波动载荷下旋挖钻机动力头液压系统控制技术

在施工过程中,旋挖钻机的主要作用是成孔,传统旋挖钻机动力头液压系统,在波动载荷下控制的稳定性和控制效果较差,为了提高旋挖钻机动力头在波动载荷下的工作性能,设计一种针对波动载荷环境的旋挖钻机动力头液压系统控制方法。通过对旋挖钻机动力头液压系统的结构展开分析,根据分析结果建立数学模型,研究系统刚体在波动载荷下的受力情况;基于受力情况分析结果建立控制模型,分别控制系统的发电机、液压泵和负载,实现旋挖钻机动力头液压系统的发动机-液压泵-负载联合控制。实验结果表明:设计的方法控制稳定性高,且控制性能好。

风力发电石油电动旋挖钻机功率模糊控制

风力发电通过风转动风轮产生的动力驱动电机产生电能。由于风能具有不稳定性,因此风力发电石油电动旋挖钻机在工作过程中的运行功率不稳定。对此,提出一种风力发电石油电动旋挖钻机功率自动模糊控制方法。根据基本组合风概念计算实时风速;对风力发电石油电动旋挖钻机功率进行稳态分析,确定钻机功率不变时的钻机临界风速;当风速超过临界风速时,利用T-S模糊加权算法对风轮转速偏差展开控制,从而保证旋挖钻机功率在额定值内,实现稳定运行。实验结果表明:该方法预测的风速和实际值基本一致,最高转速仅为4.82 rad/s,控制精度始终高于0.95,说明该方法的功率控制效果好,有利于石油电动旋挖钻机的稳定运行。

旋挖钻机节能控制技术的发展

旋挖钻机作为大功率工程机械,能耗比较大,能量利用率不高,各系统间的匹配性不高,是造成能量损失的重要原因,本文从旋挖钻机的工作原理入手,对旋挖钻机动力系统进行了简要分析,从液压系统控制、动力系统控制、整机协调控制三个方向,对当前旋挖钻机多种节能控制技术:混合动力技术、主卷扬下放技术、桅杆/变幅再生技术、动力头多档技术和动力头加压快速上提技术等进行了介绍,希望对提高旋挖钻机的技术水平有所裨益。

海洋模块钻机钻井仪表和电控系统集成优化技术研究

随着海上油气开采的不断深入,模块钻机自动化程度越来越高,开展钻井仪表和电控系统集成优化研究具有重要意义。介绍了海洋模块钻机控制技术现状,并在此基础上进行深入研究,提出了一套以PLC控制技术为基础,将钻井仪表系统、泥浆泵控制系统、绞车电控系统及顶驱电控系统集成为一体化电控系统的优化方案,可为同类海洋模块钻机的设计提供借鉴。

旋挖钻机施工过程分析及其控制策略研究

旋挖钻机具备施工速度快、成孔质量高、环境污染较小等特点。但由于施工工艺的多样性、地质条件的多变性和复杂的质量控制要求,旋挖钻机面临施工效率和燃油消耗等诸多挑战。为了提高旋挖钻机的施工效率,降低整机的燃油消耗,开展了旋挖钻机施工过程的试验研究。首先,根据旋挖钻机的工作特点,将其工作过程分为下钻钻进、钻杆上提、上车回转、卸渣过程、回转对孔等5个阶段;然后,分析了各工作阶段旋挖钻机和发动机性能参数的变化规律;最后,为了使旋挖钻机各阶段的发动机工作状态保持最优,提出了基于钻杆最大进尺速度的发动机转速控制策略,开发了控制程序,实现了在旋挖钻机工作过程中对发动机转速的精准控制目的,该研究已在生产厂家试验现场的实际钻机上进行了验证,并与安装在钻机上的车载监测系统的数据进行了对比。研究结果表明:采用新的控制策略可以使发动机工作在最佳的状态,整机工作效率提高了15%,整机油耗降低了5.74%;将该方法应用在旋挖钻机实际工作过程中时,具有操作难度低、稳定性强的特点,能够有效提高旋挖钻机作业过程的效率,降低整机的燃油消耗。

