大型水平定向钻机动力头液压系统及其控制研究

发布时间：2017-05-23 14:11

  本文关键词：大型水平定向钻机动力头液压系统及其控制研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着我国经济的快速发展和城镇化建设的稳步推进，地下管线的修复、更换和建设是必不可少的，同时由于经济社会发展带来的巨大能源消耗，石油、天然气、煤气管线的铺设工程已成为我国能源战略中的重要组成部分。这些都为我国非开挖技术的发展提供了有利的市场条件，其中石油、天然气管线等大型管线穿越工程的建设更需要大型水平定向钻机作为支撑，其国内市场需求非常可观。因此，有必要对大型水平定向钻机进行研究和开发。动力头液压系统及其控制作为钻机的关键部分，其水平高低决定着整机的品质。 论文对泵控闭式液压系统和泵控开式液压系统作了分析、对比，同时也对基于CAN总线的分布式控制系统的特点和结构作了介绍，为动力头液压系统和控制系统整体方案的确定提供理论了基础。 在分析钻机施工工艺及特性的基础上，提出动力头液压系统的设计要求；根据液压系统主要元件的工作原理，对液压泵和液压马达进行了数学建模；基于马达的数学模型对系统的动态特性进行定性分析；建立了基于仿真软件AMESim的变量泵和动力头液压系统的仿真模型，分别用实验对仿真模型作了验证，利用仿真模型针对不同性能参数对系统动态特性的影响做了定量分析，，为系统的调试和改进提供了参考依据。 分析了动力头控制系统结构，规划了控制功能，介绍了系统的主要控制硬件；基于现有控制系统结构，提出发动机自动降速控制，对自动降速控制在钻机上的应用做了分析，设计了控制功能，并确定了部分控制参数。首次提出将发动机自动降速控制技术应用于大型水平定向钻机，对提升钻机的节能性有着重要意义。 针对变量泵和液压系统的仿真模型，搭建实验平台，做了相关实验测试，并将实验结果用于对仿真模型的验证。
【关键词】：水平定向钻机 动力头液压系统 动态特性 AMESim 自动降速控制
【学位授予单位】：燕山大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH137;TP273
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-19
• 1.1 水平定向钻机简介及其工程应用11-14
• 1.1.1 水平定向钻机简介11-13
• 1.1.2 水平定向钻机的工程应用13-14
• 1.2 大型水平定向钻机国内外发展现状14-15
• 1.2.1 大型水平定向钻机国外发展现状14
• 1.2.2 大型水平定向钻机国内发展现状14-15
• 1.3 大型水平定向钻机发展趋势15-16
• 1.3.1 发动机、液压元件及系统的研究和性能提高15-16
• 1.3.2 电液一体化技术的研究与应用16
• 1.4 本论文的选题背景及意义16-17
• 1.5 本论文的研究目标与主要研究内容17-19
• 1.5.1 论文研究目标17
• 1.5.2 论文主要研究内容17-19
• 第2章 泵控系统及基于 CAN 总线分布式控制系统19-31
• 2.1 泵控系统19-28
• 2.1.1 闭式回路泵控液压系统19-22
• 2.1.2 开式回路泵控液压系统22-26
• 2.1.3 动力头液压系统方案对比26-28
• 2.2 基于 CAN 总线分布式控制系统28-30
• 2.2.1 CAN 总线技术28-29
• 2.2.2 分布式控制系统29-30
• 2.2.3 基于 CAN 总线分布式控制系统总体结构30
• 2.3 本章小结30-31
• 第3章 动力头液压系统及其动态特性研究31-77
• 3.1 大型水平定向钻机施工工艺及特性分析31-34
• 3.1.1 大型水平定向钻机的施工工艺分析31-32
• 3.1.2 大型水平定向钻机特性分析32-34
• 3.2 动力头液压系统设计要求34-35
• 3.2.1 推拉液压系统34
• 3.2.2 回转液压系统34-35
• 3.3 动力头液压系统主要元件的介绍35-37
• 3.3.1 液压泵的选择35-36
• 3.3.2 液压马达的选择36-37
• 3.3.3 换向阀的选择37
• 3.4 动力头液压系统方案37-39
• 3.5 动力头液压系统关键元件建模39-48
• 3.5.1 液压泵的数学模型39-47
• 3.5.2 液压马达的数学模型47-48
• 3.6 动力头液压系统的动态特性分析48-76
• 3.6.1 液压系统动态特性分析的概述48-50
• 3.6.2 动力头液压系统关键性能参数的理论分析50-52
• 3.6.3 动力头液压系统 AMEsim 仿真模型52-62
• 3.6.4 额定工况下系统仿真分析62-66
• 3.6.5 动力头液压系统动态特性影响因素分析66-76
• 3.7 本章小结76-77
• 第4章 动力头控制系统研究77-89
• 4.1 动力头控制系统的方案77-78
• 4.2 动力头控制系统的功能规划78-80
• 4.2.1 动力头作业功能78
• 4.2.2 状态监测功能78-79
• 4.2.3 报警及故障处理功能79-80
• 4.2.4 GPS 功能80
• 4.3 控制系统硬件的选择80-82
• 4.3.1 控制器的选择80-81
• 4.3.2 显示器的选择81-82
• 4.4 钻机自动降速控制技术研究82-88
• 4.4.1 发动机特性分析82-84
• 4.4.2 自动降速控制技术立论依据84-85
• 4.4.3 自动降速控制技术的应用分析85-86
• 4.4.4 自动降速控制功能设计86-87
• 4.4.5 自动降速控制节能效果分析87-88
• 4.5 本章小结88-89
• 第5章 实验研究89-95
• 5.1 实验目的及内容89
• 5.2 实验平台及硬件设备89-91
• 5.2.1 变量泵测试89-90
• 5.2.2 液压系统测试90-91
• 5.3 实验结果分析91-94
• 5.3.1 变量泵测试结果分析91-92
• 5.3.2 液压系统测试结果分析92-93
• 5.3.3 推拉系统性能测试分析93-94
• 5.4 本章小结94-95
• 结论95-97
• 参考文献97-100
• 攻读硕士学位期间承担的科研任务与主要成果100-101
• 致谢101-102
• 作者简介102

【参考文献】

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