指向式旋转导向偏置机构方向控制及动力学仿真

Direction Control and Dynamics Simulation of Bias Unit of Point-the-Bit RSS

吴泽兵 蒋梦洁 谷亚冰 杨晨娟 翟喜萍

WU Zebing JIANG Mengjie GU Yabing YANG Chenjuan ZHAI Xiping

文章简要介绍了指向式旋转导向系统的结构及工作原理，推导了该模型的偏置机构的内外偏心环的偏移矢量的合矢量，得到了芯轴中心分量表达式，在不同条件下计算了理论偏移分量；利用 CAD软件 Creo建立了简化的指向式旋转导向系统的三维模型，基于该数字模型在 ADAMS软件建立了有限元动态仿真模型，并仿真得到了内外偏心环的运动轨迹和芯轴中心分量之间存在三角函数的关系，验证了推导公式的正确性；比较了理论值和ADAMS软件仿真得到的数值解，两者80.56％数据的相对误差小于7％，验证了推导轨迹公式在工程应用上的可行性。由文章推导的芯轴轨迹方程可以得到任意时刻，即内外偏心环任意相对位置时芯轴的偏置方向，从而用来控制工具面的方位，并且可得到钻头偏转角度，为精确制导钻头沿预定的轨迹钻进提供了理论基础，具有重要的实际意义。