坑道钻机变频调速系统设计及仿真

通过对ZDY型坑道钻机的实际运行工况进行分析,并基于液压回转回路系统进行变频调速设计,通过在不同负载条件下控制液压系统流量对坑道钻机输出速度以及输出转矩进行灵活调节。通过仿真分析可以看出,该控制系统在遭遇突变负载时能够快速进行自适应调节,调节速度较快,可以满足实际钻探需要。

钻机旋转系统的自适应PID控制策略

钻井过程中钻头的黏滑振动会导致钻头失速,引起钻机旋转系统发生故障,从而降低钻井渗透率,增加钻井成本。为此建立了钻机扭转特性模型,并提出了自适应PID控制策略用于抑制黏滑振动。首先对系统进行输入状态线性化控制,补偿钻机非线性特性引起的黏滑运动;其次设计自适应PID控制,使其在旋转系统参数大范围的变化和不确定的情况下,自适应控制保证系统输出的跟随控制及最优工作状态,同时PID控制加快系统动态响应速度,缩短系统调节时间。针对钻机扭转特性模型及钻头和岩石间摩擦扭力模型进行仿真试验,结果表明,自适应PID控制可有效抑制钻头的黏滑振动,改善钻机旋转系统工作的动态及静态响应特性,提高系统的稳定性和可靠性。

旋挖钻机动力头液压系统全局功率匹配研究

为减少旋挖钻机在作业时由负载波动所引起的功率匹配损失,提出了旋挖钻机动力头液压系统全局功率匹配节能控制方法。以220型旋挖钻机为研究对象,基于AMESim软件,建立了传统恒功率控制系统模型和全局功率匹配控制系统模型,并对比分析了不同的负载下的经济指标和性能指标。研究结果表明,全局功率匹配节能控制系统相比传统的恒功率系统节省燃油约6%,提高了能源利用率,延长了设备使用寿命。

石油钻机自动化、智能化技术研究和发展建议

为了提高钻井速度,缩短钻井周期,开展了石油钻机自动化和智能化技术研究,形成了一整套管柱自动处理系统技术,实现了管柱输送、建立根、立根排放和井口作业的自动化和智能化。同时进行了钻机集成控制系统的研究,采用现代先进技术,将石油钻机变频系统、仪表系统、顶驱系统、视频监控系统和管柱处理系统等组成集成控制系统。应用"一键多能,多键协作"的理念实现钻机所有关键设备的集中控制与监视,完成了双司钻集成控制平台开发。克服了常规钻机配套的各子系统相互独立、配置重复的缺点,搭建了石油钻机自动化和智能化控制平台。最后对石油钻机未来的发展方向提出了几点建议。

旋挖钻机回转制动能量回收系统设计与分析

为利用旋挖钻机在回转阶段的制动能量,提出一种基于二次调节技术和液压蓄能器的能量回收系统。通过分析上车回转的工况特点,运用功率键合图理论建立回转动能回收利用的数学模型。针对系统参数的不确定性及存在的外干扰,设计自适应模糊滑模控制器对回转速度进行跟踪控制,并利用李雅普诺夫函数证明控制系统的稳定性和收敛性。为对系统进行优化设计,仿真分析液压蓄能器容积、充气压力及回转制动时间这3个主要因素对系统工作性能的影响规律。研究结果表明:所提出的回转系统在制动时能有效地完成能量回收,其中,回转制动时间对系统工作压力和能量回收效率影响最大,而液压蓄能器容积和充气压力对能量回收效率影响较小,但对恒压网络压力波动影响较大。

旋挖钻机钻桅垂直度自动控制系统建模与算法研究

基于多功能旋挖钻机钻桅垂直度调平控制过程,针对手动调平时间长且精度不高的问题,采用电液比例控制技术对自动调平控制系统进行了设计。通过对钻桅小角度范围内的机构分析,得出双缸位移到钻桅角度间的函数关系,建立整个系统的数学模型。采用两种调平控制算法:PID调节法和模糊自适应整定PID控制算法,并利用Simulink工具箱对系统进行动态仿真。仿真结果表明:模糊PID控制是更合理的控制算法,能使钻桅在较短的时间内达到较高的控制精度,并能对PID参数进行自适应调整,提高了钻机成孔质量和工作效率。

