旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)液壓系統(tǒng)畢業(yè)設(shè)計(jì)_的翻譯

1、汽車、電力能源界國(guó)際研討會(huì)上關(guān)于旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)桅桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的研究Tao JIANG，Yiping YOU，Guangyan XUE，Anlin WANG機(jī)械工程學(xué)院，同濟(jì)大學(xué)，上海，201804，中國(guó)摘要：為了綜合表達(dá)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)桅桿機(jī)構(gòu)固有的動(dòng)態(tài)特性，提高關(guān)鍵零部件的平順性及提升過程中相關(guān)的液壓系統(tǒng)。首先,，基于牛頓歐拉方法建立一個(gè)動(dòng)態(tài)的桅桿機(jī)構(gòu)模型，然后以功率鍵合圖法建立一個(gè)桅桿機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)模型，通過改變桅桿在舉升過程中的安裝位置來分析和比較桅桿的動(dòng)態(tài)特性，設(shè)計(jì)者可以得到一組最優(yōu)的安裝位置參數(shù)。集成建模方法有望成為一個(gè)設(shè)計(jì)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)桅桿系統(tǒng)的理論基礎(chǔ)。2010年由愛思唯爾出版社出版。并由汽車界，

2、電力能源工程界的專家們認(rèn)真負(fù)責(zé)進(jìn)行選集關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)；桅桿機(jī)構(gòu)；動(dòng)態(tài)特性；功率鍵合圖法1介紹旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)是一種適合于打鉆建筑地基基礎(chǔ)孔洞的建筑機(jī)械，它被廣泛應(yīng)用于樁、隔墻、地基和其他基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)。桅桿機(jī)構(gòu)在工作裝置旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)里是一個(gè)非常重要的組件，桅桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能對(duì)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)的性能指標(biāo)有非常大的影響，例如動(dòng)力頭的最大輸出轉(zhuǎn)矩、關(guān)鍵點(diǎn)的受力和桅桿氣缸的壓力。目前為止，對(duì)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)桅桿機(jī)構(gòu)的研究主要側(cè)重于組件的強(qiáng)度、桅桿鏈接框架系統(tǒng)的機(jī)械運(yùn)動(dòng)性能和旋轉(zhuǎn)鉆的穩(wěn)定性機(jī),幾乎沒有對(duì)集成建模和桅桿機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)模擬的研究。研究對(duì)象是根據(jù)桅桿機(jī)構(gòu)在提升過程中動(dòng)力學(xué)關(guān)系和應(yīng)力分析進(jìn)行的研究中旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)的某一類型。通過

3、改變安裝位置的桅桿機(jī)構(gòu)，即使用牛頓歐拉法建立了動(dòng)態(tài)數(shù)學(xué)模型，我們提出了集成建模的方法去分析桅桿機(jī)構(gòu)在起重過程中的動(dòng)態(tài)特性的影響變化，并可以建立反映出桅桿液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的機(jī)構(gòu)功率曲線。然后我們可以表達(dá)出鉸鏈點(diǎn)力和氣缸活塞桿應(yīng)力定量分析的影響程度，得到一組最優(yōu)安裝位置參數(shù),，桅桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)性能也得到了明顯改善。命名R2 安全閥的流體阻力R4液壓油管的液體電阻R8，R10電磁閥的流體阻力Rf油缸的粘性系數(shù)C6液壓油管的液體電容C10來自于無桿腔液壓缸中電磁閥的總體液體電容C18來自于電磁閥中無桿腔液壓缸的總體液體電容A1 無桿腔液壓缸 A2 桿腔液壓缸I15 液壓缸活塞桿的質(zhì)量Sf 泵的理論流量S

