Automatic Modification of Local Drilling Holes via Double Pre-Assembly Holes

Manufacturing accuracy, especially position accuracy of fastener holes, directly affects service life and security of aircraft. The traditional modification has poor robustness, while the modification based on laser tracker costs too much. To improve the relative position accuracy of aircraft assembly drilling, and ensure the hole-edge distance requirement, a method was presented to modify the coordinates of drilling holes. Based on online inspecting two positions of pre-assembly holes and their theoretical coordinates, the spatial coordinate transformation matrix of modification could be calculated. Thus the straight drilling holes could be modified. The method improves relative position accuracy of drilling on simple structure effectively. And it reduces the requirement of absolute position accuracy and the cost of position modification. And the process technician also can use this method to decide the position accuracy of different pre-assembly holes based on the accuracy requirement of assembly holes.

基于管柱动力学的特深井通井组合刚度评价方法与应用

我国特深井钻井正处于快速发展阶段,受井眼尺寸大和深度深的影响,钻井过程中极易出现微井斜、扩径缩径和井壁台阶等,导致套管下入困难,因此通井钻具组合评价尤为重要。目前,现场使用的评价方法常忽略了管柱下入过程中与井壁的碰撞和变形,导致通井效果时好时坏。为了辅助现场施工,文章基于全井管柱动力学模型和HHT-α数值计算方法提出了一种能够模拟管柱下入的动态过程的通井钻具组合的评价方法,该方法考虑了实测井眼轨迹、井眼扩大率和下入阻力等要素。通过某特深井三开下套管前的钻具组合进行实例计算分析,表明井眼扩大率和套管串下入阻力对通井能力和套管下入影响较大,当井眼扩大率较小且套管串下入阻力较大时,需要使用刚度较大的多扶正器通井钻具组合。本方法可以实现实测井况条件下比较精准的刚度对比模拟,也成功指导了案例井?486 mm套管的安全下入。

渠式切割水泥土连续墙的应用和发展

作为超深、等厚、连续、可靠的截水挡土帷幕,渠式切割水泥土连续墙在国内有广泛应用。本文概括了渠式切割水泥土连续墙在国内的引进、应用和发展历程。结合对国内200多个既有应用案例的统计分析,研究了渠式切割水泥土连续墙的施工设备保有情况、成墙深度范围、常用墙体厚度和主要应用场景;罗列了渠式切割水泥土连续墙在复杂地层施工的辅助措施以及典型案例;指出了渠式切割水泥土连续墙在敏感环境微扰动施工的控制要点;介绍了渠式切割预制装配式混凝土连续墙的设计要求和用途,尤其是内插预制板材的截面设计和制造工艺;最后用工程实例表明渠式切割预制装配式混凝土连续墙同时继承了渠式切割微扰动和地下连续墙支护刚度好的特点,无论是切割成墙期间还是土方开挖期间,施工对周边环境的影响都较小。

基于点云数据的大曲率工件表面法向计算方法研究

航空航天构件装配制孔时对垂直度有严格要求,采用机器人等自动设备制孔时,为保证垂直度需要对每一个制孔位置的法向进行在位测量。现有的工件表面法向测量方式难以适应大曲率工件表面的测量需求。通过线激光扫描,可以获得反映工件局部表面详细信息的点云数据,在此基础上提出一种大曲率工件表面法向计算方法。首先研究了通过主成分分析(PCA)对局部点云数据进行平面拟合获得曲面法向的方法,然后选取了若干典型曲率,通过仿真生成点云数据,并分析了法向拟合误差的变化规律。通过试验验证了上述方法的有效性,结果表明,当点云选择范围在12mm以下时,直径为50mm的圆柱试验件的法向拟合误差可以保证在0.219°以下。

水平井BHA控制井斜与方位机理及影响因素分析

根据间隙元法对水平井中各类钻具在不同钻井参数、不同井深和井斜条件下的受力变形计算结果，论述了水平井ＢＨＡ控制井斜与方位的机理是由下部钻具与井壁的不同接触状态来实现的。在转盘钻井时，ＢＨＡ控制井斜与方位是由近钻头稳定器与井壁的接触方位角、接触反力及摩擦阻力综合作用的结果；而在定向钻井中，是由动力钻具弯外壳与井壁的接触角和接触反力作用的结果。同时，对影响下部钻具与井壁接触状态的三类因素（井身形态、钻井参数、下部钻具结构）进行了分析讨论，为水平钻井中合理选择钻具组合和钻井参数、实施井斜与方位控制提供了理论依据。

