煤田地质与勘探

作者：张宁, 刘祺, 邵俊杰, 常江华, 罗鹏平, 邹祖杰,

关键词：钻杆运移装置, 动力学分析, 粒子群算法, 优化迭代, 模糊控制,

在大直径救援井施工起下钻作业中，钻杆运移装置用于大直径钻具输送及钻柱接续。针对钻杆运移装置定位过程中钻杆易产生振动，难以快速、准确地将钻杆举升至动力头翘起角度进行对扣的问题。首先分析了钻杆运移装置的结构特点和工作原理，利用结构关系推导了钻杆举升时的运动学模型，得出钻杆末端接头与举升油缸和运移小车运动规律的映射关系，并采用有限元方法建立了钻杆举升时的动载受力模型，得出了钻杆末端接头的振动加速度主要由举升油缸和运移小车的工作速度所决定，且各部件的工作速度主要由各自的输入流量所确定；其次引入了基于模糊粒子群优化算法的综合误差评价函数，将钻杆末端接头的转角误差和位姿误差作为输入信号，采用加权法进行计算出综合误差和加速度误差，利用梯形隶属度函数构造了模糊控制规则，得出综合误差、加速度误差与比例参数、积分参数、微分参数之间关系，完成PID的控制参数调节，实现了对钻杆末端接头的主动抑振控制；最后利用MATLAB软件搭建了数值仿真模型，以某次钻杆运移装置工作时测量数据信号为例进行仿真研究，系统综合误差只需0.9 s可将振幅衰减至峰值的10%以下，同时加速度误差仅为0.05 mm/s2，并通过现场应用试验进行了验证。试验结果表明：该钻杆运移装置的控制方法可以实现钻杆举升过程的主动抑振，定位过程中钻杆末端接头能够在短时间内进入稳态，采用模糊控制器时平均加卸单根钻杆时间约192.8 s，节约时间约60 s，整体加卸钻杆效率提高24%。研究结果为提高钻杆运移装置的整体施工作业安全性和施工效率提供了理论基础。

来源：2023年第3期

《煤田地质与勘探》期刊编辑部

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