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是一項新崛起并迅速發(fā)展的產(chǎn)業(yè)，在城市和許多其他場合，采用非開挖技術進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用和推廣是當今世界發(fā)展趨勢。隨著我國經(jīng)濟建設的不斷發(fā)展，市政建設需要的不斷擴大，以及國內(nèi)對施工環(huán)境要求不斷提升，加快施工進程和最大限度地節(jié)約施工成本，水平定向鉆進技術逐步得到廣泛應用。在借鑒國內(nèi)外各類定向鉆技術，研制出適合我國國情的定向鉆機。其主要應用在建筑物密集，交通繁忙的大

2、中型城市地下管線的鋪設上，如鋪設水管、電纜及各類通訊光纜等。對定向鉆的研究與推廣應用將給社會帶來良好的經(jīng)濟效益和社會效益。本論文研究內(nèi)容是上海市教委重點學科資助項目“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：定向鉆總體設計、鉆進軌跡設計、導向鉆頭在土壤中鉆進受力分析和試驗與研究、導向鉆桿設計及鉆桿疲勞強度和振動研究與分析、鉆孔軌跡控制策略及控制器設計、變頻液壓調(diào)速系統(tǒng)調(diào)速范圍及性

3、能分析及實驗和系統(tǒng)動態(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踐基礎。首先，在研究國內(nèi)外的定向鉆的基礎上，軸向推進系統(tǒng)液壓缸采用三缸并聯(lián)形式，實現(xiàn)定向鉆微型化要求；提出了二維和三維鉆孔軌跡的數(shù)學模型和設計方法；應用土壤力學原理對定向鉆頭在土壤中推進、旋進及回拖三種作模式進行受力分析并建立了數(shù)學模型，并通過試驗驗證公式的正確性；其次，提出了鉆桿在鉆孔孔道中的動態(tài)力學模型，建立了鉆頭

4、對土壤的作用力與轉(zhuǎn)角關系公式，建立了定量計算鉆桿上任一點的撓度、轉(zhuǎn)角及內(nèi)力方程；研究了定向鉆工作中的振動形式，建立定向鉆進應該避開的發(fā)生共振頻率轉(zhuǎn)速計算公式，為定向鉆進參數(shù)確定提供依據(jù)，同時將模糊控制技術應用在定向鉆軌跡控制中，確定了軌跡控制相應的輸入和輸出量，分析并確定了模糊控制規(guī)則，在MALAB中實現(xiàn)定向鉆軌跡模糊控制器設計；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上，提出了實際流量脈動的概念，從理論推出變頻液壓