基于深度强化学习的机器人轴孔装配策略仿真研究

针对现有轴孔装配方法存在的依赖于精确的接触状态模型、数据采集困难、采样效率低、安全性差等问题,提出了一种基于DRL的机器人轴孔装配策略仿真研究方法。搭建了基于ROSGazebo机器人轴孔装配仿真环境,提出了基于最小二乘法对力/力矩传感器进行重力补偿的方法;基于RL的范式对轴孔装配问题建模,并提出了一种基于SAC(soft actor-critic)算法的机器人轴孔装配方法;通过ROS建立了仿真环境与深度强化学习算法的通信机制。实验结果表明:该算法能够使机器人自主且柔顺地完成轴孔装配任务,并具有较好的泛化性。

潜孔冲击器钎头合金齿装配过盈量分析

潜孔冲击器钻进效率高成孔质量好广泛应用于各类成孔作业。冲击器工作过程中钎头受到活塞的高频次撞击和地层的反扭矩作用,钎头掉齿是主要失效问题。根据某石灰石矿场钎头的掉齿失效,分析了合金齿掉齿失效机理,基于厚壁圆筒理论、Tresca屈服条件和全增量理论等理论,分析并计算合金齿极限过盈量,确定过盈量合理范围。通过有限元仿真,模拟分析合金齿过盈装配过程。研究表明,过盈量不够导致固齿力小于脱齿力是发生掉齿的主因,通过分析对比理论计算与仿真模拟结果,得到合金齿装配优选过盈量为0.065 mm,能有效防止掉齿、脱齿现象发生。改进的钎头投入使用后,使用寿命较上一代有较大提升,对后续潜孔冲击器的设计与应用有一定的指导意义。

底部钻具组合力学性能分析及优化

深井段复杂地层倾角大,井斜控制难度大,严重影响了安全钻进。为准确控制井眼轨迹,提高钻具的造斜能力,采用纵横弯曲梁法建立力学计算模型,分析井眼曲率、地层倾角、各跨长度和外径、柔性短节、稳定器外径、翼肋推力、钻压和井斜角等因素对多种底部钻具组合力学性能的影响,优化底部钻具组合。研究结果表明:弯螺杆相比于直螺杆有更好的防斜纠斜能力,更适合在深部造斜力强的地层使用;当方位角在25°与205°时地层侧向力最小;定向井段井眼曲率对2种螺杆钻具组合的导向力影响最大,井斜角次之,钻压影响较小;翼肋推力对弯螺杆推靠式旋转导向钻具组合(RSBHA)的造斜力和造斜性能影响最为显著,钻压次之,井斜角的影响较小。研究结果可为复杂地层井斜规律的研究和控制提供参考依据,钻井工具的合理组合及优化对减少井斜问题、顺利完钻起着重要作用。

基于机器视觉与柔顺控制的在轨轴孔对接技术研究

在轨卫星燃料加注作业涉及失重环境下航天器间多管道同时对接的问题,对此设计了一种可固连辅助牵引/排斥对接作业系统。通过基于边缘信息的模板匹配算法和基于相机小孔成像模型的位姿测量算法进行非合作目标的视觉引导,在机构间建立牵引/排斥作用后,使用引入比例微分控制器的导纳控制算法进行多管道的柔顺插入与分离;借助搭载单目相机以及末端六维力传感器的机械臂实物平台进行验证实验。结果表明:视觉测算的水平方向误差不超过4 mm,可满足后续作业的初始位姿需求;柔顺控制算法能够避免作业过程中的卡阻问题,并将对接机构间的相互作用力与力矩分别保持在20 N以及0.8 Nm以内。系统能够在减少航天器间姿轨扰动的前提下完成小间隙长进深的多管道对接任务。

