全液压排管机动力学特性研究

发布时间：2018-03-13 18:26

本文选题：深部大陆科学钻探　切入点：地壳一号　出处：《吉林大学》2016年博士论文　论文类型：学位论文

【摘要】：2008年,国土资源部组织实施了国家深部探测技术与实验研究专项SinoProbe。钻探是获取地下信息的最直观手段,因此专项中设置了由吉林大学建设工程学院负责的“SinoProbe-09-05---深部大陆科学钻探装备研制”专题,该课题旨在为深部探测研制所需的关键技术装备,主要包括“地壳一号”万米钻机主机及其配套的由全液压顶驱、全液压排管机、全液压猫道和一键式智能铁钻工组成的管具自动化处理系统。其中全液压排管机可满足科学钻探对连续取芯的需求以及施工周期长等特点,可节省辅助时间、提高安全系数。“地壳一号”全液压排管机悬挂于二层台下方,通过导轨卡块和二层台舌台连接,整机重2.2吨,由导轨总成、滑车总成、回转机构、伸展机构、升降机构和上下机械手所组成,排管机可在指梁架抓取立根、排放立根,并实现立根运移,配合顶驱及液压吊卡使用,可实现二层台无人操作,减少大量辅助时间,可大幅提升工作效率。本文对国内外目前排管机结构形式的现状进行了研究和分析,分析了目前工程机械领域常用的几种调速回路节流调速系统、负流量系统、正流量系统、负载敏感系统和负载不相关流量独立分配系统的优缺点,最终选定负载敏感系统作为排管机的液压系统,并制定了排管机的各机构运行顺序及自动控制策略。二层台舌台为悬臂式结构,研究了排管机工作状态下运移立根时二层台舌台的受力情况。通过仿真结果表明,悬挂于二层台下方的排管机在抓取指梁架中最远端的Φ168mm立根时,二层台强度满足要求,但是刚度不足产生了一定了挠度,因此需要加强二层台刚度或使用纠偏机构进行纠偏。通过MSC.Adams软件模拟了排管机进行手动纠偏工况时的过程,仿真表明,在2-5°范围内,空载时排管机纠偏功能仅需1秒左右即可将排管机桅杆偏斜角度纠正至目标值范围内。“地壳一号”排管机在夹持立根运移过程中,立根的下端存在一定的摆动,而引起末端摆动最大的机构是伸展机构和变幅机构。采用第二类拉格朗日方程建立了伸展机构和变幅机构的刚性多体动力学方程,采用拉格朗日方程、虚功原理和模态假设法来建立伸展机构和变幅机构的柔性多体动力学方程。对比二者方程发现柔性多体动力学方程比刚性多体动力学方程中多了非线性项。在MSC.Adams软件中建立了伸展机构和变幅机构的多刚体动力学仿真模型和刚柔耦合动力学仿真模型,通过仿真结果对比表明伸展机构的伸展拉杆这一长细比较大的零件呈现出了较多的柔性特性,应加强该结构。伸展油缸驱动的由平行四边形机构组成的伸展机构运动时,下机械手随之产生了竖直方向的位移。为了保持立根在运移过程中重心的竖直位移保持不变,以确保立根运移的稳定性和系统能耗的降低,升降机构应和伸展机构耦合运动,以补偿伸展机构动作时下机械手产生的位移。计算了升降机构为补偿伸展机构运动所产生的竖直位移的驱动速度关系。采用AMESim和Virtual lab motion进行了接近真实情况的1D、3D联合仿真,在开环和闭环控制下,实现了排管机运移立根过程中,立根高度的自动控制,结果表明控制方式有效。在吉林大学朝阳校区钻探楼内搭建了排管机试验平台,对排管机升降桅杆和三角架机构进行了整改设计,取消了原纠偏机构改为变幅机构。在AMESIM环境下,建立了负载敏感泵和负载敏感阀的的模型并模拟变化的负载对于重新整改后的排管机进行了液压系统的仿真,仿真验证了负载敏感系统的快速响应和降低能耗。计算了排管机负载敏感系统的效率为76.2%,满足设计要求。
[Abstract]:......
【学位授予单位】：吉林大学
【学位级别】：博士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P634.3

【参考文献】