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旋挖钻机动力头结构设计与优化

发布时间:2018-01-21 09:11

  本文关键词: 旋挖钻机 动力头 结构设计 有限元分析 优化 出处:《长安大学》2015年硕士论文 论文类型:学位论文


【摘要】:动力头系统是旋挖钻机最重要的组成部分,其性能好坏直接影响钻机整机的工作效率。然而在旋挖钻机动力头设计技术上,国内主机厂起步较晚,经验不足,缺少试验研究,导致动力头使用过程中故障率高,可靠性不足。因此,深入研究动力头设计理论,优化分析其结构中薄弱环节,增强动力头的可靠性,对提高旋挖钻机整机工作效率有着重要意义。论文首先阐述了动力头结构的组成、功能和原理,对比分析了国内外旋挖钻机动力头的典型结构,找出不同结构之间的差异,为动力头设计提供参考。然后,以XR220D旋挖钻机为样机,设计了动力头,利用三维软件Creo建立动力头箱体、传动齿轮和驱动套的模型。在此基础之上,借助有限元分析软件ANSYS对动力头的关键零部件进行了静力学分析,以了解其不同工况下的应力、变形分布情况,进而找出结构中的薄弱环节,为动力头的优化提供依据。有限元分析结果表明:动力头箱体和驱动套的最大应力值超过了材料的许用应力值,极限工况下容易遭到破坏,是结构的薄弱位置。对动力头内转动的关键零件进行模态分析,得到了前六阶固有频率,说明动力头转动件不会发生共振。最后,本文针对动力头结构的薄弱环节进行改进优化,优化后验证性的进行有限元分析,对比优化前后薄弱环节的应力,结果表明动力头箱体和驱动套的最大应力值显著下降,优化后的最大应力值都在许用应力值之下,验证了优化参数的合理性。
[Abstract]:The power head system is the most important part of rotary drilling rig, and its performance directly affects the efficiency of the whole rig. However, in the power head design technology of rotary drilling rig, the domestic mainframe plant starts late and lacks experience. The lack of experimental research leads to high failure rate and insufficient reliability in the use of power head. Therefore, the design theory of power head is deeply studied, and the weak links in its structure are optimized and analyzed to enhance the reliability of power head. It is of great significance to improve the working efficiency of rotary drilling rig. Firstly, the composition, function and principle of the power head structure are expounded, and the typical structure of the rotary drilling rig power head at home and abroad is compared and analyzed. Find out the differences between different structures, provide a reference for the design of the power head. Then, with the XR220D rotary drilling machine as the prototype, designed the power head, using the three-dimensional software Creo to build the power head box. Based on the model of transmission gear and drive sleeve, the statics analysis of the key parts of the power head is carried out with the help of finite element analysis software ANSYS, in order to understand the stress under different working conditions. The finite element analysis results show that the maximum stress value of the power head box and the driving sleeve exceed the allowable stress value of the material. It is the weak position of the structure under the limit working conditions. The first six natural frequencies are obtained by modal analysis of the key parts in the power head rotation, which shows that the rotor of the power head will not resonate. Finally. In this paper, the weak link of the power head structure is improved and optimized. After the optimization, the finite element analysis is carried out, and the stress of the weak link before and after the optimization is compared. The results show that the maximum stress value of the power head box and the drive sleeve is significantly decreased, and the maximum stress value after optimization is below the allowable stress value, which verifies the rationality of the optimized parameters.
【学位授予单位】:长安大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2015
【分类号】:TU67

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本文编号:1451071

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