螺旋钻机变幅时机液耦合动力学的键合图建模

为了从理论上研究螺旋钻机变幅机构内在的复杂动态特性,建立较精确的变幅机构数学模型。首先,分析螺旋钻机变幅机构的工作原理和结构特点,运用键合图理论对转动铰、油缸及立柱进行模块化建模,构建变幅机构基础单元的多体动力学模型;然后,建立变幅机构液压系统驱动力的键合图模型。通过分析各子模型的动态特性及相互作用规律,根据功率流传递路径,以统一方式建立变幅机构机液耦合动力学的键合图模型。研究结果表明:变幅油缸2腔压力的数值模拟结果与试验结果较吻合,表明该模型能预测机液耦合作用下系统的动态特性,可为分析和提高变幅机构的动力学性能提供参考。

模拟月壤螺旋钻进力载特性分析

月球钻探取样具有钻进对象松散、钻机功率小、质量轻、钻进过程无冲洗介质等难点,螺旋钻进因其连续排屑和干式回转钻进的能力,成为最具可行性的月球钻探取样方式之一。为确保在设备能力和月表环境限制下实现深层月壤钻探取样目的,针对月壤/模拟月壤物理力学特性,对螺旋钻探取样过程进行力载特性分析。分析表明,月球钻探具有螺旋叶片宽度窄、回转速度高的特点,可采用钻屑颗粒模式求得临界回转速度,然后选择合理的钻进工艺。螺旋钻进功耗包括钻头切削月壤的功耗和钻进排屑功耗,可根据功耗模型研究各变量对功率的影响规律,从而为钻具结构优化和钻进参数优选提供理论指导。

直接提钻工况下双斜撑长螺旋钻机桅杆稳定性分析

为准确分析直接提钻工况下双斜撑长螺旋钻机桅杆的稳定性,建立双斜撑作用下多段桅杆的挠曲微分方程,引入边界条件,获得双斜撑作用下桅杆失稳特征方程及其提钻临界值。对ZLH43ZL(TB)-D180长螺旋钻机进行稳定性分析,将推导结果与采用ANSYS有限元方法所得结果进行对比。结果表明:推导的失稳特征方程基本正确;直接提钻工况下双斜撑长螺旋钻机桅杆的失稳临界值F_(cr)与主、副斜撑点位置参数λ_1,λ_2,桅杆截面惯性矩I和主卷扬钢丝绳角度θ等因素有关。失稳临界值F_(cr)随λ_1和λ_2的逐渐增大,先增大后减小,且λ_1对F_(cr)的影响甚于λ2;F_(cr)随I的增大,先迅速增大,后逐渐平缓;F_(cr)随θ(0°≤θ≤20°)不断增大而缓慢增大。研究结果对工程机械中类似结构的稳定性分析有一定参考价值。

基于粒子群优化算法的螺旋钻机变幅机构铰点位置优化

螺旋钻机变幅机构铰点位置是影响变幅机构性能的关键因素之一,它对变幅油缸最大油压、变幅机构各铰点最大受力、活动钻桅起柱时间等变幅机构主要性能参数都有决定性影响。针对传统设计方法对获取最佳铰点位置需要反复试算、耗时长、效率低且难以精确定位的不足,为了快速、高效、准确地获取最优铰点位置,以变幅机构的活动钻桅为研究对象,在分析变幅机构结构和工作原理的基础上,建立了变幅机构力学模型,并将变幅油缸的油压作为目标函数,以变幅机构的结构限制和油缸制造工艺要求确定约束条件。基于粒子群优化算法,结合MATLAB对目标函数进行运算分析,以变幅油缸的最大油压最小为目标确定了变幅机构最优铰点位置。铰点位置优化后,变幅油缸最大油压降低了9.2%,变幅机构各铰点最大受力降低了9.1%~9.2%,变幅机构性能明显得到提升。该研究提供了一种快速可行的铰点位置优化方法,对变幅机构的优化设计具有实际参考意义。

螺旋钻机回转液压系统冲击控制特性分析

螺旋钻机回转系统在换向过程中会产生较大的冲击与振动。为了降低螺旋钻机回转系统在换向时的冲击,采取减小换向瞬间节流阀芯开口面积的方法,推导了单节、双节U形节流阀芯不同位移时阀口的通流面积公式。加工了单节、双节U形节流阀芯,并将其应用于螺旋钻机的回转冲击试验。实验结果表明,采用双节U形节流阀芯,可以有效减小回转马达换向时进油腔的最高冲击压力和压力波动幅值,使螺旋钻机回转换向过程更平稳。