基于力柔顺控制的断路器轴孔零件装配算法

针对双臂机器人断路器轴孔零件装配操作任务,研究了一种两阶段轴孔装配轨迹规划策略,为了提高双臂协调装配作业的柔顺性和精确性,提出一种FAIC控制算法,实现精确的力跟踪。首先建立轴和孔接触状态力学模型,开展轴孔装配机理研究,根据双臂末端受力平衡,提出了一种操作空间轴孔装配的双臂运动轨迹规划方法。基于阻抗控制实现柔顺轴孔装配,采用模糊控制器在线辨识阻抗控制最优参数,提高装配操作质量。实验结果表明,在双臂协作轴孔装配策略结合FAIC算法作用下,轴孔间接触力控制在3 N以内,装配效率提高36.5%。综上所述,本文提出的FAIC算法与装配策略在双臂协同断路器装配作业中有效地缩短磁组件的装配时间,提高装配效率与精度。

连续管可控偏心垫块BHA滑动钻进导向性能分析

针对小井眼连续管水平钻井过程中导向控制的要求,提出采用可控偏心垫块控制井眼轨迹的方法。在下部钻具组合(BHA)中按照一定的分布规律安装可独立控制的偏心垫块,通过控制偏心垫块的伸出与缩回,使BHA产生相对于井眼轴线的偏心位移,从而改变钻具组合的力学特性;对该钻具组合形式采用纵横弯曲连续梁法,建立了连续管可控偏心垫块BHA滑动钻进导向性能的力学模型与控制方程,并针对具体算例采用控制方程进行了求解。计算结果表明,在不同钻压条件下,钻头井斜力、钻头方位力、井斜平面内钻头转角和方位平面内钻头转角均随偏心稳定器在井斜平面与方位平面内的偏心位移呈线性变化;钻铤内径增大,钻头井斜力、方位力均表现为先缓慢减小后快速降低,钻头转角的变化很小。研究表明,控制钻具组合偏心垫块的伸出与缩回可以改变BHA的力学性能,使BHA产生相对于井眼轴线的偏心位移,达到控制井眼轨迹的目的。

基于力控技术的航空整体加强框自适应定位方法研究

为了减弱制造差异对航空整体加强框装配定位质量的影响,解决强迫定位造成的定位过程管控性差和定位结果复现度低的难题,基于力控技术提出一种航空整体加强框自适应定位方法,按传统强迫方式完成装配定位后,在设计允许范围内调整若干坐标定位孔位置,至孔位处力载值满足自适应定位要求。针对航空整体加强框装配定位工艺对形位精度、装配应力水平的要求,量化装配定位质量评价标准,基于正交试验分析定位孔处力载绝对平均值和定位检测点处应力绝对平均值的变化规律,进行装配现场易于获取的力载值取代应力值的可行性研究,通过修正装配定位质量评价标准量化公式得到坐标定位孔处力载调整目标,指导航空整体加强框装配定位。

基于力位感知技能学习的轴孔柔顺装配方法

针对传统机器人轴孔装配方法建立精确几何接触模型难、学习方法需要样本大和初始姿态偏差大且成功率低的问题,提出了一种基于力位感知装配技能学习的机器人轴孔柔顺装配方法。在搜孔阶段均匀采集轴未入孔的力和力矩样本数据,构建力-动作数据集,搭建多层感知机(MLP)和注意力模块网络进行监督学习、生成力-动作映射判别模型,根据装配过程中的六维力信号预测下一步装配动作,减小轴中心线与孔中心线的夹角和距离,完成轴孔对准操作;在插孔阶段设计了一种以位置控制为内环的柔顺控制算法,通过设置轴端面的期望接触力,在六维力传感器数据反馈的作用下以主动顺应方式实时调整轴的位置和方向。以最小间隙为0.1 mm的单轴孔为对象,设计了100组装配实验,在平均时间为15.1s内的装配成功率为94%。通过与其他装配方法比较,提高了轴孔装配的效率和成功率。

深孔焊结构喷泉式管束装配工艺技术研究

深孔焊技术广泛应用于石油化工领域中的重要换热设备,可有效减少间隙腐蚀、应力腐蚀、疲劳破裂等问题。本文针对深孔焊结构喷泉式管束,进行装配工艺技术的研究。

基于金刚线切片的钙钛矿/硅叠层太阳电池

提出一种免空穴传输层的策略,将自组装单分子层材料作为钙钛矿活性层的添加剂,通过一步旋涂法直接将钙钛矿薄膜制备在导电基底表面,其中薄膜的质量与均一性都得到改善。进一步地,将该方法应用在低成本的商用金刚线切片上,可在高粗糙度的硅表面制备出覆盖度高、形貌致密、无空洞的钙钛矿薄膜。在光电性能方面,用该方法得到的单结钙钛矿太阳电池的光电转换效率为21%,填充因子高达83%,两端钙钛矿/硅叠层太阳电池的光电转换效率为28%。

