管棚钻机液压系统设计及动力头给进与回转回路仿真研究

论文摘要

在地下隧道施工作业中,时常会碰到易破碎岩体等稳定性能差的地层,由此出现了管棚超前支护法,它在隧道施工中穿越软弱地层发挥了重要的作用。但是,目前国内还没有专用的管棚支护设备与之配套,工人都是用替代设备进行作业,不仅施工效率低、而且安全性差。但国外进口的专用管棚钻机的价格又非常昂贵,所以引进的数量有限,满足不了施工的需求。本文综述了管棚钻机的发展现状,对国内外钻机性能进行了综合分析比较。针对管棚钻机液压系统存在的缺点与不足,开展了液压系统设计与仿真研究。主要内容如下：(1)对管棚钻机钻进方法、机构动作、负载特性及目前典型的液压控制系统进行了详细的分析,在此基础上提出了钻进工艺对钻机液压系统设计的要求。(2)设计了管棚钻机整机的液压系统,并重点分析了动力头给进回路、动力头回转回路、底盘行走回路,水泵供水回路。对主要回路使用的两负载敏感泵进行了选型,通过计算,证明所选液压泵符合使用要求。(3)传统的钻机液压系统设计方法只对系统进行稳态分析、对系统的动态控制分析不足。本文利用AMESim仿真平台对动力头给进回路、回转回路进行了系统建模,设置模型中的主要参数,并进行动力学仿真。通过分析仿真结果,表明负载敏感液压控制系统满足施工要求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 管棚超前支护法
• 1.2 管棚钻机发展及研究概况
• 1.2.1 钻机发展的一般概况
• 1.2.2 液压传动技术在钻机上的应用
• 1.2.3 国外管棚钻机发展现状
• 1.2.4 国内管棚钻机发展现状
• 1.2.5 国内管棚钻机研究现状
• 1.3 课题研究的背景及主要内容
• 第二章 管棚钻机钻进技术、机构动作及负载特性分析
• 2.1 管棚钻机钻进技术
• 2.1.1 岩石的强度影响因素
• 2.1.2 岩石的可钻性
• 2.1.3 岩石钻进方法及原理
• 2.2 管棚钻机负载特性及机构动作分析
• 2.2.1 管棚钻机性能参数及机构
• 2.2.2 底盘行走
• 2.2.3 动力头给进
• 2.2.4 动力头回转
• 2.2.5 钻具夹紧及拧卸
• 2.2.6 钻杆定位辅助动作
• 2.3 管棚钻机液压系统的设计要求
• 2.4 本章小结
• 第三章 典型液压控制系统分析
• 3.1 液压系统分类
• 3.2 定量泵系统与变量泵系统
• 3.2.1 定量泵系统
• 3.2.2 变量泵系统
• 3.3 节流控制系统分析
• 3.3.1 正流量控制系统
• 3.3.2 负流量液压控制系统
• 3.3.3 节流控制系统的特性分析
• 3.3.4 节流控制系统的特点
• 3.4 负载敏感控制系统
• 3.4.1 调速阀
• 3.4.2 LS与LUDV控制系统分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 管棚钻机液压系统设计及主要回路分析
• 4.1 管棚钻机液压系统设计
• 4.2 动力头给进液压回路
• 4.2.1 给进液压回路原理分析
• 4.2.2 给进液压回路泵的选型
• 4.3 动力头回转液压回路
• 4.3.1 动力头回转液压回路
• 4.3.2 动力头回转回路泵的选型
• 4.4 底盘行走液压回路
• 4.5 水泵供水液压回路
• 4.6 其它回路的设计
• 4.7 本章小结
• 第五章 基于AMESim的负载敏感液压系统仿真分析
• 5.1 AMESim软件介绍
• 5.2 负载敏感系统仿真模型的建立
• 5.2.1 负载敏感控制阀模型
• 5.2.2 最高压力切断阀模型
• 5.2.3 泵及变量机构模型
• 5.2.4 钻机钻孔模拟负载仿真模型
• 5.2.5 负载敏感控制系统模型
• 5.3 负载敏感控制系统的仿真与分析
• 5.3.1 负载缓慢变化时，系统的响应情况
• 5.3.2 负载突然变化时，系统的响应情况
• 5.3.3 负载超过泵最大切断压力，系统的响应情况
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与后续工作
• 6.1 结论
• 6.2 后续工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果