石油钻机盘式刹车技术的新发展

液压盘式刹车装置能显著提高钻井作业能力和安全性,已得到广泛应用。文章综述了近期钻机盘式刹车的新技术,并提出了钻机盘式刹车的发展方向。

基于S曲线加减速旋挖钻机定位控制研究

以旋挖钻机回转自动定位控制系统为研究对象,分析旋挖转机回转自动定位系统与S曲线原理,根据S曲线调整的方法提出基于S曲线加减速的旋挖钻机自动回转定位控制算法,并对该算法进行了分类分析及设计。为验证S曲线加减速算法在旋挖钻机自动定位控制中的可行性及可靠性,在装有高速运动控制器的旋挖钻机上进行试验。结果表明:这种方法可满足旋挖钻机自动定位控制,且具有旋挖钻机运行平稳、控制精度高等优点。

旋挖钻机动力系统功率匹配技术的应用

旋挖钻机动力系统是发动机和液压传动相结合的统一体,单纯液压系统的节能控制并不能取得较好的整机节能效果,发动机的控制也对整机节能性有很大影响。对发动机与液压系统的功率匹配控制进行了研究,提出了功率极限载荷控制技术,并在NR220旋挖钻机上应用了德国力士乐公司的电子功率极限负荷控制技术,收到了良好的效果,保证了旋挖钻机的高效节能和对各种工作环境的适应能力。

石油物探钻机转速自动调节装置

随着钻井工况和钻机载荷的变化 ,物探钻机发动机的转速波动很大 ,而完全靠人工控制发动机节气门的开度已不能适应发动机转速大幅度频繁波动的要求 ,对此 ,研制了用于石油物探钻机的转速自动调节装置。这种装置利用发动机的点火信号实施发动机转速的自动控制。首先 ,将点火信号通过整形电路变成频率信号 ,然后进行频压变换 ,其电压与转速为线性关系 ,该电压与设定电压 (预期转速 )相比较 ,用比较输出的状态控制伺服电动机的转动自动控制节气门的开度 ,从而实现转速控制。

石油物探钻机转速自动调节装置

随着钻井工况和钻机载荷的变化，物探钻机发动机的转速波动很大，而完全靠人工控制发动机节气门的开度已不能适应发动机转速大幅度频繁波动的要求。对此，研制了用于石油物探钻机的转速自动调节装置。这种装置利用发动机的点火信号实施发动机转速的自动控制。首先，将点火信号通过整形电路变成频率信号，然后进行频压变换，其电压与转速为线性关系，该电压与设定电压（预期转速）相比较，用比较输出的状态控制伺服电动机的转动自动控制节气门的开度，从而实现转速控制。华北油田物探公司两个地震队试用取得了满意的效果。

基于滑模PI控制交流变频钻机旋转系统

钻井过程中钻头粘滑振动会导致钻头失速,钻杆组合故障,增加钻井成本。为此,提出了滑模PI控制策略用于电动钻机交流变频旋转系统。在建立钻机旋转系统模型基础上,将滑模控制与PI控制相结合,用于提高系统的鲁棒性,抑制钻头的粘滑振动。仿真结果表明:基于滑模PI控制的钻机交流变频旋转系统,可有效地控制钻头失速,减少钻柱疲劳损坏,改善旋转系统的动态和静态响应特性。

PLC和变频器在牙轮钻机调速控制改造中的应用

针对YZ-35型牙轮钻机原有直流晶闸管调速系统使用维护成本高、设备生产效率低、直流电机易损坏等缺点,根据系统工艺及控制要求,运用PLC及变频器进行了调速控制改造,增强了牙轮钻机运行系统的稳定性,减少了设备故障,提高了作业率,并有效提高了产能。

旋挖钻机控制器的软件设计

旋挖钻机是广泛应用于建筑基础工程中成孔作业的施工机械,其控制技术的研究有着十分重要的意义。控制器设计包含硬件系统和软件系统,该系统除了实现相应功能外,还具备相应的保护措施。本文重点讲述了控制器的软件设计。

自适应模糊控制在旋挖钻机钻桅垂直度控制上的应用

针对旋挖钻机钻桅垂直度控制系统的多变量、不确定性、非线性等特点,提出结合自适应模糊控制算法建立系统模型,目的在于简化系统描述,并提高控制精度与响应时间.通过仿真和试验证明,自适应模糊控制算法使跟踪误差在短时间内达到预期目标,并且该系统控制效果显著,验证了自适应模糊控制算法对旋挖钻机钻桅垂直度控制是一种可行而有效的方法.