WX600型水平定向钻节能技术研究

【摘要】：水平定向钻是一种应用定向钻进技术的非开挖设备,广泛应用于管线铺设工程。作为一种大功率工程机械,水平定向钻在作业过程中外负载波动范围大,存在着不少的功率损失,其油耗高、排放差的特点已成为其发展的瓶颈,已经受到节能环保领域的广泛关注。本文对基于功率匹配的水平定向钻动力系统的节能控制技术进行了理论研究及仿真和试验验证。 主要完成的研究如下： 1、在大量查阅国内外工程机械节能技术文献的基础上,阐述了当前国内外使用广泛的节能控制技术,结合水平定向钻的作业特点,分析了造成水平定向钻能量损失的主要原因,确定围绕功率匹配不合理引起的功率损失作为研究的重点。 2、研究了水平定向钻节能控制策略,确定了水平定向钻动力系统的功率匹配原则,设计了模糊PID控制器,建立了节能控制系统的AMESim-Simulink联合仿真模型,并利用联合仿真验证了功率匹配方案的合理性。 3、以WX600型水平定向钻为平台对节能控制系统进行了试验分析,实验表明：功率匹配节能控制方案设计合理,节能效果明显。 【关键词】：水平定向钻 功率匹配 节能 模糊PID 联合仿真
【学位授予单位】：中南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU990.3
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-6
• 目录6-8
• 第一章 绪论8-19
• 1.1 课题提出的背景及研究意义8-14
• 1.1.1 课题提出的背景8-13
• 1.1.2 课题研究的意义13-14
• 1.2 节能技术简述14-15
• 1.2.1 各部件节能控制技术14-15
• 1.2.2 整机匹配协调控制15
• 1.3 国内外水平定向钻节能研究和应用现状15-17
• 1.3.1 国外水平定向钻节能研究和应用现状15-16
• 1.3.2 国内水平定向钻节能研究和应用现状16-17
• 1.4 本课题研究的主要内容17-18
• 1.5 本章小结18-19
• 第二章 水平定向钻特性分析与研究19-32
• 2.1 水平定向钻典型工况分析19-20
• 2.2 节能控制系统的组成与特性分析20-27
• 2.2.1 发动机工作特性及节能控制分析21-25
• 2.2.1.1 发动机的工作特性21-22
• 2.2.1.2 转速波动对比油耗的影响22-23
• 2.2.1.3 发动机控制的意义23-24
• 2.2.1.4 转矩匹配原则24-25
• 2.2.2 液压泵工作特性与节能控制分析25-27
• 2.2.2.1 液压泵的效率计算与分析25-26
• 2.2.2.2 泵控系统基本原理及目的26-27
• 2.3 水平定向钻能量损失原因分析及需要解决的问题27-31
• 2.4 本章小结31-32
• 第三章 水平定向钻动力系统功率匹配研究32-48
• 3.1 功率匹配控制要求32
• 3.2 发动机、泵控制方式的选择32-40
• 3.2.1 发动机控制方式的选择32-34
• 3.2.2 液压泵控制方式的选择34-40
• 3.3 控制策略研究40-46
• 3.3.1 发动机-泵功率匹配策略40-43
• 3.3.2 泵-负载功率匹配策略43
• 3.3.3 发动机-负载功率匹配策略43-46
• 3.3.3.1 发动机分工况控制43-45
• 3.3.3.2 工况模式的选择45-46
• 3.4 节能控制系统的建立46-47
• 3.5 本章小结47-48
• 第四章 控制算法研究48-58
• 4.1 PID控制算法48-49
• 4.2 模糊PID控制49-51
• 4.2.1 模糊控制49-50
• 4.2.2 模糊PID控制的结合50-51
• 4.3 模糊控制器的结构确定51-53
• 4.4 语言变量的确定53
• 4.5 模糊化和清晰化53-55
• 4.5.1 输入清晰量的模糊化53-54
• 4.5.2 输出模糊量的清晰化54-55
• 4.6 推理规则的确定55-57
• 4.7 本章小结57-58
• 第五章 节能控制系统建模与仿真58-70
• 5.1 仿真软件及联合仿真介绍58-59
• 5.1.1 AMESim软件简介58-59
• 5.1.2 Matlab/Simulink软件简介59
• 5.1.3 AMESim-Simulink联合仿真59
• 5.2 联合仿真模型的建立59-65
• 5.2.1 AMESim环境下的建模59-60
• 5.2.2 主要部件仿真模型研究60-63
• 5.2.3 Matlab/Simulink中的模糊控制器框图63-65
• 5.3 仿真与结果分析65-69
• 5.4 本章小结69-70
• 第六章 节能控制系统试验与结果分析70-80
• 6.1 试验目的与试验内容70
• 6.2 试验设备70-74
• 6.2.1 试验平台概述70-72
• 6.2.2 负载模拟系统72-73
• 6.2.3 试验检测元件选择73-74
• 6.2.3.1 测量参数73
• 6.2.3.2 试验检测设备73-74
• 6.3 试验步骤74-76
• 6.3.1 构建试验系统74-75
• 6.3.2 发动机油门位置与转速关系的标定75-76
• 6.4 控制系统的节能控制试验76-78
• 6.5 试验分析结果78-79
• 6.6 本章小结79-80
• 第七章 结论与展望80-81
• 参考文献81-88
• 致谢88-89
• 攻读学位期间的主要研究成果89

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