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题名地下管道清理自平衡自适应机器人结构设计与分析
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作者
闻育民
赵研
高科
张聪
姜雯
吕晓姝
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机构
吉林大学建设工程学院
吉林大学地热资源开发技术与装备教育部工程研究中心
中国科学院大学工程科学学院
瓦萨大学电气工程与能源技术系
阿尔托大学土木工程系
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出处
《机械设计》
北大核心
2025年第7期26-35,共10页
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基金
国家自然科学基金项目(42172345,41972324)
吉林省教育厅科学研究项目(JJKH20221016KJ,JJKH20221014KJ)
吉林大学研究生创新基金资助项目(2022104)。
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文摘
针对城市地下管道中沉积结垢、残墙坝根等坚硬障碍物的处理难题,通过三维建模软件,采用模块化设计理念,设计了一种能在城市地下管道中进行清理作业的机器人,其包括可变径行走模块、可变向给进模块和可变径清理模块。总结分析了该机器人自平衡自适应的结构设计特点。采用力学分析与模拟仿真的方法,分析了该机器人在管道内的受力状态,并对其关键零部件进行优化。结果表明:该机器人可以满足在600~800 mm管道内自平衡行走、自适应变径、自适应转弯和给进的功能要求,并且可以通过弯曲半径大于1086 mm的直角弯管。同时,也丰富了机器人在管道清理方面的设计与应用。
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关键词
市政工程
管道清理
管道机器人
结构设计
力学分析
仿真分析
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Keywords
municipal engineering
pipeline cleaning
pipeline robot
structural design
mechanical analysis
simulation and analysis
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分类号
TU992
[建筑科学—市政工程]
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题名救援钻孔用双钻头扭矩自平衡钻进系统理论与实验
被引量：3
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作者
高科
张聪
赵研
李旭
闻育民
吕晓姝
谢晓波
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机构
吉林大学建设工程学院
地热资源开发技术与装备教育部工程研究中心
瓦萨大学电气工程与能源技术系
阿尔托大学土木工程学院
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出处
《煤田地质与勘探》
CAS
CSCD
北大核心
2022年第11期85-93,共9页
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基金
国家重点研发计划课题(2018YFC0808201)
国家自然科学基金项目(42172345,41972324)。
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文摘
快速安全构建应急救援通道是在矿山事故发生后解救井下被困人员的有效方法,常规救援井钻进技术主要有潜孔锤冲击钻进技术和复合钻进技术,存在钻机结构庞大、钻进工艺复杂、对地层扰动大和中靶率低等不足,尤其在破碎地层易产生二次事故,很难有效满足救援要求。为确保救援钻孔的地层适应性和孔壁稳定性,提出了双钻头扭矩自平衡钻进方法,建立了双钻头逆向驱动数学模型,通过独立逆向驱动内外2个钻头实现双钻头的同步逆向回转碎岩,上部钻具主要受简单的轴向拉压力作用,对井壁产生的扰动微弱。同时,双钻头交替给进互相扶正,可有效防止孔斜,实现精确中靶。双钻头扭矩自平衡钻进系统主要包括近钻头驱动局部扭力闭式自平衡、内外钻头钻压调节和钻具传压隔扭3大部分。依据该系统的功能需求,设计了钻具整体结构系统,并利用有限元分析软件对内钻头传扭轴、调压丝杆和传压隔扭轴承座等关键部件进行强度校核与优化,研制了一套双钻头扭矩自平衡钻进系统功能样机。对整套系统双钻头同步回转、交替给进、系统密封和自动控制等进行一系列测试和调控检测,并开展针对软、中硬和硬3种不同岩性岩石的室内钻进试验,结果表明:该系统对孔壁和岩心的扰动小、中靶率高,在不同岩性地层均具有较高的钻进速度,验证了双钻头在近钻头驱动下扭矩自平衡的可行性,为矿山灾害生命保障救援通道的快速安全构建提供了一种安全高效的方法。
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关键词
应急救援
自平衡钻进
钻孔稳定性
双钻头
安全透巷
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Keywords
emergency rescue
self-balancing drilling
borehole stability
dual-bit
safe roadway penetration
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分类号
TD41
[矿业工程—矿山机电]
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题名双钻头自平衡钻进系统用多通道连续缆管设计
被引量：3
- 3
