基于蝴蝶结模型的高铁接触网安全风险管理

接触网设备是高铁基础设施的关键组成部分,对其进行有效的风险管理对于保障列车的安全运行具有重要意义。既有的接触网安全风险管理大多以纯文本形式呈现,不生动形象,难以被职工尤其是老职工所接纳。基于蝴蝶结模型的风险管理模式具备高度可视化、实操性强等特点,掌握蝴蝶结模型原理,以高铁整体吊弦损伤风险管理为参考样例,调研和分析其损伤原因,构造其安全屏障,进而搭建蝴蝶结模型,通过这样的方式,以期为构建接触网安全风险管理新模式提供参考。

超高速快轴旋转圆形弹光调制技术研究

针对目前广义椭偏测量速度受限问题,提出利用对称性更优的圆形弹光调制器代替机械旋转补偿器实现超高速测量。对弹光调制器内部受力进行理论研究,得到纯行波模式调制条件并利用COMSOL仿真验证。仿真结果表明,当弹光调制器处于纯行波调制模式时可视为一种快轴方向高速旋转的相位调制器。通过建立阻尼弦振动模型分析不同快轴方向下弹光晶体表面振动位移分布,提出一种弹光调制器在纯行波调制模式下的中心支撑方式用于实验。实验结果表明弹光调制器的快轴以f/2的角速率做圆周运动。同时验证了中心支撑方式可确保弹光调制器谐振后所受阻力均匀且最小,达到最佳支撑效果。研究结果可用于后续广义椭偏测量及各类高速偏振调制领域。

深层页岩气水平井钻柱动态摩阻扭矩分析

为了研究钻柱接触和钻柱振动对动态摩阻扭矩的影响,建立了实钻井眼轨迹的三维全井钻柱系统动力学数值仿真模型,针对深层页岩气水平井摩阻扭矩大的问题,分析钻进过程钻柱系统摩阻扭矩、应力分布及振动情况。研究结果表明:钻柱所受平均摩阻扭矩在增斜段处激增达到极大值,而进入水平段后,摩阻扭矩急剧减小,最后趋于稳定;水平段的平均摩阻扭矩略大于调整段,且摩阻扭矩的数值分布趋势与接触力、钻柱所受应力的分布趋势相同;钻柱所受的摩阻扭矩除了增斜段是连续分布的以外,水平段和调整段都是间歇性分布,但水平段比调整段分布更密集,同时钻柱接触力在水平段和增斜段都为低边接触;每当钻柱因井斜角、方位角变化而弯曲时,其所受应力、接触力和摩阻扭矩都会明显增加,且增加快慢与钻柱的弯曲程度呈正相关。所得结论可为深层页岩气水平井钻井参数优选及提速方案制定提供理论依据。

基于三维模型的食品分拣机器人抓取控制方法

目的:解决现有串类水果在机器人分拣中存在的准确性差、分选效率低等问题。方法:基于高速并行食品分拣系统结构,将改进的SURF算法与改进的RANSAC算法相结合用于食品分拣机器人抓取点定位,建立三维抓取模型实现串类水果的自动稳定抓取。以葡萄为例,通过试验验证了所提方法的优越性和准确性。结果:所提方法与常规方法相比,平均抓取成功率提高15.00%左右,平均抓取时间缩短0.101 s。结论:该食品分拣机器人可有效提高串类水果抓持点定位的准确性,具有较高的成功率。

上扬风加速效应对输电线路风偏响应的影响

山体阻塞和导流引起的上扬风对位于山体上坡或山体顶部的绝缘子串、导线风偏响应有较大影响。基于CFD(计算流体力学)数值模拟技术,对不同来流风场、不同山体坡度和不同山体高度条件下的概化山体周边流场进行数值模拟,分析了各种风速加速比的变化规律,计算得到了绝缘子串、导线的风偏响应。研究结果表明:随着山体高度的增加,绝缘子串、导线风偏响应呈增大趋势,当监测点在0.8倍山体高度以上时风偏响应已大于规范值;随着山体坡度的增大,绝缘子串、导线风偏响应亦呈增大趋势,且其增大幅度较大。

桥梁串接隧道明洞施工支架可靠性分析

对于山岭和丘陵地带,受地形或周边环境限制,为了防止危石滚落影响交通安全,经常将桥台深入隧道明洞。在宣城至绩溪高速铁路孟山一号隧道建设过程中,提出了桥梁串接明洞的设计和施工方案,该方案涉及到先做桥还是先做明洞问题,需要根据工程实际灵活选取,但是要确保施工安全和质量,本工程选择先做桥梁后做明洞方案。本文采用有限元方法对串接明洞临时支撑体系作了安全性验算,计算结果表明各结构部件的位移、应力均在规范允许范围内,钢管立柱满足压杆稳定性要求。孟山一号隧道桥梁串接明洞施工的顺利实施验证了该结构设计的可行性,为同类工程问题的解决提供了借鉴和参考。

