水下导向攻泥器钻进液压系统设计与动力学建模
发布时间：2021-10-07 04:59
随着海洋资源勘探、开发和交通运输等海上经济活动日益增多,船舶向大型化、专业化发展,由此所引发的沉船数量不断上升,打捞难度也越来越大。为保障海洋经济发展,保护人民生命财产安全,迫切需要我国建立“大吨位、大深度沉船打捞和快速清障打捞”的应急保障能力。水下导向攻泥器攻打过底千斤洞技术是沉船救捞工程中常用的一项关键技术,千斤洞攻打的效率和精度往往直接决定了打捞作业的成败。本论文以我国交通部的“到2020年建设先进沉船救助打捞体系”为目标[1],研究围绕沉船打捞的水下导向攻泥器展开,根据其驱动力、钻进速度等工作需求计算和设计了总体液压系统,考虑到海底底质复杂性诸多因素会产生负载突变等状况,基于压力流量复合控制优化了现有钻机模块的液压驱动系统,通过AMESim仿真完成钻头在复杂海况下钻进力和钻速的协调控制。运用土力学原理分析实际钻进时土体破坏的原因,按照导向钻进原理确定各时刻钻头的运动状态,以此建立负载力学模型进行轨迹设计。将导向板向前移动与绕钻头中心点转动分别建立数学模型,采用牛顿—欧拉方程建立动力学模型,通过MATLAB中S函数的建模与仿真研究液压驱动力、海底底质、钻杆材质等参数对钻进轨迹的影...
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３水面非开挖定向钻机示意图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆｌａｎｄｌｅｓｓ?ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ?ｄｒｉｌｌｉｎｇ?ｒｉｇ??ｉ??
?大连海事大学硕士学位论文???Ｋ．Ｉｓａｋａ等［１７］人提出了一种仿蚯蚓运动的钻孔机器人设备，装置由挖掘单元和推进单元??组成。挖掘单元由机头、螺旋钻、套管、出口和电机组成；推进单元共三个推进子单元，??每个子单元包括板、套管、导轴和加紧机构。为了减小钻削扭矩，在机器人的头部加入??了水射流装置。??中国科学院沈自所［１８］较早研宄制造了水下蠕动爬行拱泥机器人，该机器人可由液压??系统相互连接头、尾两大结构组成。如图１．１０所示，创新之处在于加入限位块，使得推??进装置协调运转实现直行和转向运动。但该设备也会在运动过程中造成孔洞塌陷的问题，??原因在于限位块运动造成土壤的脱落，不容易成孔。??—??图１．１０中国科学院沈自所埤泥机器人??Ｆｉｇ．?１．１０?Ｍｕｄ?ｒｏｂｏｔ?ｏｆ?Ｗｕｈａｎ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??孟庆鑫、魏洪兴等人１１９１研宄陆地非开挖钻进设备中所应用的穿孔机，结合现有蠕动??前进的仿生机器人，设计头部冲击式方案的攻泥设备。它由三部分组成，创新点为前、??后支撑足是由齿轮齿条和丝杠等机械机构控制的，在电机带动下机器人吋以交替伸缩、??跟进，步进电机所带动的锥齿轮机械机构能实现两个方向的小角度调整。西北工业大学??李燕［２（）】对研究土质中的蚯蚓，仿蚯蚓机器人在冲击头部以曲柄滑块的巧妙运用达到拱泥??作用，采用ＡＤＡＭＳ对机器人的各部分结构进行分析并优化。??图１．１１武汉理工大学攻泥机器人??Ｆｉｇ．?１．１１?Ｍｕｄ?ｒｏｂｏｔ?ｏｆ?Ｓｈｅｎｙａｎｇ?Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ?ｏｆ?Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ??如图ｕｉ所示，武汉理工大学张英［２１－
低等优点，其经??济和社会效益尤为突出。??西欧、美国和日本等国家在基础建设中最先采用非开挖技术，在传统挖槽埋管道的??工程中，经常会出现无法开挖地表的工程，如穿越铁路、公路干线，途经河流等情况，??甚至地表以下有其他未知管线，水平定向钻机可以不受其地表影响，从下方穿过完成施??工，借助高精度的导向钻进导航仪规避其他管线，经济费用较低。英国的Ｒａｄｉｏｄｅｔｅｃｔｉｏｎ??公司、ＡＤＤＳ公司，美国的沟神公司、Ｖｅｒｍｅｅｒ公司，意大利的Ｃｏｉｌｉｄｒｉｕ公司等都有先??进的产品，如图１．１２所示，对其研究也投入巨大资金??图１．１２美国Ｖｅｒｍｅｅｉ？公司Ｄ５００型钻机??Ｆｉｇ．?１．１２?Ｖｅｒｍｅｅｒ?Ｄ５００?ｄｒｉｌｌｉｎｇ?ｒｉｇ??国内非幵挖技术在９０年代中开始发展，随着美国Ｖｅｒｍｅｅｒ等公司钻机占据国内市??场，徐工集团、中联重科等厂家也迅速掌握了中小型系列钻机的核心技术，北京土行孙??和深圳钻通的市场占用率８０％以上。但国内水平定向钻机普遍存在自动化程度低的问题，??钻岩能力低，钻杆装卸、润滑和钻机锚固等系统也相对落后。??－８?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于压力流量复合控制的水下非开挖钻进电液驱动系统研究[J]. 陈英龙,王俊杰,张增猛,弓永军. 液压与气动. 2019(01)
