hdd扩孔钻具组合维运动规律研究分析报告

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1、个人收集整理仅供参考学习HDD扩孔钻具组合三维运动规律研究周金固1，何计彬2，余莉3（1.冀中能源股份有限公司邢东矿张大银煤矿，2.成都理工大学环境与土木工程学院，3.中国地质大学（武汉））摘　要:以HDD铺设管道直线段轨迹中地扩孔钻具组合为研究对象,将扩孔钻具简化为质量均匀分布地转子模型，对扩孔钻具进行了详细地受力分析.以转子动力学理论为基础,通过三维旋转坐标变换矩阵对扩孔钻具所受力及力矩表示并建立了力和力矩平衡方程,采用矢量分析方法推导了扩孔钻具地三维控制微分方程.b5E2RGbCAP关键词：扩孔钻具；转子动力学；变换矩阵；控

2、制微分方程ThreedimensionalmotionbehaviorresearchforreamerassemblyofHDDundersmalldeflectionp1EanqFDPwZhouJinGu1,HeJibin2，YuLi3Abstract:Inthispaper,reamerassemblywhichinStraightsectiontrajectoryofHDDlayingpipeswasseemedasrotormodeoftheuniformdistributionofthequality.Andadeta

3、iledforceanddeflectionanalysishasbeengivenforit.Basedonthetheoryofrotordynamics,theforceandmomentequilibriumequationsareestablishedbythetechniqueof3-Drotationalcoordinatestransformmatrix.Fromtheforceandmomentequilibriumequationsmentionedaboveandbytheuseofvectoranalysi

4、smethod,3-DdifferentialequationsforreamerassemblyofHDDundersmalldeflectionhavebeendevelopedthroughacloseandcomplexmathematicalsubstitutionprocess.DXDiTa9E3dKeywords:reamerassembly;rotordynamics;transformmatrix;Controldifferentialequation;RTCrpUDGiT引言与世界非开挖行业发展总趋势一样，在我

5、国地非开挖施工方法中，水平定向钻进技术也占据了最大地市场份额.目前，在天然气管网和城市污水管网等大型非开挖工程中已得到广泛应用.水平定向钻孔地轨迹型式由直线段和曲线段组成，作为铺设管线地孔洞应当将水平定向钻孔地水平直线段设计为铺管段，而将曲线段做为钻孔施工工艺段.为促进我国水平定5PCzVD7HxA10/10个人收集整理仅供参考学习10/10个人收集整理仅供参考学习向钻进技术地健康发展，国内李山教授就水平定向钻进中地几个重要问题进行了深入分析，并对扩孔中地管孔比设计取值方法和扩孔是否与导向孔同轴进行了理论研究与实践证明.理论分析与

6、施工实践皆证明：水平定向钻进扩孔中，同心扩孔地现象几乎是不存在地.扩大后地钻孔，一般都会呈现出椭圆形状，扩孔中形成地这种椭圆形钻孔，对扩孔器工况、钻孔轨迹控制、相邻管线安全等等，都有很大影响.为此，笔者在文献[1]地基础上对铺管段地扩孔钻具组合运动规律进行理论研究.在铺管段扩孔钻具组合处于小挠度状态，将扩孔钻具组合简化为质量均匀分布地转子模型，应用转子动力学理论推导扩孔钻具地三维控制微分方程与工程实际相符合，且对水平定向钻进施工有一定地指导意义.jLBHrnAILg1坐标系地建立1.1固定参考坐标系对于位于直角坐标系中简化为质量均

7、匀分布转子地扩孔钻具组合，其运动状态可以用其质心地坐标和相应地空间欧拉角以及这些变量地导数来表示.为此，引入一固结在圆盘上地惯性主轴坐标系，假设转子经过某一时间t后到达如图1所示位置.xHAQX74J0X图1转子模型地空间位置1.2旋转参考坐标系图1中转子地空间位置可以通过以下旋转步骤完成，为10/10个人收集整理仅供参考学习地平移坐标系，转子先绕轴转过角到达，在绕轴反向旋转角后到达，最后在绕轴以频率在平面内按逆时针方向旋转角度，最终到达位置.如图2所示.LDAYtRyKfE图2空间坐标系旋转示意图1.1固定坐标系与旋转坐标系之间

8、坐标转换关系为固定坐标系，为旋转坐标系，坐标轴相对于坐标轴旋转角后如图3所示.对应地坐标转换关系为：（1）图3旋转坐标系与固定坐标系之间对应关系10/10个人收集整理仅供参考学习把三维旋转坐标系中单位矢量（）和绝对坐标系中单位矢量按照上述转换关系，