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旋挖钻机数字液压回转系统设计与试验

机械设计与研究 2024年第2期40卷 203-207,213页

作者：刘琛华杨翔杨涛张敏倪秀衡长沙亿美博智能科技有限公司长沙410129 山河智能装备股份有限公司长沙410137 北京亿美博科技有限公司北京100102

为了降低旋挖钻机回转启动和停止时刻的冲击压力,提高回转运动过程的平稳性和回转定位精度,提出将数字液压技术应用于旋挖钻机回转系统。基于数字液压技术,设计了一种旋挖钻机数字液压回转系统和数字液压马达,介绍了数字液压回转系统工... 详细信息

为了降低旋挖钻机回转启动和停止时刻的冲击压力,提高回转运动过程的平稳性和回转定位精度,提出将数字液压技术应用于旋挖钻机回转系统。基于数字液压技术,设计了一种旋挖钻机数字液压回转系统和数字液压马达,介绍了数字液压回转系统工作原理,建立了数字液压回转系统的数学模型,在某型号旋挖钻机上安装了数字液压回转系统并与原有液压回转系统进行对比试验。试验结果表明:与原有液压回转系统相比,数字液压回转系统不仅大幅提高了回转速度的平稳性和回转定位精度,减少了回转动作所需时间,还能将回转启动时的冲击压力降低20.6%,将回转制动时的冲击压力降低32%,将回转运动过程中驱动液压马达的压力降低42.8%,这极大的提升了旋挖钻机的回转性能和工作效率,减少了整机的能耗。同时,数字液压回转系统在旋挖钻机上凸显的巨大优势为推广数字液压技术在工程机械中的应用提供了实际参考价值。

关键词：旋挖钻机数字液压回转系统压力冲击平稳性定位精度

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旋挖钻机施工过程分析及其控制策略研究

机电工程 2023年第12期40卷 1907-1914页

作者：许祥唐琦军任凯张大庆周恩怀湖南农业大学机电工程学院湖南长沙410128 山河智能装备股份有限公司国家级企业技术中心湖南长沙410100 湖南大学重庆研究院重庆401135

旋挖钻机具备施工速度快、成孔质量高、环境污染较小等特点。但由于施工工艺的多样性、地质条件的多变性和复杂的质量控制要求,旋挖钻机面临施工效率和燃油消耗等诸多挑战。为了提高旋挖钻机的施工效率,降低整机的燃油消耗,开展了旋挖... 详细信息

旋挖钻机具备施工速度快、成孔质量高、环境污染较小等特点。但由于施工工艺的多样性、地质条件的多变性和复杂的质量控制要求,旋挖钻机面临施工效率和燃油消耗等诸多挑战。为了提高旋挖钻机的施工效率,降低整机的燃油消耗,开展了旋挖钻机施工过程的试验研究。首先,根据旋挖钻机的工作特点,将其工作过程分为下钻钻进、钻杆上提、上车回转、卸渣过程、回转对孔等5个阶段;然后,分析了各工作阶段旋挖钻机和发动机性能参数的变化规律;最后,为了使旋挖钻机各阶段的发动机工作状态保持最优,提出了基于钻杆最大进尺速度的发动机转速控制策略,开发了控制程序,实现了在旋挖钻机工作过程中对发动机转速的精准控制目的,该研究已在生产厂家试验现场的实际钻机上进行了验证,并与安装在钻机上的车载监测系统的数据进行了对比。研究结果表明:采用新的控制策略可以使发动机工作在最佳的状态,整机工作效率提高了15%,整机油耗降低了5.74%;将该方法应用在旋挖钻机实际工作过程中时,具有操作难度低、稳定性强的特点,能够有效提高旋挖钻机作业过程的效率,降低整机的燃油消耗。

关键词：工程机械旋挖钻机施工效率发动机过程控制转速控制策略

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旋挖钻机主卷扬势能回收系统仿真与研究

机床与液压 2024年第1期52卷 196-201页

作者：胡帆康辉梅戴鹏李赛白沈超湖南师范大学工程与设计学院湖南长沙410081 山河智能装备股份有限公司湖南长沙410100

针对旋挖钻机主卷扬下放势能难以有效回收与再利用的问题,提出一种主卷扬下放势能回收与利用系统。以某中型旋挖钻机为研究对象,利用AMESim构建了节能系统仿真模型,探究蓄能器的初始工作压力、预充气压力、有效容积等关键参数对系统能... 详细信息

针对旋挖钻机主卷扬下放势能难以有效回收与再利用的问题,提出一种主卷扬下放势能回收与利用系统。以某中型旋挖钻机为研究对象,利用AMESim构建了节能系统仿真模型,探究蓄能器的初始工作压力、预充气压力、有效容积等关键参数对系统能量回收效率的影响机制。最后搭建试验样机,通过试验验证了仿真模型和理论分析的正确性。研究结果表明所提出的主卷扬下放势能回收与利用系统重力势能回收效率可达45.53%,节能效果显著。

