非开挖气动回扩锤的参数分析及优化设计研究

论文摘要

作为国家863高科技计划项目“智能型水平定向钻进铺管设备"(2003AA430120)的一项重要课题,本论文以非开挖水平定向钻配套设各——气动回扩锤为研究对象,在研究和分析国内外非开挖设备的基础上,对气动回扩锤进参数进行了仿真分析和优化设计研究。主要工作包括以下几个方面:1.分析气动回扩锤系统结构原理,对其内部工作机理进行定性分析。并应用动力学和气体动力学原理对气动回扩锤内部气体动特性进行了定量研究,建立了气腔中气体质量的变化和结构参数之间的关系及气腔中气体压力和气体质量之间的关系,从而把回扩锤的结构、系统参数和其性能参数以数学公式的形式联系在一起,建立了回扩锤内部动力过程的数学模型。2.气动回扩锤内部动力过程归纳为一组微分方程组,要描述系统的动力过程就必须得到微分方程的解。应用数值分析方法和计算机技术来求所建立的数学模型,建立仿真模型,编制仿真程序。利用仿真方法分析结构参数和系统参数对系统性能的影响。3.影响气动回扩锤系统性能的因素很复杂,要利用计算机技术和最优化的数学方法得到最优的设计方案,使回扩锤系统工作状况达到最优。本文为气动回扩锤的设计开发提供了一套方便、精确的设计方法,对我国非开挖水平的提高和发展有理论价值和现实意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 非开挖技术概述
• 1.1.1 非开挖技术及其应用
• 1.1.2 国外非开挖技术的发展
• 1.1.3 国内非开挖技术的现状
• 1.2 水平定向钻进技术
• 1.2.1 水平定向钻进系统的组成及导向机理
• 1.2.2 水平定向钻进技术的施工过程
• 1.2.3 水平定向钻进技术的发展及现状
• 1.3 气动冲击锤概述
• 1.3.1 气动冲击锤的施工方法
• 1.3.2 气动冲击锤在国内外的发展概况
• 1.4 气动回扩锤概述
• 1.5 本课题的意义和任务
• 1.5.1 本课题的意义
• 1.5.2 本课题的来源和任务
• 第2章 气动回扩锤理论分析
• 2.1 气动回扩锤的结构特点和工作机理
• 2.2 气动回扩锤运动分析理论
• 2.2.1 气动回扩锤系统的假设
• 2.2.2 气动回扩锤工作机理的定性分析
• 2.3 气动回扩锤系统分析
• 2.3.1 气腔内的压力动特性
• 2.3.2 进、排气通路流量特性分析
• 2.3.3 进、排气通路有效面积的确定
• 2.3.4 进、排气通路对气腔容积的影响
• 2.3.5 气动回扩锤活塞运动微分方程
• 2.4 小结
• 第3章 气动回扩锤系统的计算机仿真研究
• 3.1 建立气动回扩锤的仿真模型
• 3.1.1 仿真算法的设计
• 3.1.2 四阶龙格—库塔法简述
• 3.1.3 仿真程序的设计
• 3.2 HKC180型气动回扩锤仿真研究
• 3.2.1 仿真初始数据的输入
• 3.2.2 仿真结果的输出
• 3.2.3 仿真结果分析
• 3.3 气动回扩锤性能影响因素的分析
• 3.4 小结
• 第4章 气动回扩锤系统优化设计
• 4.1 建立数学模型
• 4.1.1 设计变量的确定
• 4.1.2 目标函数的建立
• 4.1.3 约束条件的选择
• 4.2 气动回扩锤的优化方法
• 4.2.1 随机试验法简述
• 4.2.2 程序设计
• 4.3 HKC180型气动回扩锤优化设计
• 4.3.1 优化设计的原始数据
• 4.3.2 优化结果
• 4.4 小结
• 第5章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 作者攻读硕士学位期间发表的论文