气体钻井岩屑运移机理研究

气体钻井由于其机械钻速快,能有效防止水敏性泥页岩坍塌,杜绝井漏。然而在气体钻井中井筒内岩屑的运移机理还不是十分清楚,为此,从气固两相流基本理论出发,对气体钻井过程中岩屑的重复破碎和细岩屑聚团过程进行了分析,并对接单根后岩屑的运移模式进行了描述,指出由于岩屑聚团的崩裂速度远远超过理论计算的相应初始运移速度,在接完单根后为使井底得到清洁,应增大注气量。另外,还提出了气体钻井过程中岩屑间协同作用的物理模型,指出从含少量细岩屑时的粗岩屑表面改性向大量细岩屑聚团过渡中,存在一个最佳点,该点携岩效率最好。通过研究,对气体钻井过程中岩屑的运移机理有了更进一步的认识。

随钻扩眼工具及技术研究

基于随钻扩眼技术优势的分析,研究了机械式、液压式和偏心式随钻扩眼工具执行机构和扩眼总成的机构原理,并介绍了国内所开展的相关研究。文章提出应加强现有工具的适应性和匹配性研究,发掘各类工具的优势。优化执行机构、扩眼总成和水力机构、重视底部钻具组合力学特性的分析是今后发展和完善随钻扩眼工具及技术的几个重要内容。实践表明,随钻扩眼技术在处理井下复杂情况、降低钻井综合成本、提高钻井速度、提高建井质量和安全性等方面具有显著的优势,随钻扩眼工具也正逐渐成为一种重要的石油钻井配套工具。

50.8mm连续油管作速度管串在天然气井的应用

随着气井进入开采后期,地层能量有限,气水同产井和井筒内原有生产管串等因素的影响,严重制约着气井的后期生产,常规的压井修井作业会导致该井被压死而停产。为充分挖掘老井潜能,降低风险程度,使用连续油管作速度生产管串,减少气液滑脱损失。分析了国内首次使用50.8mm连续油管在作速度管串时的计算依据、现场作业配置和作业效果。这一新工艺已逐步成为现场气井改造的发展方向。

基于高速摄影实验的小提琴琴弦三维振动特性研究

小提琴弓弦之间的相互作用机理非常复杂,由于粘滑摩擦作用形成一个复杂的振动系统。通过理论分析和实验方法,对琴弦的振动特性进行了研究。为了测量琴弦的三维振动情况,设计一个基于高速摄影的非接触式光学测量系统,通过在琴弦上设置一些颜色标定点,拍摄拉、拨弦时琴弦的振动图像,得到两种不同机制的琴弦振动特征,包括振动位移、速度及弦上标定点的空间运动轨迹等。对弦上不同位置点的位移曲线进行了比较,研究其振动锯齿波的正、逆程时间比值变化和振动包络线的形成过程,最后分析了影响弦振幅的因素。

共振对螺杆泵井抽油杆偏磨的影响

地面驱动螺杆泵井抽油杆的偏磨是制约螺杆泵应用的主要原因,目前采用的防治方法不能从根本上解决该问题。采用螺杆泵井受力测试仪器对抽油杆进行受力测试,结果表明,当抽油杆的转速达到特定值时,抽油杆会产生横向振动共振,这是造成抽油杆偏磨的动力学因素。当螺杆泵井抽油杆高速旋转时,重心偏移是抽油杆产生横向振动的主要原因。根据地面驱动螺杆泵井抽油杆的现场工作状态,建立了抽油杆横向振动理论模型,分析了横向振动共振的产生条件,即抽油杆的角速度等于横向振动频率,并在此基础上建立了抽油杆的横向振动模型,由横向振动的频率得出避免横向振动共振的抽油杆控制转速,从而解决了螺杆泵井抽油杆偏磨的难题。

LG地区提高超深井钻井速度的技术途径

LG地区侏罗系下部地层油气显示活跃,地层压力与显示强度在横向上差异较大并难以准确预测,岩石固有强度普遍低于气体钻井临界强度,井眼不稳定问题较为突出。为解决以上难题,利用测井手段并结合实钻资料分析了LG地区地层压力剖面特征、侏罗系地层气体钻井的井眼稳定性和主要钻井工程地质问题,提出如下技术措施:①合理控制气体钻井的深度,有效规避气体钻井的作业风险,提高气体钻井效率;②在侏罗系下部地层不适合气体钻井的层段,实施欠平衡钻井和PDC钻头复合钻井,来进一步提高超深井钻井速度。

抑制油气井钻柱黏滑振动控制器设计与应用

油气井钻进过程中,钻柱系统深入地下几千米,容易引发钻柱黏滑振动现象,进而损坏钻井设备、降低钻进效率及危害钻井安全。为了抑制钻柱黏滑振动,提高系统抗干扰能力,建立了钻柱双自由度集中参数模型及非线性摩擦扰动模型,设计一种状态观测器,提出了速度补偿反馈控制方案。在仿真系统中验证了控制方案的可行性;仿真结果表明,设计的控制器可以使波动的钻头转速逐步收敛于输入参考值,并且闭环控制系统表现出良好的动态性能;基于速度补偿反馈控制器设计了钻柱黏滑振动控制系统,并在钻进现场完成测试实验。实验表明,设计的控制系统可以有效地抑制钻柱黏滑振动,从而进一步提高钻进效率、保障钻进安全。

