旋挖钻机潜孔锤钻进特性仿真研究

摘要

随着中国基础设施建设的高速发展，对桩基础施工提出了更高的要求，大孔径潜孔锤以其高效的破岩钻进能力受到越来越多的关注。为了详细研究大孔径潜孔锤钻进系统的运行状况，本文从理论、仿真方面对潜孔锤进行基础研究，找出影响潜孔锤钻进效率的影响因素，并通过相关实验进行分析验证，对大孔径潜孔锤钻进系统的优化有重要的现实意义。 首先，本论文从潜孔锤的运动原理进行分析，通过建立数学模型，分析活塞在不同位置的受力与运动情况；通过数值计算，得出供气系统的压力损失情况；通过仿真软件Amesim建立潜孔锤钻进系统的仿真模型，模拟潜孔锤在不同供气压力下的运动情况。 其次，对潜孔锤的破岩机理进行分析，分析了动载作用下岩石的强度、硬度、弹性与塑性等一些特性参数，然后从破碎原理上分析不同动载作用下的岩石破碎情况；通过动力学仿真软件Abaqus建立钻头-岩石的冲击模型，赋予钻头不同的冲击速度及转速，分析不同工况下作用在岩石不同方向上的力、岩石的应力以及钻进深度。 最后，构建测量系统，通过采集并分析潜孔锤的竖直振动情况和供气参数，结合现场记录的潜孔锤钻进工况，验证了供气压力及动力头转速对潜孔锤冲击频率和钻进效率的影响，分析了潜孔锤在面对不同地层时的钻进效率。

目录

变量注释表

1 绪论

1.1 课题研究背景

1.2 潜孔锤的研究现状及存在的问题

1.2.1 国外发展现状

1.2.2 国内发展现状

1.2.3存在的问题

1.3 凿岩冲击过程研究现状及存在的问题

1.3.1研究现状

1.3.2存在的问题

1.4 论文研究的主要内容

2 潜孔锤动力系统理论及仿真分析

2.1潜孔锤动力系统的组成及工作原理

2.2.1 潜孔锤活塞运动过程分析

2.2.2 潜孔锤配气状态几何分析

2.3 潜孔锤动力特性的数学理论分析

2.3.1 潜孔锤供气通道的压力损失

2.3.2 潜孔锤活塞运动过程的数学理论分析

2.4 基于AMESim的潜孔锤动力仿真分析

2.4.1 AMESim软件概述

2.4.2 基于AMESim软件潜孔锤仿真分析

2.4.3 仿真结果分析

2.5 本章小结

3 潜孔锤碎岩机理

3.1 动载作用下的岩石特性

3.1.1 岩石的强度

3.1.2 岩石的硬度

3.1.3 岩石的弹性和塑性

3.1.4 岩石的研磨性

3.2 动载破碎岩石的理论分析

3.2.1 岩石的破碎机理

3.2.2 潜孔锤凿入分析

3.2.3 应力波的传递

3.3 基于Abaqus的钻头破岩分析

3.4 本章小结

4 实验及数据分析

4.1 引言

4.2 测量系统设计

4.2.1 振动信号采集装置

4.2.2 气体参数采集装置

4.2.3 无线数据传输装置

4.2.4采集软件设计

4.3 实 验 工 况 的 确 定

4.4.1 振动加速度响应分析

4.4.2 气源压力对活塞钻进效率的影响

4.4.3 动力头转速对潜孔锤钻进效率的影响

4.4.4 潜孔锤在不同地质层的钻进效率

4.5 本章小结

5 结论与展望

5.1 结论

5.2 展望

参考文献

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