[2]桥梁通航安全影响论证中的常见问题及其处理方法[J]. 李一兵,何文辉. 水道港口. 2014(04)
[3]交通运输部着力建设国际一流的现代化专业救助打捞体系[J]. 本刊编辑部. 中国水运. 2014(07)
[4]非开挖水平定向钻机在沉船打捞中的应用[J]. 张伟,周绪强,娄睿. 科技和产业. 2013(07)
[5]冲击作用下的压头破岩机制研究[J]. 杨岳峰,梁正召,唐春安. 岩土力学. 2013(06)
[6]水下攻泥器随钻姿态惯性测量方法[J]. 颜翚,葛彤,杨柯,王旭阳. 上海交通大学学报. 2012(03)
[7]排水工程水平定向钻非开挖施工技术[J]. 贾向英. 山西建筑. 2009(02)
[8]水下仿生拱泥机器人方案研究[J]. 张英,孙虎,胡勇,朱美琪. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2005(04)
[9]一种打捞沉船穿千斤的新方法(英文)[J]. 胡勇,张英,朱美琪,刘胜根,李川. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2005(03)
[10]水平定向钻进轨迹最优化设计方法研究[J]. 罗武胜,鲁琴,徐涛,吕海宝. 岩土工程学报. 2005(06)
博士论文
[1]拱泥仿生机器人系统设计及其虚拟样机研究[D]. 颜兵兵.哈尔滨理工大学 2008
[2]JFK-15型非开挖导向钻机的研制及其液压系统动态特性仿真研究[D]. 沙永柏.吉林大学 2007
[3]水下仿生拱泥机器人及其关键技术研究[D]. 张英.武汉理工大学 2005
硕士论文
[1]大吨位水平定向钻机液压系统设计与仿真研究[D]. 陈涛.沈阳建筑大学 2011
[2]Z6500水平定向钻机动力头及其液压驱动系统动力学研究[D]. 柳利平.长安大学 2009
[3]管棚钻机掘进与行驶液压驱动系统研究[D]. 黄华滨.长安大学 2009
[4]非开挖导向钻进轨迹三维优化设计研究[D]. 钮洪亮.中国地质大学 2008
[5]45t水平定向钻机液压驱动系统研究[D]. 韩宇.长安大学 2007
[6]小孔扩张理论及其应用[D]. 周炳勤.东南大学 2005
[7]非开挖水平定向钻进轨迹设计与调控技术研究[D]. 鲁琴.国防科学技术大学 2004
[8]仿蚯蚓在土质环境下拱洞机器人的研究[D]. 李燕.西北工业大学 2004
本文编号：3421403
【文章来源】：大连海事大学辽宁省 211工程院校
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
图１．３水面非开挖定向钻机示意图??Ｆｉｇ．?１．３?Ｓｃｈｅｍａｔｉｃ?ｄｉａｇｒａｍ?ｏｆｌａｎｄｌｅｓｓ?ｔｒｅｎｃｈｌｅｓｓ?ｄｉｒｅｃｔｉｏｎａｌ?ｄｒｉｌｌｉｎｇ?ｒｉｇ??ｉ??
?大连海事大学硕士学位论文???Ｋ．Ｉｓａｋａ等［１７］人提出了一种仿蚯蚓运动的钻孔机器人设备，装置由挖掘单元和推进单元??组成。挖掘单元由机头、螺旋钻、套管、出口和电机组成；推进单元共三个推进子单元，??每个子单元包括板、套管、导轴和加紧机构。为了减小钻削扭矩，在机器人的头部加入??了水射流装置。??中国科学院沈自所［１８］较早研宄制造了水下蠕动爬行拱泥机器人，该机器人可由液压??系统相互连接头、尾两大结构组成。如图１．１０所示，创新之处在于加入限位块，使得推??进装置协调运转实现直行和转向运动。但该设备也会在运动过程中造成孔洞塌陷的问题，??原因在于限位块运动造成土壤的脱落，不容易成孔。??—??图１．１０中国科学院沈自所埤泥机器人??Ｆｉｇ．?１．１０?Ｍｕｄ?ｒｏｂｏｔ?ｏｆ?Ｗｕｈａｎ?Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ?ｏｆ?Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ??孟庆鑫、魏洪兴等人１１９１研宄陆地非开挖钻进设备中所应用的穿孔机，结合现有蠕动??前进的仿生机器人，设计头部冲击式方案的攻泥设备。它由三部分组成，创新点为前、??后支撑足是由齿轮齿条和丝杠等机械机构控制的，在电机带动下机器人吋以交替伸缩、??