0 引 言

随着引水、排(渗)水工程的大量开展，水平钻探设备得到了一定规模的应用。水平钻机是受限空间内水平钻探作业的主要设备，但在施工过程中由于作业条件的限制，往往需要根据现场情况进行改造。由于应用领域较窄、生产厂家少，水平钻机长时间没有大的改进。笔者通过ANSYS-Workbench使用有限元方法对钻机机架进行模态和刚度分析，为后续改进设计提供依据。

1 水平钻机的工作原理

水平钻机一般分为动力部分和主机部分。动力部分主要为液压泵站，主机部分包括机头、机架、机尾、活塞杆、滑架、大油缸和动力头部分等，简易结构如图1所示。施工时，机头孔口对准需要布置水平管的点位，大油缸带动滑架在机架上往机头方向做前进运动时，实现套管的顶进动作；大油缸带动滑架在机架上往机尾方向做前进运动时，实现套管的拖拉动作。

2 水平钻机的模态分析

2.1 模态分析方法

模态分析是研究结构动态特性的一种近似方法，模态分析是将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。模态分析的最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据[1]。

  

图1 水平钻机结构示意图1.机头 2.机架 3.机尾 4.活塞杆 5.滑架 6.大油缸

文中通过模态分析，得出水平钻机的前6阶模态和振型。令水平钻机机架动力学方程[2]为：

 

式中：[M]为质量矩阵；[C]为阻尼矩阵；[K]为刚度矩阵；F(t)为作用于机架随时间变化的外部载荷量；u为节点的位移向量为节点的速度向量为节点的加速度向量。

u=u0sin(ωt+φ)

 

根据上述理论方程可求得机架的固有频率，振动外力的频率和机架结构固有频率一致或接近则要发生共振，共振因为会使振动变得越来越强，因此在水平钻机的设计时应该避免。

因为模态分析研究机架结构的固有频率与外部载荷无关，故令F(t)=0；且机架的阻尼矩阵较小，取C=0，可得模态分析方程为：

在社会层面，融合发展如何应对当地的社会分化，有效地推进社会融合仍有待于深入研究。以两岸为例，在大陆这个融合发展的“主场”，我们有望看到融合与认同的共生，有望看到两岸融合的新世代对民族复兴和国家统一的助力，统一的声势将会得到融合发展的支撑。另一方面，在融合发展的台湾“客场”，我们也应注意留守台湾的多数新世代青年很可能成为台湾经济衰退、社会分化、福利萎缩的牺牲品，而且他们之中部分人很可能受到激进“台独”思想的诱惑［19］。

为了降低节点应力，让机架受力更均匀，在实际施工过程中，会在机头和机尾方向添加调节顶铁。增加调节顶铁后，位移约束不完全在机架的支撑销轴上。在顶进施工时，机头方向会放置顶铁，回拖施工时，机尾方向也有调节顶铁。考虑顶铁对位移约束的影响，下面以受力较大的回拖施工重新进行应力分析，如图5所示。

上述方程的齐次微分解为：

2.2 钻机机架的模态分析

从图5可以看出，考虑顶铁的约束后，受力分布更加均匀，最大节点应力也降至46 MPa左右，整体机架的可靠性有了进一步的提升。

根据小波变换的原理，为了获得最优去噪质量，选取小波基函数时考虑其对称特点、紧支撑能力、正交性等原则[11]，对比dbN、symN小波基，使用新阈值函数和引用的最优阈值规则，在不同分解层下，对模拟的高斯峰数据进行去噪，根据去噪后信噪比的评价指标，选择最佳的小波基和最合适的分解层数.

 

 

  

图2 水平钻机机架前6阶振型位移云图

从图中模态分析结果可以看到机架的前6阶固有频率及振型。前6阶频率从60.134 Hz过渡到116.83 Hz，振型变化主要是机架的变化为主，从振态的形状我们可以知道在某个自然共振频率下，结构的变形趋势，前面3阶振型主要是机架的同向或相向扭曲，后面3阶振型主要是机架下部对外扩张扭曲。

2.3 改变机架尺寸对模态分析的影响

由于结构的固有频率与质量和刚度有关，在此通过适当改变机架的结构来观察固有频率的变化。由于模型的优化与分析[3]是根据整体部件来考虑的，而部分尺寸是定值不能改变。考虑到机架的长度固定，下面通过改变机架厚度和高度来进行模型分析。

