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Z6500水平定向钻机动力头及其液压驱动系统动力学研究

作　者: 柳利平
导　师: 焦生杰
学　校: 长安大学
专　业: 机械电子工程
关键词: 水平定向钻机动力头总成有限元分析液压系统 AMESim仿真
分类号: TU67
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 254次
引　用: 4次
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内容摘要

水平定向钻机是应用水平定向钻进技术的专用非开挖设备,在施工过程中环境污染小、交通影响范围小、地下管线施工周期短、综合施工成本低、社会效益显著。随着国家基础建设力度的不断加大,该设备的研究受到人们更为密切的关注。因此,其静力学特性和动态特性的研究对于设备整机作业性能的提高具有重要意义。在水平定向钻机的关键总成中,动力头总成是为主机提供推进和回拖动作的机械传动和执行机构,其性能可直接影响到设备的整机作业性能。本文通过对比目前国内外典型钻机动力头总成的机械结构和传动系统方案,结合各方案的优点设计了Z6500型水平定向钻机的动力头机械结构。在此基础上对该总成的关键零部件—齿轮箱传动箱体和动力头驱动轴系利用ANSYS有限元分析软件进行了静强度和静刚度计算与分析,对设计过程中富裕度过大的结构以及强度和刚度方面不足的结构提出了改进建议,为优化设计奠定了基础。同时,本文对水平定向钻机动力头液压驱动系统进行了设计计算,确定了系统主要液压元件的技术参数,分析了液压系统的工作效率,运用AMEsim仿真软件建立了动力头液压驱动系统模型,并进行了动态仿真,得出动力头作业速度、系统压力、泵和马达排量、发动机转速等参数在两种负载变化情况下的仿真结果。最后将仿真结果与理论计算结果进行了对比分析,验证了模型的合理性。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-9
第一章绪论  9-20
  1.1 水平定向钻机及其关键技术  9-15
    1.1.1 水平定向钻机  9-12
    1.1.2 水平定向钻机基本组成  12-13
    1.1.3 水平定向钻机关键技术  13-15
  1.2 水平定向钻机的现状及发展趋势  15-18
    1.2.1 水平定向钻机的现状  15-17
    1.2.2 水平定向钻机的发展趋势  17-18
  1.3 课题的背景、任务和意义  18-20
    1.3.1 课题提出的背景  18
    1.3.2 课题研究的任务  18-19
    1.3.3 课题研究的意义  19-20
第二章 Z6500水平定向钻机动力头结构设计  20-29
  2.1 水平定向钻机动力头系统结构研究  20-24
    2.1.1 水平定向钻机动力头回转系统结构研究  20-22
    2.1.2 水平定向钻机动力头推进回拖系统结构研究  22-24
  2.2 钻机动力头机械结构设计分析  24-26
    2.2.1 钻机动力头设计要求  24-25
    2.2.2 动力头机构设计应注意的问题  25-26
  2.3 Z6500水平定向钻机动力头的结构设计  26-28
    2.3.1 Z6500钻机动力头采用的具体结构方式  26
    2.3.2 Z6500钻机动力头选用结构  26-27
    2.3.3 Z6500水平定向钻机动力头主要技术参数  27-28
  2.4 本章小结  28-29
第三章钻机动力头的ANSYS静力学特性研究  29-43
  3.1 ANSYS软件介绍  29-31
    3.1.1 ANSYS主要功能介绍  29-31
    3.1.2 ANSYS有限元分析步骤  31
  3.2 动力头箱体有限元分析  31-36
    3.2.1 动力头齿轮传动箱体的已知条件  31
    3.2.2 动力头箱体的有限元分析模型  31-33
    3.2.3 箱体的有限元分析  33-36
  3.3 动力头驱动轴系有限元分析  36-41
    3.3.1 有限元模型的建立  36-37
    3.3.2 有限元结构静力分析  37-39
    3.3.3 SOLIDWORKS三维设计软件CAE强度分析  39-41
    3.3.4 驱动轴系的有限元分析  41
  3.4 本章小结  41-43
第四章动力头液压系统动力学研究及动态仿真  43-65
  4.1 钻机动力头液压系统方案研究  43-44
  4.2 动力头液压驱动系统研究  44-53
    4.2.1 动力头回转液压系统设计  46-47
    4.2.2 动力头推进回拖液压系统设计  47-48
    4.2.3 动力头液压驱动系统效率  48-51
    4.2.4 动力头液压驱动系统功率  51-52
    4.2.5 动力头液压驱动系统动力学分析  52-53
  4.3 动力头液压驱动系统的动态特性仿真研究  53-63
    4.3.1 动力头液压系统仿真目的  53
    4.3.2 液压系统仿真软件介绍  53-54
    4.3.3 动力头液压元件仿真模型  54-57
    4.3.4 动力头液压系统仿真模型  57-59
    4.3.5 动力头液压系统动态特性仿真  59-63
  4.4 本章小结  63-65
第五章结论与展望  65-67
参考文献  67-69
附录国内外典型水平定向和导向钻机的主要技术参数  69-75
攻读学位期间取得的成果  75-76
致谢  76

Z6500水平定向钻机动力头及其液压驱动系统动力学研究

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