基本信息
- 项目名称：
- 基于流体传动的轨迹可控钻进装置
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 机械与控制
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 本项目发明了一种转弯灵活、轨迹可控、安全可靠的钻进装置，该装置以流体（水）为唯一动力传递介质，无需电力介入，尤其适用于救援救灾、能源开采等易燃易爆、环境恶劣的场合，为曲线钻进问题提供新的解决方案。
- 详细介绍：
- 本项目针对传统钻进装置只可实现一维直线钻进的问题，提出并设计、制作一种基于流体传动的轨迹可控（可转弯）钻进新装置。该装置具有钻进力矩大、轨迹可控、自动排屑、安全可靠等特点，可用于在救灾中为被困人员打开生命通道、在能源勘探中高效地搜寻并开采石油天然气资源、在工业制造中实现内部复杂孔道加工。该装置钻进机构无需电力介入，以流体（如水）为唯一动力传递介质，尤其适用于环境恶劣、易燃易爆、对安全可靠性高的场合。
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作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 发明目的：本项目发明一种转弯灵活、轨迹可控、安全可靠的钻进装置，该装置以流体（水）为唯一动力传递介质，无需电力介入，尤其适用于救援救灾、能源开采等易燃易爆、环境恶劣的场合，为曲线钻进问题提供新的解决方案。 基本思路：整个装置包括地上的操控台、地下的钻进机构和转向机构三部分： 1.操控台主要负责流体的加压、注入及回收处理，并提供操作手柄与运动轨迹人机交互系统用于控制钻进轨迹； 2.钻进机构主要实现对介质的切削，对碎屑的外排，以及机构整体的前进运动； 3.转向机构主要执行操作台的改变轨迹命令，通过改变流入液压缸的流量来实现钻进机构的转弯。 创新点： 1.一种流体，多种用途，本装置中切削、钻进、转向、排屑等动作均由流体唯一驱动完成； 2.纯流体驱动，无需电力介入，使本装置安全可靠性高，特别适用于易燃易爆的场合； 3.地下转向姿态的可视化，可通过地上监测输入转向缸的累积流量来实现，无需地下电信号传感器； 4.流体具有易流动、能量密度高、可柔性传递的特点，是在曲线管道中高效传递驱动力的唯一选择。 关键技术： 1.如何实现由单一的液压马达旋转运动带动该装置的钻进、排屑、转向等多个复杂运动。 2.如何在钻进机构中不安装传感器的情况下，实现钻进装置转向角度和运动轨迹的实时监测。 主要技术指标： 1.可实现任意方向转弯，单个转向节最大转向角度：0～15° 2.钻进机构无任何电力介入 3.实现钻进轨迹的人机交互实时显示与监控
科学性、先进性
- 现有的钻进类装置中，钻机钻床类装置只能实现一维直线钻进，仿生机构类装置只能在现成的孔道中钻进，其本身往往缺乏钻进能力，盾构类装置价格昂贵，体积庞大，施工配套要求高，如需要配备专门的桁架和小车来实现排泥排屑。这些特点，使得现有的钻进装置，往往局限于其特殊的应用领域。 本项目提出的基于流体传动的轨迹可控钻进装置，利用流体能量密度高的特点提供较大的钻进驱动力，利用流体柔性传递的特点实现轨迹可控的曲线钻进，同时利用流体的回流运动实现自动排屑，从而使本装置特别适用于曲线轨迹的钻进运动,钻进机构轨迹可控性好且无电力介入（安全、可靠），在救援救灾、能源勘探等易燃易爆、环境恶劣的场合应用具有优势。
获奖情况及鉴定结果
- 浙江大学挑战杯初赛优秀作品 浙江大学挑战杯复赛特等奖
作品所处阶段
- 实验室阶段
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物产品、现场演示、视频演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 本项目所研究的轨迹可控钻进装置可在救援救灾、能源勘探和工业品加工等相关领域得到广泛应用。应用于救援救灾领域，可以大幅度减小地质灾害带来的人员伤亡，社会效益明显；应用于能源勘探领域，可为解决日益增长的能源需求提供新的技术方案；应用于工业制造领域，则有望在短期内带来较为显著的经济效益，以阀块加工业为例：2010年我国阀块加工业贸易总额达近100亿美元，本项目所提出的轨迹可控钻进技术可大大简化阀块加工工序、大幅度降低成本，若成功应用，将带来显著的经济效益。
同类课题研究水平概述
- 越来越多的特殊场合需要使用轨迹可控的钻进装置，钻取具有特定轨迹的曲线通孔或通道：例如在能源勘探中，目标油田与钻井装置不在同一直线上时，或者勘探多个伴生油田时，就需要用到轨迹可控的钻井装置；在地震救灾中，大型机械挖掘容易引起二次坍塌，手工挖掘效率低下，就需要用轨迹可控的钻井装置来实现搜寻与定点救援，为被困人员打开生命通道，提供空气、食物以及救生设备等；在工业产品内部复杂管道的加工中，例如阀块内的弯孔加工中，同样也需要用到轨迹可控的钻进装置。 现有的钻进类装置主要有以下三类： 1.钻机、钻床等钻进装置。钻床广泛应用于金属工件的钻孔、扩孔和攻螺纹等加工，钻机广泛应用于矿藏勘探、矿山开凿和岩土工程等领域，这类钻进方式的主要特点是采用刚性转轴，钻进力大，但只能实现一维直线钻进。 2.盾构类钻进装置。盾构广泛应用于地铁隧道、水电隧道等地下挖掘工程，具有挖掘效率高，可曲线掘进等特点，但盾构价格昂贵，体积庞大，施工配套要求高，如需要配备专门的桁架和小车来实现排泥排屑。 3.仿生机构类钻进装置。仿生机构是模仿各类动物（如蚯蚓、蜈蚣等）的习性来实现钻进运动的，这类机构一般具有质量轻，转弯灵活的特点，但仿生机构一般只能在现成的孔道中钻进，其本身往往缺乏钻进能力（或钻进力非常小）。 因此，现有的钻进类装置都只局限在其特殊的应用领域，无法有效地实现轨迹可控的钻进运动。本项目提出并设计、制作一种基于流体传动的轨迹可控（可转弯）钻进新装置，该装置钻进机构无电力介入，以流体（如水）为唯一动力传递介质，具有钻进力矩大、轨迹可控、自动排屑、安全可靠等特点，尤其适用于广泛应用于救援救灾、能源勘探等易燃易爆、环境恶劣的场合。