水平钻探施工过程中，套管在顶进和回拖时，水平钻机机架承受较大的压力。实际施工过程中，为了防止土层抱死套管，顶进施工油缸压力一般控制不超过10 MPa，回拖施工一般控制不超过20 MPa。现通过workbench模拟机架的受力情况如下。

通过表1和表2的分析结果可以看出，随着厚度的增加，固有频率越来越小；随着高度的增加，固有频率越来越小，整体变化幅度不大。钻机固有频率在合理的范围内增加机架厚度和高度，对整体机架的固有频率影响有限。

陈主任向莫老板说明来意，并做了自我介绍。莫老板问陈主任带了发票没。陈主任说发票在开发商那，没拿来。莫老板说没发票我怎么知道防盗门是从我这儿买走的？陈主任说不是你经销的自然不会来找你，鑫荣花园一次性购买如此多的防盗门，你不会连个印象也没有吧？

 

表1 改变机架厚度对固有频率的影响 /Hz

  

阶数机架厚度10(mm)机架厚度20(mm)机架厚度30(mm)160.13449.89244.18263.65861.24581.047383.66587.40585.065497.70990.40998.3095108.2999.66104.416116.83102.95110.52

 

表2 改变机架高度对固有频率的影响 /Hz

  

阶数机架高度260(mm)机架高度280(mm)机架高度300(mm)160.99460.13459.255263.93363.65863.384388.08583.66579.315496.91997.70998.1695100.05108.29101.436125.14116.83105.47

3 水平钻机的刚度分析

3.1 水平钻机的应力分析

今年HK IWSC颁发了多个奖项给属于冷凉气候葡萄酒产区，成绩斐然，其于亚洲的受欢迎程度可见一斑。特别是来自新西兰的葡萄酒，近年来在中国内地的进口量、额和均价都在持续上涨。从今年公布的2017年进口数据可以看出，新西兰的对华出口总额增长超过30%，出口量达到十年前的10倍。

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从图3、图4可以看出，水平钻机在顶进施工过程中，最大等效应力为33.823 MPa；在回拖施工过程中，最大等效应力为67.646 MPa，均小于钢铁的许用应力，为安全工况。

  

图3 顶进施工时钻机机架的等效应力图 图4 回拖施工时钻机机架的等效应力图

3.2 调整后的水平钻机应力分析

式中：u0为初始位移向量；ω为机架的固有频率；t为时间；φ为初相位。

为保证模型计算的精度和正确性，在进行模态分析计算时对模型质量要求较高。因此在实际模型计算时在不影响计算结果的前提下，尽可能将模型简化。在实际施工中，机头、机尾和机架直接都是固定连接的，本文通过SolidWorks软件建立水平钻机的三维模型，为了简化计算，导入workbench后通过布尔运算合成一个整体进行分析。

人事部门领导必须做好对下属工作人员检察力度，不定期组织部门员工进行培训，从思想上端正工作人员的态度。只有这样才能从根本上解决人事管理工作懈怠、滞后等乱象，才能让员工工作更加认真。信息化档案管理办法可以有效地简化人事档案的收集和处理工作，在很大程度上节约了时间，提高工作效率。档案管理者必须研究单位人事年龄结构，优化人事管理办法，找到适合单位发展人事管理制度。

在中央银行的发展过程中，不同时期的中央银行制度存在明显差异，同时期的不同国家之间也存在着差异，中央银行制度的差异反映着各个国家经济以及政治和文化的差异。中央银行制度是国家经济框架的重要组成，影响着国家的经济稳定和一国的发展。中央银行的类型包括单一制中央银行制度，复合中央银行制度，跨国中央银行制度和准中央银行制度，不同的中央银行制度作用也有很大差异，这里主要讲述不同国家中央银行制度之间的比较。

  

图5 回拖施工时钻机机架的等效应力图

4 结 语

本文基于ANSYS-Workbench 对水平钻机的机架进行了模态分析，得出其前六阶模态和振型，通过改变机架厚度和高度进一步分析其规律和特点，从而达到避免共振的目的。通过模拟水平钻机的顶进和回拖过程，分析钻机机架的受力情况，并根据施工现场情况调整相应结构，优化了整机的受力情况，为实际施工时调节顶铁的布置提供指导，为水平钻机的后续优化设计提供依据。

参考文献：

[1] 傅志方，华宏星.模态分析理论与应用[M].上海：上海交通大学出版社，2000.

[2] 于洋涛，陶兆胜，彭 澎.回转支承套圈整形机架刚度及动力学分析[J].龙岩学院学报，2017，35(2)：80-84.

[3] 孙靖民.机械优化设计[M].北京：机械工业出版社，2013.