关键词：旋挖钻机蓄能器能量回收主卷扬回收效率

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旋挖钻机设备油液智能分析与健康监测

振动．测试与诊断 2020年第3期40卷 597-603,631页

作者：任松徐雪茹欧阳汛王小书重庆大学煤矿灾害动力学与控制国家重点实验室重庆400030

为了提高油液中与设备运行状态相关信息的提取效率,获取更为完整的信息来评估设备的当前状态,提出一种设备油液监测技术——全谱技术。基于全谱法制备油液污染颗粒全谱片,首先,利用图像分割技术、自动计数算法、模糊支持向量机模型实现... 详细信息

为了提高油液中与设备运行状态相关信息的提取效率,获取更为完整的信息来评估设备的当前状态,提出一种设备油液监测技术——全谱技术。基于全谱法制备油液污染颗粒全谱片,首先,利用图像分割技术、自动计数算法、模糊支持向量机模型实现谱片分析流程的自动化,完成谱片信息的智能提取,以此获取反映设备运行状态的关键信息;其次,将该技术应用到旋挖钻机设备的状态监测诊断中,通过对设备液压油、齿轮油中悬浮颗粒的定性、定量分析,实现了设备当前润滑、磨损状态的定性评估,为旋挖钻机的维修维护提供了指导。结果表明,油液全谱技术能够完整、快速、准确地提取油液中包含的信息来反映设备的运行状态,具有检测效率高、分析内容丰富的特点,可进一步推广应用到其他设备的油液监测诊断工作中。

关键词：全谱技术旋挖钻机图像分割自动计数算法模糊支持向量机状态监测

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旋挖钻机反转上提复合动作柔顺性研究

旋挖钻机反转上提复合动作柔顺性研究

作者：姜述辉燕山大学

学位级别：硕士

近年来,随着旋挖钻机成为应用最为广泛的桩工机械产品,市场对提高机手操作体验和钻机施工效率提出了更高需求。目前,旋挖钻机进行动力头反转与主卷扬上提复合动作时系统的匹配控制有待完善,主要表现为机手在操作反转上提复合动作时会感... 详细信息

近年来,随着旋挖钻机成为应用最为广泛的桩工机械产品,市场对提高机手操作体验和钻机施工效率提出了更高需求。目前,旋挖钻机进行动力头反转与主卷扬上提复合动作时系统的匹配控制有待完善,主要表现为机手在操作反转上提复合动作时会感受到动力头转速波动带来的顿挫感,主卷扬上提速度过低,机手在不同操作方式下可能发生卡杆现象。为解决以上问题,本文对某机型旋挖钻机反转上提复合动作柔顺性进行研究,具体研究内容如下:首先,通过对旋挖钻机液压系统原理和卡杆原因进行分析,明确现有系统反转上提复合动作流量分配特性,以改善动力头转速稳定性,提高主卷扬上提速度以及操作不卡杆为复合动作柔顺性优化目标。通过对优化后的泵阀匹配控制系统建立闭环控制数学模型,得到优化后系统流量分配特性,明确动力头转速稳定性相关影响因素,包括系统内部参数和外部环境变量。然后,通过AMESim搭建复合动作系统仿真模型,探究动力头主阀不同开度下的系统流量分配特性,并定量分析动力头转速稳定性的影响因素。在满足动力头马达最小爬行流量的基础上,定义了动力头目标转速。提出反转上提操作简化控制和模糊自适应PID控制为复合动作柔顺性优化控制策略,利用MATLAB和AMESim联合仿真验证优化控制策略可行性。仿真结果表明,反转上提操作简化控制通过对变幅角度等参数处理,预测反转解锁位移,进而保证了主卷扬上提不卡杆,改善了操作简易性。模糊自适应PID控制提高主卷扬速度的同时,动力头相对转速变化率降低,改善了动力头转速的稳定性。最后,在国内某型号旋挖钻机上进行整机试验,验证复合动作柔顺性优化控制策略的有效性。机手在同时复位动力头手柄与主卷扬手柄的操作下,动力头相对转速变化率降低约48%,动力头转速稳定性提高,改善了机手操作上的顿挫感;钻杆整体上提工况下卷扬上提速度提高40%,二节杆伸出工况下卷扬速度提高37%,反转上提动作总时间减少接近10.5s。在保证不卡杆前提下,动力头转速稳定性得到改善,主卷扬上提速度提高。

