非开挖地下管线施工技术是一项新崛起并迅速发展的产业，在城市和许多其 他场合，采用非开挖技术进行地下管线施工是现代文明发展的需要，因而非开挖方 法迅速得到应用和推广是当今世界发展趋势。 随着我国经济建设的不断发展，市政建设需要的不断扩大，以及国内对施工 环境要求不断提升，加快施工进程和最大限度地节约施工成本，水平定向钻进技术 逐步得到广泛应用。在借鉴国内外各类定向钻技术，研制出适合我国国情的定向钻 机。其主要应用在建筑物密集，交通繁忙的大中型城市地下管线的铺设上，如铺设 水管、电缆及各类通讯光缆等。对定向钻的研究与推广应用将给社会带来良好的经 济效益和社会效益。 本论文研究内容是上海市教委重点学科资助项目“微型定向钻的研制与开发” 的主要部分，本文围绕着定向钻的轨迹控制与研究，其主要工作包括：定向钻总体 设计、钻进轨迹设计、导向钻头在土壤中钻进受力分析和试验与研究、导向钻杆设 计及钻杆疲劳强度和振动研究与分析、钻孔轨迹控制策略及控制器设计、变频液压 调速系统调速范围及性能分析及实验和系统动态分析仿真等。 本论文对定向钻的轨迹控制与研究作了初步探索，为定向钻的轨迹控制提供 理论及实践基础。首先，在研究国内外的定向钻的基础上，轴向推进系统液压缸采 用三缸并联形式，实现定向钻微型化要求；提出了二维和三维钻孔轨迹的数学模型 和设计方法；应用土壤力学原理对定向钻头在土壤中推进、旋进及回拖三种作模式 进行受力分析并建立了数学模型，并通过试验验证公式的正确性；其次，提出了钻 杆在钻孔孔道中的动态力学模型，建立了钻头对土壤的作用力与转角关系公式，建 立了定量计算钻杆上任一点的挠度、转角及内力方程；研究了定向钻工作中的振动 形式，建立定向钻进应该避开的发生共振频率转速计算公式，为定向钻进参数确定 提供依据，同时将模糊控制技术应用在定向钻轨迹控制中，确定了轨迹控制相应的 输入和输出量，分析并确定了模糊控制规则，在MALAB中实现定向钻轨迹模糊 控制器设计；最后，在分析变频液压系统调速范围的影响因素的基础上，提出了实 际流量脉动的概念，从理论推出变频液压系统最低转速的影响因素；建立变频液压 调速系统动态数学模型，并对系统进行仿真，对系统参数进行分析。对定向钻变频 电液控制系统总体设计。仿真分析和试验研究表明，本论文的理论分析结果与试验 结果吻合，为定向钻的研究设计和推广应用打下基础。 关键词：非开挖技术　水平定向钻　土壤切削　轨迹控制　模糊控制 变频调速　容积调速