旋轉(zhuǎn)鉆機液壓系統(tǒng)畢業(yè)設計_的翻譯

1、汽車、電力能源界國際研討會上關(guān)于旋轉(zhuǎn)鉆機桅桿機構(gòu)動態(tài)特性的研究Tao JIANG，Yiping YOU，Guangyan XUE，Anlin WANG機械工程學院，同濟大學，上海，201804，中國摘要：為了綜合表達旋轉(zhuǎn)鉆機桅桿機構(gòu)固有的動態(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動態(tài)的桅桿機構(gòu)模型，然后以功率鍵合圖法建立一個桅桿機構(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態(tài)特性，設計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設計旋轉(zhuǎn)鉆機桅桿系統(tǒng)的理論基礎。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真負責進行選集關(guān)鍵詞：旋轉(zhuǎn)鉆機；桅桿機構(gòu)；動態(tài)特性；功率鍵合圖法1介紹旋轉(zhuǎn)鉆機是一種適合于打鉆建筑地基基礎孔洞的建筑機械，它被廣泛應用于樁、隔墻、地基和其他基礎設施建設。桅桿機構(gòu)在工作裝置旋轉(zhuǎn)鉆機里是一個非常重要的組件，桅桿機構(gòu)的動態(tài)性能對旋轉(zhuǎn)鉆機的性能指標有非常大的影響，例如動力頭的最大輸出轉(zhuǎn)矩、關(guān)鍵點的受力和桅桿氣缸的壓力。目前為止，對旋轉(zhuǎn)鉆機桅桿機構(gòu)的研究主要側(cè)重于組件的強度、桅桿鏈接框架系統(tǒng)的機械運動性能和旋轉(zhuǎn)鉆的穩(wěn)定性機,幾乎沒有對集成建模和桅桿機構(gòu)的旋轉(zhuǎn)鉆機模擬的研究。研究對象是根據(jù)桅桿機構(gòu)在提升過程中動力學關(guān)系和應力分析進行的研究中旋轉(zhuǎn)鉆機的某一類型。通過

3、改變安裝位置的桅桿機構(gòu)，即使用牛頓歐拉法建立了動態(tài)數(shù)學模型，我們提出了集成建模的方法去分析桅桿機構(gòu)在起重過程中的動態(tài)特性的影響變化，并可以建立反映出桅桿液壓系統(tǒng)動態(tài)特性的機構(gòu)功率曲線。然后我們可以表達出鉸鏈點力和氣缸活塞桿應力定量分析的影響程度，得到一組最優(yōu)安裝位置參數(shù),，桅桿機構(gòu)的動態(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液壓缸的外部負載Sb 回油油壓2桅桿機構(gòu)的動態(tài)旋轉(zhuǎn)建模旋轉(zhuǎn)鉆機的桅桿機構(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動，桅桿在液壓缸的作用下繞鉸點F旋轉(zhuǎn)。桅桿中間狀態(tài)I作為起重過程中的分析對象。桅桿機構(gòu)的運動分析圖以圖形方式表示在圖2，F(xiàn)點和G點之間的連接線作為x軸，一個笛卡爾坐標系統(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）導數(shù)方程可以通過如下的矢量方程（1）進行描述：（2）圖1.旋轉(zhuǎn)鉆機的支撐系統(tǒng)圖2. 桅桿機構(gòu)的運動分析圖表根據(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點的固定軸線轉(zhuǎn)動。其運動學微分方程表示如下：（5）J是剛體FE圍繞穿過F點的固定軸線轉(zhuǎn)動的轉(zhuǎn)動慣量，c2是桅桿質(zhì)量中心C2和旋轉(zhuǎn)站中心F點之間的距離3旋轉(zhuǎn)鉆機桅桿機構(gòu)的液壓控制系統(tǒng)3.1桅桿機構(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)鉆機桅桿機構(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動圖3旋轉(zhuǎn)鉆機桅桿機構(gòu)的液壓系統(tǒng)圖4旋轉(zhuǎn)鉆機桅桿機構(gòu)液壓系統(tǒng)的功率鍵合圖根據(jù)桅桿和桅桿氣缸的動態(tài)關(guān)系，為了分析由桅桿氣缸的安裝位置對桅桿氣缸和

6、鉸鏈點所產(chǎn)生的影響，我們需要在提升過程中的角加速度-時間曲線，然后建立基于如圖4的功率鍵合圖的桅桿機構(gòu)液壓控制系統(tǒng)模型。為了簡化液壓系統(tǒng)的數(shù)學模型，泵在建模過程中可以看作是一個恒流源。根據(jù)實際情況，我們可以忽略泵漏，管道分布效應和缸漏。因為液壓油管的長度必須考慮流體電容和流體阻力，但我們應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，輸出信號是桅桿的角加速度2。圖5旋

7、轉(zhuǎn)鉆機桅桿機構(gòu)的液壓系統(tǒng)框圖3.3總體動力學和液壓系統(tǒng)的桅桿機構(gòu)的模型根據(jù)牛頓歐拉公式推導出的上述方程式（6）的桅桿機構(gòu)動態(tài)方程,就可以在仿真軟件平臺建立一個動力學仿真模型，我們就可以綜合結(jié)合桅桿機構(gòu)液壓系統(tǒng)控制系統(tǒng)框圖來表述桅桿機構(gòu)的動態(tài)特性4計算實例分析4.1計算實例以某一型號旋轉(zhuǎn)鉆機為研究對象，其主要的機械參數(shù)如表格1。旋轉(zhuǎn)鉆機桅桿上的液壓缸在桅桿起重過程起著非常重要的作用，為了提高桅桿機構(gòu)的性能的，因此我們應該為液壓缸r2設計一個合理的安裝位置，即鉸鏈點E和鉸鏈F之間的距離。根據(jù)計算對象（即旋轉(zhuǎn)鉆機桅缸氣缸）的結(jié)構(gòu)特點，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)境下計算的，并且其仿真時間是45秒。圖6顯示桅桿缸活塞桿的整個受力過程，圖7顯示鉸鏈點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桅桿機構(gòu)動態(tài)特性的影響。表1.某些類型旋轉(zhuǎn)鉆機桅桿機構(gòu)的主要參數(shù)參數(shù)名稱。 符號/單位。 數(shù)值F 和G鉸鏈點之間的距離 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)在桅桿的整個起重過程(即桅桿EF和三腳架FG之間的角度從30到110)， 當液

10、壓缸安裝位置的變化從4.1米到4.3米時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,考慮到三個四通電磁閥打開時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，波動峰值在5%以內(nèi)，如圖6所示。(2)在桅桿起重過程開始時，鉸鏈點F的約束力平穩(wěn)的波動，并且壓力沖擊更小，如圖7所示。(3)相比其他的安裝位置，當桅桿液壓缸安裝位置2從4.1米到4.3米變化時，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是較小的，并且對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液壓缸活塞桿的受力和鉸鏈點的約束力有很大的影響。相比其他安裝位置,當安裝位置2，活塞桿應力較小，可有效地減少壓力沖擊，避免液壓缸縱向彎曲變形的風險。應該指出，用于本文