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作者
赵研
艾红欣
高科
张丛珊
吕晓姝
谢晓波
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机构
吉林大学建设工程学院
地热资源开发技术与装备教育部工程研究中心
瓦萨大学电气工程与能源技术系
阿尔托大学土木工程学院
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出处
《煤田地质与勘探》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第4期164-169,共6页
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基金
国家重点研发计划课题(2018YFC0808201)
国家自然科学基金项目(42172345,41972324)。
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文摘
为解决矿山灾害钻孔救援过程中地面钻机对地下钻头“长臂管辖”式驱动导致的钻进效率低、对孔壁扰动大和起下钻辅助时间长等问题,提出了无钻机双钻头仿生自平衡连续缆管钻进技术,而多功能连续缆管设计是该技术的重点和难点之一。为此,根据自平衡钻进系统的需求,从功能、结构、参数三大方面对多通道连续缆管进行设计。为实现连续钻进,多通道缆管需要同时具备泥浆循环、电能与信号传输和电磁屏蔽等功能,此外,还要具有足够强度和良好的弹性。对缆管的铠装缆线外径、内管与外管内外径参数进行设计并计算钻井液环空上返流速,计算结果表明缆管内外管直径参数设计满足最低上返流速要求。采用理论计算与数值模拟相结合的方法对缆管的关键部件进行受力分析,对外管抗拉压弯强度及外管壁抗挤压强度等进行强度校核。结果表明:多通道连续缆管结构设计合理,性能可靠,能够满足无钻机双钻头仿生自平衡钻进系统的技术要求,为矿山灾害无钻机双钻头仿生自平衡钻孔救援工作提供一种安全可靠、快速机动的多通道连续缆管技术和方法。
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关键词
双钻头
自平衡钻进
多通道
连续缆管
钻孔救援
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Keywords
double bit
self-balancing drilling
multi-channel
continuous cable duct
drill rescue
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分类号
TD41
[矿业工程—矿山机电]
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题名钻孔救援连续缆管储放设备研制
被引量：1
- 4
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作者
高科
牛鑫
赵研
秦小琳
吕晓姝
谢晓波
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机构
吉林大学建设工程学院
地热资源开发技术与装备教育部工程研究中心
瓦萨大学电气工程与能源技术系
阿尔托大学土木工程学院
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出处
《煤田地质与勘探》
CAS
CSCD
北大核心
2023年第3期168-176,共9页
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基金
国家重点研发计划课题(2018YFC0808201)
国家自然科学基金项目(42172345,41972324)
吉林省教育厅科学研究项目(JJKH20221016KJ,JJKH20221014KJ)。
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文摘
双钻头仿生自平衡连续钻进技术具有无需钻机、钻进速度快和对井壁扰动小等优点,是构建矿山灾害保障救援通道的潜在关键技术之一。该技术中的连续缆管由于内置有电源、信号和排屑等通道,要求在储放过程中不能出现像现有滚筒式绞车储存连续管时存在的互咬、挤压和设置动静导电滑环等情况,故需研制与之匹配的专用连续缆管地面储放设备。依据双钻头自平衡钻进技术的需求和连续管滚筒式绞车储存技术存在的不足,提出了连续缆管套筒式储存和夹持式输送原理,构建了连续缆管套筒式储存和输送模型,并应用有限元分析软件对连续缆管的夹持输送过程进行模拟分析。依据双钻头仿生自平衡钻进系统对连续缆管的性能要求,确定了整机尺寸参数,并对整机的运行参数进行了计算,建立了适用于连续缆管外径为50.8 mm、井眼深度小于1 016.8 m、场地面积小于50 m2钻井工况的钻孔救援连续缆管储放设备三维模型。最后,研发了与本设备匹配的电控系统,并对加工组装好的整机进行了连续缆管夹持输送、储放设备运行、连续缆管储放等机电一体化联调与试验。结果表明:连续缆管储放设备运行平稳,在连续缆管存储和输送过程中,无互咬和锁死现象,没有动静导电滑环,能够满足双钻头仿生自平衡钻进系统的技术需求,为钻孔救援双钻头自平衡连续钻进提供了必要的装备支撑。
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关键词
钻孔救援
连续缆管
储放设备
多套筒式连续储缆
矿山灾害
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Keywords
borehole rescue
continuous cable pipe
storage equipment
multi-sleeve continuous storage cable
mine disaster
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分类号
TD41
[矿业工程—矿山机电]
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