基于压力流量复合控制的水下非开挖钻进电液驱动系统研究

水下攻千斤作业是沉船打捞的关键环节。设计一种基于非开挖钻进的水下攻千斤电液驱动系统，对钻进过程的钻进及旋转负载进行研究，分析钻头承受的切削阻力、海底泥压力、冷却液作用力以及钻杆受到的摩擦阻力的影响，并基于压力流量复合控制提出了水下非开挖钻进电液驱动系统，采用比例溢流阀控制液压马达两腔压力，采用比例换向阀控制进入液压马达的流量。采用AMESim软件对水下非开挖钻进电液驱动系统进行仿真分析，结果表明，其基本能够实现在不同海底地质条件下恒压连续钻进，保证沉船打捞水下攻千斤作业的顺利进行。     

异形单牙轮钻头的传动比计算仿真模型研究

在牙轮钻头的几何关系以及动力学和运动学基础上,通过牙轮工作过程中的运动平衡和力矩平衡,建立牙齿与岩石的相互作用力以及牙轮扭矩、角速度、角加速度仿真模型。在仿真中将牙轮钻头连续转动过程离散化,通过对每个瞬时离散点的传动比的计算得到钻头的平均传动比。仿真模型中将牙轮钻头结构、岩石特性等参数综合考虑,使仿真模型更加贴切钻头实际钻进环境。仿真出来的平均传动比值对牙轮钻头设计、分析提供一定的参考依据。     

PDC钻头切削破岩机理及数值模拟研究

由于PDC钻头几何外形、岩石材料以及井底钻井工况的复杂性,PDC钻头切削破岩机理的研究一直都是难点问题。基于单齿切削机理,引入岩石比功ε,推导出钻井钻压W、扭矩t和切削厚度d之间的关系,建立切削比功E与钻井强度S的二维图;同时结合接触摩擦分量,分析并阐述了破岩过程的概念模型;通过有限元方法建立全尺寸PDC钻头动态破岩的非线性动力学三维仿真模型,开展PDC钻头切削破岩机理的研究,进一步分析PDC钻头破岩过程的响应规律。结果表明:岩石损伤与应力云图可直观反映钻井过程岩石损伤剥落形成井眼及井底应力分布状况;PDC钻头钻进方向的位移、加速度和扭矩响应规律与理论分析相一致,并揭示了PDC钻头钻进过程中的"进尺台阶"现象,亦佐证了破岩过程的概念模型。     

硬地层单牙轮-PDC钻扩联合钻头破岩特性

提出了新型单牙轮-PDC钻扩联合钻头,先依靠单牙轮破岩钻孔,释放地应力,产生岩石损伤,再助推PDC钻头刮切破岩。运用有限元法,建立钻扩联合钻头、双级PDC和常规PDC钻头破岩的非线性动力学模型。通过对岩石本构关系进行D-P准则描述以及确定岩石破碎的判据,分析钻扩联合钻头钻进硬地层的破岩机理,开展了3种钻头动态破岩过程的对比研究。结果表明：钻扩联合钻头在钻进过程中井底井壁的岩石应力得到明显释放,大大提高了岩层可钻性;在硬地层中钻扩联合钻头钻进速度提高的主要原因是拉应力破岩;钻扩联合钻头在硬地层钻进过程中的扭转振动大大降低,破岩效率更高,钻头寿命更长;由于单牙轮领眼破碎岩石的作用,钻扩联合钻头对井底岩石的冲击破碎能力更强,在硬地层中钻进更快。研究结果为新型单牙轮-PDC钻扩联合钻头的研发提供了参考。     

基于UG的三牙轮钻头参数化设计及仿真钻进

以UG软件为设计平台,运用知识融合技术等手段,分别建立牙轮钻头的牙轮体、牙齿参数化模型,并且进行牙轮齿槽造型,使用合理约束将牙轮与牙齿、牙轮与牙轮之间进行装配,然后在UG运动仿真模块中,对三牙轮钻头设置载荷约束与边界条件,确定初始条件,模拟牙轮钻头在井底钻进运动,并开发仿真钻进插件,得到三牙轮钻头在钻进过程中的井底齿坑...     

水下航行器新型凸轮发动机点火起动仿真

为给水下航行器提供所需的动力,设计出一种新型凸轮发动机。对新型凸轮发动机的点火起动过程进行研究,运用热力学、动力学、空气动力学等理论,分别对燃烧室药柱燃烧过程、发动机配气过程、气缸工作过程和发动机运动过程用微分方程进行描述,建立凸轮发动机点火起动过程的仿真模型,并选用定步长四阶两点龙格—库塔的微分方程数值解法,运用Matlab软件编制仿真程序,对发动机进行点火起动过程的动态仿真,仿真结果表明,该发动机具有良好的起动特性,符合水下航行器的快速起动要求。仿真结果与台架试验结果一致,验证了新型凸轮发动机结构设计的可行性和仿真模型的正确性。所建立的模型可为分析台架点火起动试验中出现的问题、选择燃料进入时间提供理论依据,同时可以为分析水下航行器的起动过程提供参考。     

