某型旋挖钻机钻杆振动及其控制仿真研究

摘要

旋挖钻机是一种用于工程建设项目的大型灌注桩基钻孔设备，其以钻孔效率高、作业质量好、装机功率大、输出扭矩大、机动灵活、施工现场环保整洁等优点被广泛用于机场、地铁、公路桥梁、高层建筑等大型建设项目的桩基施工中。钻杆作为旋挖钻机的关键部件之一，是旋挖钻机动力传输的重要装置。钻杆的好坏不仅关系到旋挖钻机的工作性能，而且决定着钻孔作业质量的好坏。在旋挖钻机钻进过程中，外载荷激励极易造成钻杆的剧烈振动，这是导致钻杆工作异常甚至断裂失效的主要原因。因此，本文对钻杆的振动特性展开研究，在此基础上探讨有效的控制方法，其意义不言而喻。
　　本研究以某型旋挖钻机样机为对象展开研究。首先，从分析钻杆的结构出发，充分考虑钻杆、钻头以及岩土之间的相互作用，从横向、纵向、扭转三个方面分析钻杆的受力情况。在此基础上，将钻杆钻进过程分为五种典型工况，采用ANSYS进行钻杆的模态分析，研究不同工况下钻杆各阶固有频率与模态振型。其次，采用非线性动力学仿真软件LS-DYNA进行钻头在岩土中的钻削模拟，分析不同钻进参数下钻头的受载情况。基于此，在ADAMS中建立钻杆的刚柔耦合振动模型，研究不同钻进参数下钻杆的振动特性。最后，结合钻杆模态分析及振动特性的研究结果，探讨钻杆振动的模糊控制方法，通过对转速、钻压两个主要钻进参数的模糊控制实现钻杆振动主动控制。在SIMULINK中建立钻杆振动控制的联合仿真模型，验证该控制策略的可行性。

目录

声明

第一章 绪论

1.1 研究背景及意义

1.2 旋挖钻机概述

1.3 钻杆振动特性国内外研究现状

1.4 钻杆振动控制国内外研究现状

1.5 主要研究内容及方法

第二章 不同钻进工况下钻杆振动模态分析

2.1 钻杆结构及受力分析

2.2 钻杆振动模态分析

2.3 本章小结

第三章 转速与钻压对钻杆振动特性的影响研究

3.1 岩土的钻削模拟

3.2 钻杆刚柔耦合振动模型

3.3 转速对钻杆振动特性的影响

3.4 钻压对钻杆振动特性的影响

3.5 本章小结

第四章 钻杆振动模糊控制方法研究

4.1 模糊控制理论

4.2 钻杆振动控制策略

4.3 转速与钻压模糊控制器设计

4.4 基于ADAMS和MATLAB的系统联合仿真

4.5 本章小结

结论与展望

结论

展望

参考文献

攻读硕士期间研究成果

致谢