4、e液壓缸的外部負(fù)載Sb 回油油壓2桅桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)旋轉(zhuǎn)建模旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)的桅桿機(jī)構(gòu)是由三角形連接架，液壓缸的桅桿組成，桅桿見圖1。在升降過程中，提升臂、連桿、三腳架和液壓缸的提升臂不運(yùn)動(dòng)，桅桿在液壓缸的作用下繞鉸點(diǎn)F旋轉(zhuǎn)。桅桿中間狀態(tài)I作為起重過程中的分析對(duì)象。桅桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析圖以圖形方式表示在圖2，F(xiàn)點(diǎn)和G點(diǎn)之間的連接線作為x軸，一個(gè)笛卡爾坐標(biāo)系統(tǒng)建立后，水平線和x軸角度即為夾角，向量方程描述如下：（1）導(dǎo)數(shù)方程可以通過如下的矢量方程（1）進(jìn)行描述：（2）圖1.旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)的支撐系統(tǒng)圖2. 桅桿機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)分析圖表根據(jù)（1）和（2），桅桿液壓缸速度和加速度方程可描述如下：（3）（4）2和2分別代表桅桿得

5、角速度和角加速度，3和3分別代表桅桿液壓缸速度和加速度，2和3分別桅桿液壓缸活塞桿的速度和加速度。剛體FE圍繞穿過F點(diǎn)的固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)學(xué)微分方程表示如下：（5）J是剛體FE圍繞穿過F點(diǎn)的固定軸線轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量，c2是桅桿質(zhì)量中心C2和旋轉(zhuǎn)站中心F點(diǎn)之間的距離3旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)桅桿機(jī)構(gòu)的液壓控制系統(tǒng)3.1桅桿機(jī)構(gòu)的液壓控制系統(tǒng)模型是基于功率鍵合圖法8 - 10旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)桅桿機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)曲線圖如圖3所示，在升降過程中，液壓缸提升臂不工作，電磁閥控制桅桿氣缸的運(yùn)動(dòng)圖3旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)桅桿機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)圖4旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)桅桿機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)的功率鍵合圖根據(jù)桅桿和桅桿氣缸的動(dòng)態(tài)關(guān)系，為了分析由桅桿氣缸的安裝位置對(duì)桅桿氣缸和

6、鉸鏈點(diǎn)所產(chǎn)生的影響，我們需要在提升過程中的角加速度-時(shí)間曲線，然后建立基于如圖4的功率鍵合圖的桅桿機(jī)構(gòu)液壓控制系統(tǒng)模型。為了簡(jiǎn)化液壓系統(tǒng)的數(shù)學(xué)模型，泵在建模過程中可以看作是一個(gè)恒流源。根據(jù)實(shí)際情況，我們可以忽略泵漏，管道分布效應(yīng)和缸漏。因?yàn)橐簤河凸艿拈L(zhǎng)度必須考慮流體電容和流體阻力，但我們應(yīng)該考慮流體阻力并忽略流體電容在回油過程。根據(jù)圖4中每個(gè)的電力搭配關(guān)系，我們可以得到狀態(tài)方程（6）。（6）3.2桅桿機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)框圖模型系統(tǒng)圖基于鍵合圖和流量變數(shù)計(jì)算方程式建立的，其描述見圖5。在鍵合圖模型中我們忽略了恒流泵的影響，m代表引擎的恒定速度，Sf控制流的恒定流速，輸出信號(hào)是桅桿的角加速度2。圖5旋

7、轉(zhuǎn)鉆機(jī)桅桿機(jī)構(gòu)的液壓系統(tǒng)框圖3.3總體動(dòng)力學(xué)和液壓系統(tǒng)的桅桿機(jī)構(gòu)的模型根據(jù)牛頓歐拉公式推導(dǎo)出的上述方程式（6）的桅桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)方程,就可以在仿真軟件平臺(tái)建立一個(gè)動(dòng)力學(xué)仿真模型，我們就可以綜合結(jié)合桅桿機(jī)構(gòu)液壓系統(tǒng)控制系統(tǒng)框圖來表述桅桿機(jī)構(gòu)的動(dòng)態(tài)特性4計(jì)算實(shí)例分析4.1計(jì)算實(shí)例以某一型號(hào)旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)為研究對(duì)象，其主要的機(jī)械參數(shù)如表格1。旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)桅桿上的液壓缸在桅桿起重過程起著非常重要的作用，為了提高桅桿機(jī)構(gòu)的性能的，因此我們應(yīng)該為液壓缸r2設(shè)計(jì)一個(gè)合理的安裝位置，即鉸鏈點(diǎn)E和鉸鏈F之間的距離。根據(jù)計(jì)算對(duì)象（即旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)桅缸氣缸）的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，就可以相繼選出不同的安裝位置r2，如r2= 3.7米、3.9米、4