水下管道法兰连接扳手系统的仿真研究

运用ADAMS动力学仿真软件,建立水下管道法兰连接扳手系统的多体动力学模型,并对该扳手系统作业过程进行动力学仿真研究。分析螺栓在预紧状态和操作状态下的受力状态,采用Water法建立螺栓受力方程,得到螺栓的设计载荷。对扳手系统的运动过程进行分析,将模型运动划分为匀速进给、变形和扳手拉伸三阶段模型,并分别对三阶段模型进行仿真,得到在拧紧过程中螺栓、螺母、扳手和垫片的速度、受力、变形曲线。仿真结果验证扳手系统机构本体设计的合理性,对水下管道法兰连接扳手系统的研制具有重要意义。     

铣削机器人动力学建模及仿真研究

铣削机器人在铣削过程中的动力学状况对机器人在铣削过程中的运动及其稳定性具有较大影响。以6-DOF铣削机器人为研究对象,利用Creo三维软件建立机器人三维模型,获得建立机器人动力学模型的惯性参数;采用Newton-Euler递推法建立该机器人的动力学方程,并在MATLAB环境下对所建立的动力学方程进行编程,对机器人运动过程进行计算分析;利用ADAMS软件对建立的三维模型进行动力学仿真分析,通过比较MATLAB计算结果与ADAMS仿真分析结果,以验证动力学方程的准确性,为铣削过程中铣削机器人动力学状况研究提供理论基础。     

蠕动转向机构的设计与分析

拱泥机器人是一种能在水下泥土环境中按照规划轨迹完成攻打千斤洞作业的新型水下特种机器人,蠕动转向运动的实现是拱泥机器人设计中的一个重要环节.为了有效地实现拱泥机器人的转向运动,根据并联机器人机构结构综合理论,设计3自由度蠕动转向关节,该关节具有推进、跟进和转向3个功能,运动过程分为推进动作和跟进动作两个部分.分别针对两种动作的运动学逆问题进行详细分析,给出数学模型及其求解过程,并建立该关节的虚拟样机模型.利用MATLAB软件求解运动学逆问题,利用ADAMS软件求解运动学正问题,并对关节运动学正逆问题进行实例分析.仿真数据表明,该关节设计合理,数学模型正确,为拱泥机器人的运动学、动力学及优化设计研究打下了基础,并为控制系统的设计提供了理论依据.     

高海况下收放装置动力学及控制策略

为了减小水下装置摆动和降低钢丝绳张力波动,以回收卷筒和防摇卷筒为执行机构,提出水下装置单边消摆和钢丝绳张力控制策略。将钢丝绳离散为有限梁单元,利用相对节点位移法建立钢丝绳动力学模型,并引入钢丝绳与卷筒的卷绕接触力模型。以自主开发的收放装置为研究对象,采用虚拟样机技术和控制技术相结合的方法,开展收放装置回收水下装置作业过程的运动学、动力学和控制策略研究。在RecurDyn环境中建立收放装置动力学仿真模型,在RecurDyn/Colink模块中设计单边消摆和张力控制算法,建立收放装置机械与控制联合仿真模型,并进行动力学及联合仿真研究,为提高水下装置回收稳定性和安全性、降低动态载荷、优化整体结构、指导收放装置及水下装置的方案设计等提供了理论依据和数据参考。     

Modeling transverse motions of a drill bit for process understanding

A model for drill bit transverse motions is proposed that identifies process conditions affecting hole quality and helps in the interpretation of drilling signal patterns produced during the hole-making process. A two-dimensional model of a drill rotating in a hole with clearance is presented. The simulation results, drilling force signal patterns, and hole geometry were found to be in close agreement. Drill rotation speed, drill stiffness, structural damping, drill hole clearance, and amplitude modulation of the forces acting on the drill appear to have a significant effect on drill bit transverse motions and on hole quality.     

基于径向力的可转位浅孔钻加工孔径误差研究

为研究可转位浅孔钻在切削过程中的钻孔孔径误差,基于可转位浅孔钻的理论几何模型,并利用经典斜切理论得到浅孔钻的径向力、力矩关于刀片几何参数和切削参数的计算公式。选取常用切削参数组合,将计算得的径向合力及力矩作为边界条件,通过ANSYS有限元分析刀体挠度,得出相关钻孔孔径误差的理论值。利用统计学回归方法建立相应数学模型,并通过切削试验验证数学模型的精确性。基于建立的数学模型,通过调节切削参数,可预测并控制孔径误差值,实现浅孔钻在半精加工中对孔径余量的精确控制,有效拓展可转位浅孔钻的应用范围。     

震击作用时钻铤上动载荷的有限元分析

卡钻事故在石油钻井工业中时有发生，计算震击动载荷的方法各不相同。本研究结合一个现场实例，在合理假设的基础上，建立有限元分析模型，旨在探讨上提拉力和震击动载荷的关系，计算结果表明震击动载荷是上提拉力的3．3倍，该结果和现场实际非常接近，对震击器的使用有重要的指导价值。     