车队速度滚动时域动态规划及非线性控制

考虑自主车辆队列的节能安全问题,本文提出一种车辆队列协同控制方法,该方法可保证车队低能耗安全行驶.首先,充分考虑道路坡度以及车队异质性建立车队非线性模型,利用基于油耗模型的优化指标构建车队速度优化问题,提出一种滚动时域动态规划算法(Receding horizon dynamic programming, RHDP),获得车队的参考速度.然后,基于非线性车辆模型,运用反步法设计车辆跟踪控制器,并进行车队队列稳定性分析.这种协同控制方法的有效性已通过数值仿真和智能交通实验平台的验证.

用于提琴琴弦三维振动测量的高速摄影系统

分析了琴弦的亥姆霍兹运动,设计了一个基于高速摄影的非接触式光学测量系统,用于测量真实小提琴上琴弦的振动。通过特殊的光路设计和在琴弦上设置标定点,以7 000frame/s的速度和336×480的图像分辨率拍摄了拉弦和拨弦时琴弦上标定点的三维振动形态。采用圆形霍夫变换图像处理算法、奇异值分解算法和自动批处理,对记录的大量序列图像进行处理,提取了弦振动的位移和轨迹等数据。实验结果表明,该测量系统能够精确跟踪小提琴琴弦的振动状态和包络轨迹,振动位移曲线的图像处理精确度达到0.03mm。该系统为进一步研究提琴琴弦的振动机理和建立精确的琴弦振动理论模型提供了一种有效的实验方法。

直井底部钻柱运动状态的实验研究

根据相似理论,设计并建立了底部钻柱动力学研究试验装置,利用该装置进行了直井底部钻柱在不同钻压、转这条件下运动特征的实验。实验结果表明,底部受压钻柱在不同转速条件下表现出规则摆动、无规则摆动和规则反向涡动三种运动状态。随转速的增加,钻柱的横向运动逐渐由规则摆动向无规则摆动和规则反向涡动转化。钻压和转速是影响钻柱运动状态的两个主要因素,转速越高,越容易形成规则涡动;增加钻压会阻碍底部钻柱无规则摆动和规则涡动的形成。实验结果表明,在防料问题上也存在最优钻压-转速配合的问题。

异步电动机串级调速系统性能分析

为了能安全合理地应用异步电动机串级调速的方法,从串级调速系统装置的电压和容量、系统效率、系统功率因数,分析了串级调速系统性能。表明了串级调速方式适合的场合和该系统存在的缺点及改善措施。

转子系统动力学优化设计研究

转子系统设计涉及因素较多,且相互制约,为此开展了转子系统优化设计研究,拟通过设计使转子系统具有良好的动态特性,达到控制振动水平的目的。在Ansys5.6平台上,用预应力法进行了转子系统动力学优化设计研究,并针对某汽轮发电机组转子系统的模型进行了优化设计。

空气钻井条件下钻柱振动特性研究

空气钻井过程中钻柱损坏问题严重,直接影响到了钻井成本并威胁钻井安全,共振是引起钻柱失效的主要原因之一,故需要对其振动特性进行分析和研究。为此,在理论分析的基础上,建立了钻柱振动有限元模型,利用AN-SYS软件对空气钻井钻柱振动特性进行了数值模拟。研究结果表明:扭转和纵向振动固有频率数值较大,共振区域窄;横向振动固有频率很小且各阶频率间隔小,共振区域宽;钻柱扭转、纵向振动和横向振动特性受钻柱长度影响很大;空气钻井中钻柱纵向振动和横向振动的固有频率比常规钻井中钻柱振动的固有频率要高很多。谐响应分析结果表明:钻井液的存在使钻柱低频共振响应显著加强,而高频共振减弱;钻井液对钻柱安全有着积极的影响。在进行空气钻井时,需要根据不同的钻柱长度和钻柱组合,动态选择合理的转盘转速。该研究成果对空气钻井转速优选具有一定的指导意义。

钻具粘滑现象分析及软扭矩系统在长北气田的应用

钻井过程中钻具经常会因扭矩过大而"憋停",当扭矩达到某一值后钻具会突然快速释放,这种现象通常称为钻具粘滑。钻具的粘滑经常伴随井下震动,容易引发金刚石钻头崩齿,从而缩短钻头寿命,也会引起井下仪器(MWD/LWD)失效。钻具的粘滑跟井下钻具组合和所钻地层岩性有关。粘滑现象是一种阈值现象,即低于临界转速粘滑就会发生。软扭矩系统针对粘滑现象作用机理而研发,通过降低临界转速,有效地控制了钻具粘滑。该系统在长北气田进行了推广应用,从源头上消除了钻具粘滑现象,保护了钻头和井下仪器,应用效果良好。