关键词：旋挖钻机复合动作流量分配柔顺性模糊自适应PID

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旋挖钻机回转平台的结构优化设计

旋挖钻机回转平台的结构优化设计

作者：李雪娇吉林大学

学位级别：硕士

旋挖钻机作为一种成孔作业的桩基础施工设备,在道路桥梁等基础设施建设中发挥着重要的作用。回转平台作为主要部件,不仅要具有足够的承载力,而且要有足够的重量抵抗作业过程中产生的大弯矩与大扭矩。所以,回转平台的体积及质量往往过大... 详细信息

旋挖钻机作为一种成孔作业的桩基础施工设备,在道路桥梁等基础设施建设中发挥着重要的作用。回转平台作为主要部件,不仅要具有足够的承载力,而且要有足够的重量抵抗作业过程中产生的大弯矩与大扭矩。所以,回转平台的体积及质量往往过大,这不仅增加了对系统驱动力及制动力的要求,而且也对整车稳定性、使用安全性、工作可靠性及生产成本产生了重要的影响。因此,本文对回转平台进行结构优化设计,寻求满足性能要求的较优结构。本文主要研究内容如下:以旋挖钻机结构组成与工作流程为基础确定了加压钻进、提钻、起架、移位四种典型工况的危险位姿,并基于回转平台的受力路径建立钻桅总成、变幅机构等部件的受力分析数学模型,计算得出各工况下回转平台与摇臂、变幅油缸、调桅油缸铰接孔处的载荷,并结合配重、主卷扬、发动机系统的重力和主卷扬拉力作为仿真分析的载荷输入。对回转平台几何模型进行合理简化并基于壳单元建立有限元模型;后根据力学模型分析结果对回转平台设置约束、载荷及分析步后进行了危险位姿下各典型工况的静态力学性能分析及模态分析,并以此结果作为后续优化的性能参照。为保证回转平台性能的同时降低其质量,基于Opti Struct对其内外双纵梁进行了拓扑优化。基于折衷规划法构建多工况刚度最大、平均频率最大及质量最小的多目标函数,其中各工况的权重由层次分析法确定。拓扑结果显示各工况最大位移均有小幅度降低,即刚度性能有所提升,同时实现了设计空间减重6.35%。为进一步提升刚度且降低质量,使各零件拥有合理的板厚尺寸,以关键零件板厚为设计变量进行了多目标参数优化。先采用最优拉丁超立方进行实验设计对16个初始变量进行灵敏度分析,由分析结果中各因子对目标响应的贡献度图和主效应图,通过加权贡献度筛选出了7个优化变量;后以拟合精度为依据,建立了优化变量与目标函数的径向基函数神经网络近似模型,选用NSGA-Ⅱ算法进行参数优化获得Pareto最优解集;结合熵权法和层次分析法得到各设计目标的组合权重,计算各Pareto解的综合得分筛选出最佳方案;根据此方案与Isight推荐方案的设计变量的取值分别生成优化模型并进行仿真分析,结果显示基于组合权重筛选的最佳方案比Isight推荐的方案性能更优。最终方案与原模型相比,在各工况下最大位移降低了4%～10%,且实现了整体减重9.63%。综上,基于典型工况危险位姿对回转平台进行拓扑优化和参数优化,在结构性能提升的基础上,达到了一定的轻量化效果。这有利于整车稳定性、使用安全性和工作可靠性,且可以降低生产成本及回转驱动系统的设计复杂性。对于旋挖钻机回转平台的设计有一定的实际应用价值与指导意义。

关键词：旋挖钻机回转平台典型工况拓扑优化参数优化

旋挖钻机破岩影响因素分析与入岩参数预测研究

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旋挖钻机破岩影响因素分析与入岩参数预测研究

作者：李背燕山大学

学位级别：硕士

旋挖钻机作为当代桩基工程施工的主流设备,虽然在我国的众多基础建设中得到了广泛应用,但是旋挖钻机破碎入岩在现阶段仍然是一项世界性技术难题。目前,旋挖钻机入岩相关研究较少,随着近些年大数据分析技术与人工智能算法的不断发展,为... 详细信息