深孔麻花钻横刃修磨对切削性能的影响

采用自行设计的10支不同内刃圆弧半径、内刃前角和过心量的深孔麻花钻对45#钢进行钻孔加工试验。通过分析钻孔时的轴向力、扭矩和被加工孔精度等因素,研究了横刃对钻削过程的影响,为提高深孔麻花钻寿命、钻削生产效率和孔加工质量提供了指导意义。     

基于DEFORM-3D的深孔枪钻切屑成形机理分析

切屑形态对枪钻深孔加工中孔成型精度影响较大,利用DEFORM-3D有限元仿真软件模拟深孔加工中切屑的形成过程、形态和断屑方式,准确复现切屑的形成过程及形态,并计算切屑的曲率与厚度。模拟分析与记录轴向力、扭矩和切削过程温度等参数,揭示出力与扭矩的全过程变化规律,分析得出切削刃温度最高区域、相邻区域的温度分布规律,为切削过程工艺参数的控制提供理论依据。试验与仿真数据对比分析表明,采用有限元分析方法可为枪钻深孔切削过程工艺参数选取和优化提供基本可信的依据,并有效缩减切削试验次数。     

基才APDL语言的扭矩加载方法分析

在石油钻井中,扭矩作为钻井振动间接测量参数,受地层、钻头、钻具结构、井眼形状、钻压、转速、泵冲、钻井液性能以及地面机械因素的影响。本文就钻柱实际受力与变形分析中出现的扭矩加载问题进行了研究,给出了加载扭矩的详细方法和步骤,并运用 APDL 语言编写了相应程序,为结构受力与变形分析提供了依据。     

Roundness modeling in BTA deep hole drilling

The modeling of deep hole geometry which was generated for boring and trepanning association (BTA) drilling was performed and its characteristics was discussed, also the effects of internally BTA drilled round profile are analyzed and its geometric modeling reliability was verified by the experiments of roundness testing, especially in BTA drilling operation. In this study, a harmonic geometric round model with the parameter of harmonic function was established. This relationship is also used to provide physical meanings to harmonic lobes generated by the proposed roundness model for a profile of BTA drilling, especially those caused by the spindle error motions of the BTA tool. In general, the theoretical roundness profile of a hole with an arbitrary multi-lobe can be calculated. But in real experiments, the two- to six-lobe hole profile was frequently measured. The most frequently measured one is three- and five-lobe profile in experiments. With these results, It was predicted that the reliability of proposed harmonic model has been verified theoretically and experimentally by a large number of real profile estimation of the hole and the experimental results that was produced by BTA drilling operation in deep hole making operation. This new modeling method is expected to provide desirable insights into the advanced tolerance analysis of circular hole making in BTA drilling process.     

制孔机器人在制孔过程中的振动抑制研究

Aiming at tlie problem of vibration suppression of tlie hole making robot in the process of making holes,a typical example of a two-joint hole drilling robot to study the control algoritlim was took. The effect of tlie feed direction drilling force on the system of tlie hole making robot was only considered. The mechanism of vibration in the process of making holes was analyzed. Finally the fuzzy compensation inhibit vibration control algorithm was put forwarded. According to the Lagrange equation,the dynamic model of the hole robot was established,and the drilling force model was established according to the theory of oblique cutting model. Then the simulation was carried out by the Matlab/ Simulink platform under a particular position. After a fuzzy controller was used to compensate the dynamic change of the end effector of the hole making robot in the process of the axial drilling force to each joint in advance,the defection of each joint in the hole making process was obviously weakened. The results indicate that the stiffness of the system can be enhanced by adding the vibration suppression algorithm with fuzzy compensation,which further ensures the quality of the hole. [ABSTRACT FROM AUTHOR]     

复合钻削刀具负载的建模与验证研究

针对复合钻削刀具钻孔过程负载计算误差较大,负载动特性预测精度较低的问题,对复合钻削的切削负载动态过程进行了研究。基于斜角切削理论,针对主切削刃负载和倒角刃单元负载受力分析,分别建立了主切削刃和倒角刃的等效切削模型。由于复合钻削过程的复杂性,采用数学分析和经验值相结合的方法,提出了钻削过程动态负载模型。同时考虑钻削过程中主轴径向跳动对切削性能的影响,进一步优化了复合钻削负载模型。通过对复合刀具不同刃不同切削工况的负载叠加融合,提出了复合钻削动态负载模型,并进行了仿真和实验。结果表明,考虑主轴径向跳动所建立模型相较于未考虑主轴径向跳动模型更能够准确地描述复合钻削刀具的动态负载特性,其负载误差比未考虑主轴跳动的情况减小了10%。     

麻花钻加工过程有限元仿真分析

通过有限元仿真Deform-3D软件,采用预先在CAD软件中画出的标准麻花钻实体模型,运用刚塑性有限元法及关键技术对麻花钻钻削机理进行研究,预测了加工工艺的部分结果和影响因素,为实际钻削加工过程参数的正确选择提供参考。