基于重要零件聚类的HDD动力头模块化快速设计系统研究

随着地下管道施工越来越青睐于使用非开挖技术，水平定向钻机（HDD）将拥有广阔的市场，不同的施工环境与客户需求决定了水平定向钻机将朝多样化方向发展。动力头是水平定向钻机的核心部件，其多样化设计是实现水平定向钻机多样化的重要步骤；同时为了迅速响应市场变化与缩短设计周期，又要求快速地对动力头进行设计；因而，对动力头进行快速多样化设计研究具有重要意义。基于此，本文使用模块化技术对水平定向钻机动力头进行快速多样化设计，针对动力头装置结构复杂的特点与考虑零件在结构和功能中地位不同的情况，提出基于重要零件聚类的模块划分方法来对动力头进行设计；在此基础上，开发了动力头装置的模块化快速设计系统，并对系统中配置的动力头模型进行仿真分析以验证系统的合理性。主要研究工作为：（1）使用某企业水平定向钻机的技术参数对动力头进行设计，确定了动力头主要零件的基本参数，并在Pro/E中绘制了动力头模型，为快速设计系统的开发提供了设计规则和模型基础。（2）采用基于重要零件聚类的模块划分方法对动力头进行设计。首先，建立了动力头结构关系与功能关系的加权网络图；其次，采用综合测度算法搜索加权网络中的重要节点；然后，确定一般零件与重要零件的从属关系并形成初步划分方案；最后，使用模糊聚类算法对初步划分子模块进行聚类，并基于模块耦合度、模块聚合度、装配复杂度、系列化设计难易度四个评价指标获得了动力头模块划分的最优方案。（3）在完成动力头模块化设计的基础上，运用Pro/E二次开发、参数化等技术建立了模块化快速设计系统，使用该系统快速地设计了水平定向钻机动力头，并根据客户的不同需求，配置了不同的动力头模型，实现了动力头快速多样化设计。（4）使用Adams软件对在快速设计系统下配置生成的动力头进行了仿真分析，检验了该动力头模型的正确性，从而说明了模块化快速设计系统合理性。综上所述，本文提出了基于重要零件聚类的模块划分方法，将此方法应用于动力头的模块化设计，同时搭建了动力头快速设计系统，研究表明使用该系统能完成水平定向钻机动力头快速多样化设计。