跟进，步进电机所带动的锥齿轮机械机构能实现两个方向的小角度调整。西北工业大学??李燕［２（）】对研究土质中的蚯蚓，仿蚯蚓机器人在冲击头部以曲柄滑块的巧妙运用达到拱泥??作用，采用ＡＤＡＭＳ对机器人的各部分结构进行分析并优化。??图１．１１武汉理工大学攻泥机器人??Ｆｉｇ．?１．１１?Ｍｕｄ?ｒｏｂｏｔ?ｏｆ?Ｓｈｅｎｙａｎｇ?Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ?ｏｆ?Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ?ｉｎ?Ｃｈｉｎａ??如图ｕｉ所示，武汉理工大学张英［２１－
低等优点，其经??济和社会效益尤为突出。??西欧、美国和日本等国家在基础建设中最先采用非开挖技术，在传统挖槽埋管道的??工程中，经常会出现无法开挖地表的工程，如穿越铁路、公路干线，途经河流等情况，??甚至地表以下有其他未知管线，水平定向钻机可以不受其地表影响，从下方穿过完成施??工，借助高精度的导向钻进导航仪规避其他管线，经济费用较低。英国的Ｒａｄｉｏｄｅｔｅｃｔｉｏｎ??公司、ＡＤＤＳ公司，美国的沟神公司、Ｖｅｒｍｅｅｒ公司，意大利的Ｃｏｉｌｉｄｒｉｕ公司等都有先??进的产品，如图１．１２所示，对其研究也投入巨大资金??图１．１２美国Ｖｅｒｍｅｅｉ？公司Ｄ５００型钻机??Ｆｉｇ．?１．１２?Ｖｅｒｍｅｅｒ?Ｄ５００?ｄｒｉｌｌｉｎｇ?ｒｉｇ??国内非幵挖技术在９０年代中开始发展，随着美国Ｖｅｒｍｅｅｒ等公司钻机占据国内市??场，徐工集团、中联重科等厂家也迅速掌握了中小型系列钻机的核心技术，北京土行孙??和深圳钻通的市场占用率８０％以上。但国内水平定向钻机普遍存在自动化程度低的问题，??钻岩能力低，钻杆装卸、润滑和钻机锚固等系统也相对落后。??－８?－??
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于压力流量复合控制的水下非开挖钻进电液驱动系统研究[J]. 陈英龙,王俊杰,张增猛,弓永军. 液压与气动. 2019(01)
[2]桥梁通航安全影响论证中的常见问题及其处理方法[J]. 李一兵,何文辉. 水道港口. 2014(04)
[3]交通运输部着力建设国际一流的现代化专业救助打捞体系[J]. 本刊编辑部. 中国水运. 2014(07)
[4]非开挖水平定向钻机在沉船打捞中的应用[J]. 张伟,周绪强,娄睿. 科技和产业. 2013(07)
[5]冲击作用下的压头破岩机制研究[J]. 杨岳峰,梁正召,唐春安. 岩土力学. 2013(06)
[6]水下攻泥器随钻姿态惯性测量方法[J]. 颜翚,葛彤,杨柯,王旭阳. 上海交通大学学报. 2012(03)
[7]排水工程水平定向钻非开挖施工技术[J]. 贾向英. 山西建筑. 2009(02)
[8]水下仿生拱泥机器人方案研究[J]. 张英,孙虎,胡勇,朱美琪. 武汉理工大学学报(信息与管理工程版). 2005(04)
[9]一种打捞沉船穿千斤的新方法(英文)[J]. 胡勇,张英,朱美琪,刘胜根,李川. 武汉理工大学学报(交通科学与工程版). 2005(03)
[10]水平定向钻进轨迹最优化设计方法研究[J]. 罗武胜,鲁琴,徐涛,吕海宝. 岩土工程学报. 2005(06)
博士论文
[1]拱泥仿生机器人系统设计及其虚拟样机研究[D]. 颜兵兵.哈尔滨理工大学 2008
[2]JFK-15型非开挖导向钻机的研制及其液压系统动态特性仿真研究[D]. 沙永柏.吉林大学 2007
[3]水下仿生拱泥机器人及其关键技术研究[D]. 张英.武汉理工大学 2005
硕士论文
[1]大吨位水平定向钻机液压系统设计与仿真研究[D]. 陈涛.沈阳建筑大学 2011
[2]Z6500水平定向钻机动力头及其液压驱动系统动力学研究[D]. 柳利平.长安大学 2009
[3]管棚钻机掘进与行驶液压驱动系统研究[D]. 黄华滨.长安大学 2009
[4]非开挖导向钻进轨迹三维优化设计研究[D]. 钮洪亮.中国地质大学 2008
[5]45t水平定向钻机液压驱动系统研究[D]. 韩宇.长安大学 2007
[6]小孔扩张理论及其应用[D]. 周炳勤.东南大学 2005
[7]非开挖水平定向钻进轨迹设计与调控技术研究[D]. 鲁琴.国防科学技术大学 2004
[8]仿蚯蚓在土质环境下拱洞机器人的研究[D]. 李燕.西北工业大学 2004
本文编号：3421403
本文链接：https://www.wllwen.com/guanlilunwen/gongchengguanli/3421403.html
