.2 市场应用前景评价

7.3 结论

7.4 冲击机构的研制及其有关理论分析

7.5 本文的主要创新点

7.5.1 钻机功能上的创新

7.5.2 结构设计上的创新

7.5.3 理论研究上的创新

7.6 今后的工作设想

参考文献

攻博期间发表的论文及其它成果

附件曲柄压梁优化设计计算程序

中文摘要

Abstract

致谢

发布时间: 2005-08-26

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