水平定向鉆(HDD)的軌跡控制與研究.pdf

1、非開挖地下管線施工技術(shù)是一項(xiàng)新崛起并迅速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，在城市和許多其他場合，采用非開挖技術(shù)進(jìn)行地下管線施工是現(xiàn)代文明發(fā)展的需要，因而非開挖方法迅速得到應(yīng)用和推廣是當(dāng)今世界發(fā)展趨勢。隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的不斷發(fā)展，市政建設(shè)需要的不斷擴(kuò)大，以及國內(nèi)對施工環(huán)境要求不斷提升，加快施工進(jìn)程和最大限度地節(jié)約施工成本，水平定向鉆進(jìn)技術(shù)逐步得到廣泛應(yīng)用。在借鑒國內(nèi)外各類定向鉆技術(shù)，研制出適合我國國情的定向鉆機(jī)。其主要應(yīng)用在建筑物密集，交通繁忙的大

2、中型城市地下管線的鋪設(shè)上，如鋪設(shè)水管、電纜及各類通訊光纜等。對定向鉆的研究與推廣應(yīng)用將給社會(huì)帶來良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。本論文研究內(nèi)容是上海市教委重點(diǎn)學(xué)科資助項(xiàng)目“微型定向鉆的研制與開發(fā)”的主要部分，本文圍繞著定向鉆的軌跡控制與研究，其主要工作包括：定向鉆總體設(shè)計(jì)、鉆進(jìn)軌跡設(shè)計(jì)、導(dǎo)向鉆頭在土壤中鉆進(jìn)受力分析和試驗(yàn)與研究、導(dǎo)向鉆桿設(shè)計(jì)及鉆桿疲勞強(qiáng)度和振動(dòng)研究與分析、鉆孔軌跡控制策略及控制器設(shè)計(jì)、變頻液壓調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍及性

3、能分析及實(shí)驗(yàn)和系統(tǒng)動(dòng)態(tài)分析仿真等。本論文對定向鉆的軌跡控制與研究作了初步探索，為定向鉆的軌跡控制提供理論及實(shí)踐基礎(chǔ)。首先，在研究國內(nèi)外的定向鉆的基礎(chǔ)上，軸向推進(jìn)系統(tǒng)液壓缸采用三缸并聯(lián)形式，實(shí)現(xiàn)定向鉆微型化要求；提出了二維和三維鉆孔軌跡的數(shù)學(xué)模型和設(shè)計(jì)方法；應(yīng)用土壤力學(xué)原理對定向鉆頭在土壤中推進(jìn)、旋進(jìn)及回拖三種作模式進(jìn)行受力分析并建立了數(shù)學(xué)模型，并通過試驗(yàn)驗(yàn)證公式的正確性；其次，提出了鉆桿在鉆孔孔道中的動(dòng)態(tài)力學(xué)模型，建立了鉆頭

4、對土壤的作用力與轉(zhuǎn)角關(guān)系公式，建立了定量計(jì)算鉆桿上任一點(diǎn)的撓度、轉(zhuǎn)角及內(nèi)力方程；研究了定向鉆工作中的振動(dòng)形式，建立定向鉆進(jìn)應(yīng)該避開的發(fā)生共振頻率轉(zhuǎn)速計(jì)算公式，為定向鉆進(jìn)參數(shù)確定提供依據(jù)，同時(shí)將模糊控制技術(shù)應(yīng)用在定向鉆軌跡控制中，確定了軌跡控制相應(yīng)的輸入和輸出量，分析并確定了模糊控制規(guī)則，在MALAB中實(shí)現(xiàn)定向鉆軌跡模糊控制器設(shè)計(jì)；最后，在分析變頻液壓系統(tǒng)調(diào)速范圍的影響因素的基礎(chǔ)上，提出了實(shí)際流量脈動(dòng)的概念，從理論推出變頻液壓