蠕动掘进器月壤接力式运移负载特性分析及试验研究

发布时间：2017-08-28 12:49

  本文关键词：蠕动掘进器月壤接力式运移负载特性分析及试验研究

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【摘要】：相比于传统的钻进探测方式,蠕动掘进器可以通过接力式排屑的方式实现低功耗大潜入深度的探测,更加适合月壤剖面的多目标科学探测。本文以月壤剖面的蠕动掘进式潜入探测为工程背景,以蠕动掘进器的运动和动力参数匹配为研究目标,分析了掘进器月壤接力式运移的原理、建立了掘进钻头和排屑螺旋的排屑负载模型以及缓存区高度对掘进单元的负载增量模型,通过理论分析与试验验证相结合的方式,最终实现了掘进器运动参数和负载参数匹配。本文分析了蠕动掘进器的接力式运移过程及其潜入原理,提出了以单位潜入深度所需功耗的评价指标,并以此为依据建立了面向顺畅下潜的掘进器运动参数匹配准则,完成了负载参数分析。在此基础上,分析了月壤物理力学参数、辅助排屑单元功能参数对掘进器极限潜入能力的影响关系。依据蠕动掘进器潜入负载特性参数评价的需求,提取出了特性参数测试平台的设计指标,完成了测试平台方案设计以及机械系统和控制系统设计工作,研制了蠕动掘进器月壤接力式运移特性测试系统。以量化测试和试验评估为目标,完成了测试平台主要功能性能指标的标定。基于摩尔库伦破坏准则和朗肯被动土压力理论,建立了掘进钻头切削原位月壤的负载模型;根据螺旋输送理论,建立了螺旋排屑负载模型;利用月壤接力式运移特性测试系统开展了不同运动参数下的掘进试验,验证了掘进负载理论模型的正确性;建立缓存区月壤填充负载模型,得到了缓存区高度对底部压力的影响关系。通过试验建立了缓存区月壤堆积高度与缓存区月壤堆积引起的掘进单元负载增量模型,为运动参数匹配和试验研究提供了理论基础。此外,本文还开展了排屑单元回转转速、定姿机构阻挡率、不同孔隙率月壤对象对掘进器负载特性影响关系的试验研究工作,为准确预估蠕动掘进器的掘进和排屑负载提供了依据。本文所获得的研究成果,对于蠕动掘进器缓存区的优化设计提供了直接借鉴,对于蠕动掘进器的工程设计和试验奠定了理论基础。
【关键词】：蠕动掘进器 月壤 接力式运移 试验研究
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：P184.5;P634
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-9
• 第1章 绪论9-17
• 1.1 课题来源及研究的目的和意义9-10
• 1.1.1 课题来源9
• 1.1.2 课题研究的目的和意义9-10
• 1.2 国内外在该方向的研究现状及分析10-15
• 1.2.1 月壤采样钻具技术现状10-11
• 1.2.2 地外天体潜入式探测国外研究现状11-13
• 1.2.3 地外天体潜入式探测国内研究现状13-14
• 1.2.4 蠕动掘进器顺畅潜入关键技术分析14-15
• 1.3 文献分析及启示15
• 1.4 本文的主要研究内容15-17
• 第2章 蠕动掘进器月壤接力式运移原理分析17-27
• 2.1 引言17
• 2.2 月壤物理力学特性分析17-18
• 2.2.1 月壤物理特性17-18
• 2.2.2 月壤力学特性18
• 2.3 蠕动掘进器系统组成18-20
• 2.4 掘进下潜工作原理及流程分析20-24
• 2.4.1 蠕动掘进器运动流程分析20
• 2.4.2 蠕动掘进器负载参数分析20-22
• 2.4.3 面向顺畅下潜的掘进器运动参数匹配准则22-24
• 2.5 最大潜入能力及其影响因素分析24-26
• 2.5.1 土壤参数对潜入能力的影响24-25
• 2.5.2 辅助排屑单元对潜入能力的影响25-26
• 2.6 本章小节26-27
• 第3章 掘进器月壤接力式运移负载特性测试系统研制27-39
• 3.1 引言27
• 3.2 测试系统组成方案设计27-30
• 3.2.1 功能及组成设计27-28
• 3.2.2 测试系统方案设计28-30
• 3.3 详细设计与分析30-34
• 3.3.1 回转驱动单元设计30-31
• 3.3.2 进尺驱动单元设计31-34
• 3.4 控制系统设计34-35
• 3.5 功能和性能指标测试35-37
• 3.5.1 回转转速精度测试35-36
• 3.5.2 空载回转扭矩测试36-37
• 3.5.3 进尺速度精度测试37
• 3.6 本章小结37-39
• 第4章 掘进器接力式排屑负载特性分析与验证39-55
• 4.1 引言39
• 4.2 掘进机具负载建模与验证39-48
• 4.2.1 掘进钻头切削负载建模39-42
• 4.2.2 螺旋排屑负载建模42-46
• 4.2.3 掘进机具负载模型试验验证46-48
• 4.3 缓存区底部填充负载建模48-51
• 4.4 缓存区高度对排屑负载影响的试验研究51-53
• 4.5 本章小结53-55
• 第5章 掘进器运动参数匹配及月壤运移特性试验研究55-67
• 5.1 引言55
• 5.2 面向最优潜入特性的掘进器运动参数匹配55-60
• 5.2.1 最优运动参数求解55-57
• 5.2.2 运动参数匹配试验验证57-60
• 5.3 排屑单元转速对掘进单元负载的影响研究60-63
• 5.3.1 试验方法及条件60-61
• 5.3.2 试验数据分析61-63
• 5.4 定姿机构阻挡率对排屑负载的影响研究63-64
• 5.5 模拟月壤剖面孔隙率对掘进钻头切削负载的影响研究64-66
• 5.5.1 不同孔隙率月壤剖面样本的制备64-65
• 5.5.2 掘进钻头切削负载测试与评估65-66
• 5.6 本章小结66-67
• 结论67-68
• 参考文献68-72
• 攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果72-74
• 致谢74

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