全液压动力头式钻机液压系统动态分析及控制方法的研究

论文摘要

本文以2006年度国家科技部科研院所专项资金项目“ZDY6000S履带自行式水平深孔瓦斯抽放钻机”为依托,总结了目前煤矿坑道用全液压动力头式钻机主要液压回路的型式和特点,指出钻机液压系统设计方法上还停留在只对系统进行稳态分析、对系统的动态控制过程关注不够的问题。论文研究了坑道钻探施工的负载特点,分析了钻机液压系统回转回路和给进回路的工作特性,设计了具有回转回路负载敏感变量和给进回路远控恒压变量的ZDY6000L型全液压坑道钻机液压系统,从坑道钻探施工负载特点出发,利用AMESim软件对典型全液压钻机的回转和给进液压回路进行了较系统的动态过程仿真分析,得出了该钻机阀控节流调速回路、泵控负载敏感调速回路、阀控给进调压回路、泵控恒压变量给进回路的动态特性曲线。论文对仿真结果进行了分析,验证了基于泵控负载敏感技术和泵控恒压变量技术的钻机液压系统设计的合理性,对典型复杂工况条件下,ZDY6000L型钻机液压系统与负载变化的适应性进行了仿真,结果表明负载敏感回路对泵压和马达进口压力波动改善效果显著。论文最后通过实验室测试验证了回转负载敏感回路的调速特性和性能特性,通过现场试验验证了钻机液压系统的工作稳定性。通过本论文的研究工作,探索了应用动态设计方法进行钻机液压系统设计的新思路,对于改善目前全液压钻机的液压系统技术状况、促进煤矿用全液压钻机的更新换代均具有实际意义。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1. 绪论
• 1.1 全液压动力头式钻机发展概况
• 1.2 煤矿用全液压坑道钻机技术现状
• 1.2.1 对全液压动力头式钻机液压系统的要求
• 1.2.2 钻机液压系统和控制型式
• 1.2.3 钻机执行机构的液压回路
• 1.3 全液压钻机的技术进步和存在问题
• 1.4 本论文主要内容
• 2. 全液压坑道钻机泵控变量液压系统的研究与应用
• 2.1 钻机液压液压系统负载特性
• 2.2 主要液压回路设计要求
• 2.3 动力元件与负载的匹配
• 2.3.1 阀控液压马达动态特性
• 2.3.2 泵控液压马达动态特性
• 2.3.3 阀控缸和泵控缸的动态特性
• 2.4 泵控系统与变量泵
• 2.5 ZDY6000L型全液压履带式坑道钻机液压系统
• 2.5.1 回转回路
• 2.5.2 给进回路
• 2.5.3 行走回路
• 2.6 液压系统主要参数的确定
• 2.6.1 ZDY6000L型钻机主要技术参数
• 2.6.2 液压泵和液压马达的选择
• 2.7 ZDY6000L型履带式全液压坑道钻机液压回路特点
• 2.8 本章小结
• 3. 全液压坑道钻机典型液压回路动态分析
• 3.1 静态设计与动态设计
• 3.2 动态设计常用方法
• 3.3 系统建模和仿真软件
• 3.4 液压仿真建模方法
• 3.4.1 基于数学模型的建模仿真
• 3.4.2 基于物理模型的建模仿真
• 3.5 煤矿用动力头式全液压坑道钻机基本液压回路动态仿真
• 3.5.1 主要研究内容
• 3.5.2 液压回路动态仿真平台选择
• 3.5.3 全液压坑道钻机典型液压回路动态仿真分析
• 3.6 本章小结
• 4. 钻机液压系统对典型负载的适应性分析
• 4.1 液压回转回路对典型负载的适应性
• 4.1.1 负载突降时的适应性仿真
• 4.1.2 负载连续波动的系统适应性仿真
• 4.2 钻机行走回路对负载的适应性
• 4.3 本章小结
• 5. 钻机试验
• 5.1 试验目的及试验内容
• 5.2 室内试验
• 5.2.1 钻机性能检验检测试验台结构
• 5.2.2 试验台检测检验工作原理
• 5.2.3 试验测试及数据处理
• 5.3 现场试验
• 5.3.1 试验场地位置及条件
• 5.3.2 钻场条件及钻孔布置
• 5.3.3 钻头和钻杆
• 5.3.4 钻孔施工情况
• 5.4 试验结论
• 6. 总结与展望
• 6.1 本文取得的主要成果
• 6.2 论文创新性
• 6.3 本文研究的不足和建议
• 6.4 发展方向展望
• 6.4.1 节能技术的应用
• 6.4.2 电液比例控制技术的应用
• 6.4.3 机电一体化技术的应用
• 6.4.4 自适应控制技术的研究
• 附表1 ZDY6000L型钻机回转调速特性测试报表
• 附表2 ZDY6000L型钻机回转加载测试报表
• 附表3 ZDY6000L型钻机性能检验测试报表
• 参考文献
• 致谢
• 作者简介