旋挖钻机作为当代桩基工程施工的主流设备,虽然在我国的众多基础建设中得到了广泛应用,但是旋挖钻机破碎入岩在现阶段仍然是一项世界性技术难题。目前,旋挖钻机入岩相关研究较少,随着近些年大数据分析技术与人工智能算法的不断发展,为旋挖钻机破岩研究提供了新的思路。本文以旋挖钻机破岩过程为研究对象,通过相关力学理论对破岩影响因素进行定性分析,基于大数据分析技术,以旋挖钻机破岩影响因素分析结果为依据,对破岩数据进行预处理与相关性分析,为入岩参数预测模型的输入输出选取提供参考。通过人工智能算法构建钻速预测模型与大腔压力预测模型,实现对多维度非线性入岩机理的准确映射与入岩参数的准确预测,为今后旋挖钻机施工效率监测、加压方式改进、智能化发展提供一定的参考。本文的主要研究内容包括:(1)分析旋挖钻机破岩影响因素。以力学理论为基础,以单截齿为对象,建立单个镐型截齿机-岩相互作用模型,将单截齿机-岩相互作用模型与主机输出参数进行联立,研究旋挖钻机破岩时,主机输出参数对破岩的影响,确定关键影响参数,为旋挖钻机数据处理与分析提供依据。(2)对工程数据进行预处理与分析。基于钻进破岩影响因素的定性分析结果,对历史施工数据进行关键参数提取、钻进段划分、异常数据筛选与剔除、钻进速度补齐,同时对入岩参数间相关性进行分析,为搭建预测模型做准备。(3)建立PSO-BP钻进速度预测模型与深度LSTM大腔压力预测模型。通过对神经网络算法的理论研究,利用粒子群算法(PSO)的全局寻优能力对误差反向传播算法(BP)的初始权值和阈值进行优化,提高BP算法的学习能力与预测精度,搭建基于PSO-BP算法的钻速预测模型,实现入岩参数与钻速间的非线性映射以及破岩时的钻速预测。同时基于长短期记忆网络(LSTM),构建深度LSTM大腔压力预测模型,提高传统LSTM的非线性映射能力与预测精度,实现入岩参数与大腔压力间的非线性映射以及破岩时的大腔压力预测。基于汤汪河一号大桥施工数据对PSO-BP钻进速度预测模型与深度LSTM大腔压力预测模型进行验证分析。

关键词：旋挖钻机破岩影响因素神经网络 PSO-BP算法深度LSTM算法

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旋挖钻机钻进入岩判定与地层识别方法

中南大学学报（自然科学版） 2017年第12期48卷 3344-3349页

作者：许明刘先珊周泽宏张林牛万保张同乐重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 重庆大学土木工程学院重庆400045 国家电网重庆市送变电公司重庆400039 国家电网重庆市电力公司重庆400015

为了提高旋挖钻机施工效率和持力层辨识准确度,采用旋挖钻机钻进过程实时监测系统,对钻进过程中的直测参数和派生参数进行采样和分析,根据钻机工作参数和地层岩土体物理力学参数的固有特性、统计特性,建立钻进过程地层识别系统模型,把... 详细信息

为了提高旋挖钻机施工效率和持力层辨识准确度,采用旋挖钻机钻进过程实时监测系统,对钻进过程中的直测参数和派生参数进行采样和分析,根据钻机工作参数和地层岩土体物理力学参数的固有特性、统计特性,建立钻进过程地层识别系统模型,把地质条件和钻机的工况参数联系起来。研究结果表明:地层结构的变化必然使钻进参数发生变化,进而使旋挖钻机显示出与不同埋置深度地层相适应的动态特征,利用岩土层承载能力评价的特征值——地层比功可概括地反映各类地层的质量好坏,通过与一桩一孔勘察结果进行对比,证明基于随钻参数的持力层判定方法有效。

关键词：旋挖钻机工况参数持力层地层比功

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旋挖钻机桅杆瞬态动力学与疲劳研究

西安建筑科技大学学报（自然科学版） 2021年第3期53卷 445-451页

作者：黄会荣贺明辉张希西京学院土木工程学院陕西西安710123 西安建筑科技大学机电工程学院陕西西安710055 西安陕鼓动力股份有限公司陕西西安710075

为了得到旋挖钻机入岩时桅杆的疲劳寿命与切削深度之间的变化规律,根据短螺旋钻头入岩的理论,建立旋挖钻机钻头入岩时载荷的数学模型,针对组合岩石,模拟短螺旋钻头的工作载荷,然后将得到的载荷应用到桅杆的瞬态动力学响应分析中,确定随... 详细信息

为了得到旋挖钻机入岩时桅杆的疲劳寿命与切削深度之间的变化规律,根据短螺旋钻头入岩的理论,建立旋挖钻机钻头入岩时载荷的数学模型,针对组合岩石,模拟短螺旋钻头的工作载荷,然后将得到的载荷应用到桅杆的瞬态动力学响应分析中,确定随机载荷作用下桅杆的危险部位.利用Miner线性疲劳损伤理论,计算得到桅杆危险部位的疲劳寿命.结果表明:在旋挖钻机入岩时的切削深度允许范围内,桅杆危险部位的疲劳寿命随着切削深度的减小而增大,且切削深度减小的幅度相同时,桅杆危险部位疲劳寿命增加幅度的逐渐增大.

关键词：旋挖钻机桅杆瞬态动力学分析疲劳分析