8、.1米、4.2米、4.3米、4.5米、4.7米，安裝位置是在Matlab/Simulink環(huán)境下計(jì)算的，并且其仿真時(shí)間是45秒。圖6顯示桅桿缸活塞桿的整個(gè)受力過程，圖7顯示鉸鏈點(diǎn)F約束力改變過程，圖8和圖9反映壓力無桿腔與有桿腔時(shí)桅桿氣缸的壓力變化過程。從圖6 至圖9我們可以任意改變桅桿氣缸的安裝位置對(duì)桅桿機(jī)構(gòu)動(dòng)態(tài)特性的影響。表1.某些類型旋轉(zhuǎn)鉆機(jī)桅桿機(jī)構(gòu)的主要參數(shù)參數(shù)名稱。 符號(hào)/單位。 數(shù)值F 和G鉸鏈點(diǎn)之間的距離 r1 /mm 1431桅桿的質(zhì)心向量 rc2/ mm 3735桅桿的慣量 J/ kg m2 1.1×1010桅桿的質(zhì)量 m/ kg 2.64×104桅桿的氣

9、缸直徑 D/ mm 180桅桿的活塞桿直徑 d /mm 125 桅桿汽缸 L /mm 2080桅桿汽缸的最小長(zhǎng)度 Lmin/ mm 2970EF和 C2F之間的角度 1/rad 0.2355EF 和FG之間的角度 2/rad 0.5+2.01三腳架和水平面的夾角 /rad 0.33圖6. 桅桿缸活塞桿在不同的安裝位置的受力過程圖7. 鉸鏈點(diǎn)F在不同的安裝位置約束力的變化過程圖8. 無桿腔桅桿汽缸在不同安裝位置的受力圖9. 有桿腔桅桿汽缸在不同安裝位置的受力4.2結(jié)果分析和討論通過分析仿真結(jié)果,可以得出以下結(jié)論：(1)在桅桿的整個(gè)起重過程(即桅桿EF和三腳架FG之間的角度從30到110)， 當(dāng)液

10、壓缸安裝位置的變化從4.1米到4.3米時(shí)活塞桿的壓力變得最小。相比其他的安裝位置，桅桿缸活塞桿的垂直載荷的比較小。與此同時(shí),考慮到三個(gè)四通電磁閥打開時(shí)液壓沖擊生成的影響，我們也可以看到壓力變化平穩(wěn)的同時(shí)，波動(dòng)峰值在5%以內(nèi)，如圖6所示。(2)在桅桿起重過程開始時(shí)，鉸鏈點(diǎn)F的約束力平穩(wěn)的波動(dòng)，并且壓力沖擊更小，如圖7所示。(3)相比其他的安裝位置，當(dāng)桅桿液壓缸安裝位置2從4.1米到4.3米變化時(shí)，無桿腔液壓缸與有桿腔的壓力沖擊在桅桿起重過程開始時(shí)是較小的，并且對(duì)活塞桿的壓力影響不大。液壓缸由于過量的壓力影響的彎曲變形問題，已經(jīng)在一定程度上得以改善。參看圖8和圖9?？傊?，桅桿液壓缸的安裝位置對(duì)液壓缸活塞桿的受力和鉸鏈點(diǎn)的約束力有很大的影響。相比其他安裝位置,當(dāng)安裝位置2，活塞桿應(yīng)力較小，可有效地減少壓力沖擊，避免液壓缸縱向彎曲變形的風(fēng)險(xiǎn)。應(yīng)該指出，用于本文