硬地层防斜打快底部钻具组合结构优化研究

准噶尔盆地阜康地区深部地层岩石硬度高、地层倾角大,传统的钟摆钻具组合提速工具防斜打快效果差。针对这一问题,在对硬地层中使用扭力冲击器提高机械钻速效果分析基础上,提出了既能充分释放钻压、发挥扭力冲击器提速作用,又能在大倾角地层有效防斜的“扭力冲击器+单弯螺杆”底部钻具组合(Bottom Hole Assembly, BHA)。基于平衡趋势分析研究了BHA结构参数对其防斜能力的影响,确定了关键参数。现场应用表明,新设计的BHA能有效实现硬地层防斜打快目的,为深部硬地层钻井作业提供了一定借鉴。

大体量异型预制弧形件智能装备研究

本文针对上海市机场联络线的大体量异型预制弧形件拼装设备进行了研究。首先阐述了该线路中弧形件的构造信息,并根据弧形件构造阐述了弧形件智能装备的研发思路及设备的细部构造;之后对弧形件的姿态控制进行了相关的分析;最后介绍了弧形件的施工流程和弧形件设备施工实践。结果表明所研发设备可有效识别弧形件姿态,且在极限工况下可满足拼装要求。利用研发设备极大提升了施工效率,节省了施工工期,取得了较好施工效果,可为后续类似工程提供借鉴经验。

基于多方向导纳力控制的机器人柔顺装配系统

针对轴孔装配过程中遇到卡阻或楔紧现象导致接触力过大损坏工件的问题,提出一种基于导纳力控制的机器人柔性装配系统。将轴孔装配过程为搜孔阶段和调整插入阶段。首先,搜孔阶段提出一种基于阿基米德螺旋线的搜孔策略。其次,调整插入阶段提出一种基于等效质量–阻尼–弹簧的多维方向的导纳力控制装配方法。最后,选取圆形轴孔开展实际装配实验,结果表明所提出的方法能够实现机器人柔顺插孔,达到了预期效果。

基于延时微分的旋转导向工具造斜率预测方法研究

【目的】旋转导向工具造斜率的准确预测是实现工具精准控制的前提,为掌握旋转导向底部钻具组合造斜率变化规律。【方法】根据工具结构特点,采用欧拉-伯努利梁方程法对复合式旋转导向工具底部钻具组合进行受力分析。通过结合底部钻具几何关系,得到各节工具转角与钻头预钻进偏角计算方法,并将旋转导向工具各节点与钻头间距离作为空间延时周期,最终建立基于延时微分的旋转导向底部钻具组合的造斜率预测模型。该模型综合考虑了工具本身几何尺寸与结构、与地层有关的钻头切削各向异性、钻压以及工具材料及内外径有关的抗弯刚度等参数对造斜率的定量影响。【结果和结论】研究表明:(1)该模型预测结果与斯伦贝谢成熟应用的基于有限元分析的钻具造斜率预测软件仿真结果具有良好的吻合度,预测结果差值均保持在0.5(°)/30 m以内,符合工程要求。(2)同时该方法还可在钻具姿态测量短节的实际测量数据基础上补偿钻头与测量单元间距带来的测量误差问题,为解决测量盲区提供一种新的途径。基于空间延时微分的造斜率预测方法为旋转导向系统底部钻具组合的结构优化及钻井参数优选提供理论依据和快速分析手段。建立的模型易于仿真和移植,在实际工程应用中可获取较好的实时响应,为基于数字孪生的旋转导向工具研发提供准确的钻具运动模型基础。

大跨径拼装H型钢叠合梁桥孔群制作精度控制技术

大跨径拼装H型钢叠合梁桥成为桥梁建设中的一种新型结构体系。通过拼装连接形成整体梁体,具有结构坚固、施工便捷、体积小、重量轻、拼装快、使用寿命长等优点,被广泛应用于各类公路、铁路、城市轨道交通等工程。然而,由于受产品制造精度和现场施工精度的限制,大跨径拼装H型钢叠合梁桥整体制作的精度往往无法满足设计要求。因此,为了提高该结构体系的制作精度,从桥孔群的制作精度控制方面入手,对其精度控制技术进行了研究和分析。