ZDY3200S型全液压坑道钻机动力头改进设计

发布时间：2020-11-11 13:45

　　 现阶段中国多数煤矿已进入深部开采,瓦斯对煤矿安全生产的影响也随之增大。钻孔抽采作为煤矿瓦斯灾害防治的基本技术手段,仍在广泛使用。动力头是全液压坑道瓦斯抽排钻机的动力输出机构,不仅要满足煤矿工艺及井下作业的要求,还应具备高效,节能等特点。为提升ZDY3200S全液压坑道钻机的可操作性及其工作性能,本研究对该型号钻机用动力头进行了改进设计,并对动力头的关键零部件进行了分析。整篇文章的主要研究内容包括以下几方面:为进一步提升ZDY3200S全液压坑道钻机用动力头的性能,首先,分析了现有ZDY3200S全液压坑道钻机的结构及工作原理,根据动力头的设计参数及要求,运用创新设计理论中的功能分析法,提出了该型号钻机用动力头的设计方案并设计计算了动力头关键零部件的尺寸,运用三维建模软件Pro/E建立了减速箱体、齿轮轴、低速齿轮、楔形卡瓦以及机架的三维实体模型;运用ABAQUS有限元分析软件对动力头的支撑部件导轨进行了静力学分析,验证了设计结构的合理性与可靠性;然后,为准确分析钻进过程中新型齿轮的接触应力及变形特点,运用ADAMS动力学仿真软件,建立了该减速齿轮对的力学仿真模型,确定了稳定工作过程中齿轮的扭矩以及实际啮合力,并将此啮合力作为齿轮啮合有限元分析模型的负载,完成了齿轮齿面接触应力的有限元分析,并将分折的结果与赫兹接触理论计算的结果进行对比分析,验证了有限元计算结果的正确性和准确性;最后,为避免改进设计后的ZDY3200S全液压坑道钻机动力头的新型齿轮对在钻进过程中发生共振损坏,建立了啮合齿轮对的有限元模态分析模型,分析了该啮合齿轮对的前十阶固有频率和振动形式。研究结果表明,经改进设计后的ZDY3200S全液压坑道钻机动力头的关键部件能够满足强度及性能要求,新型齿轮传动系统的固有频率错开了正常工作状态下齿轮的最大啮合频率。为钻机动力头进一步的优化设计奠定了理论基础。
【学位单位】：西安科技大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TD712.63
【部分图文】：

1 绪论1 绪论1.1 研究背景煤炭是我国的重要能源，在我国能源消耗比例约为 67%，极大地影响着国民经济的发展。随着国民经济的快速发展，我国的煤炭产量逐年攀升，2014 年煤炭产量为 38.7亿吨，2015 年煤炭产量为 37.5 亿吨，2016 年煤炭产量为 33.64 亿吨[1]，煤炭产量增幅明显，为我国的快速发展提供动力。图 1.1 为我国的能源消费结构，1990 年我国煤炭消费在能源消费构成中所占比例为 76.2%，2002 年下降到 68.0%，但在 2002 年以后，煤炭所占比例又逐年上升，2005 年上升到 70.8%，但在 2013 年又小幅下降到 66.07%。根据我国的“十三五”发展报告，到本世纪中叶，煤炭在我国一次能源结构中所占的比例仍难低于 50%[2]。因此，在未来一段时间内，煤炭将继续作为我国最重要的能源为国民经济的发展提供强大的动力。我国能源消费结构中，煤炭的比重远远高于其他国家。

1 绪论1 绪论1.1 研究背景煤炭是我国的重要能源，在我国能源消耗比例约为 67%，极大地影响着国民经济的发展。随着国民经济的快速发展，我国的煤炭产量逐年攀升，2014 年煤炭产量为 38.7亿吨，2015 年煤炭产量为 37.5 亿吨，2016 年煤炭产量为 33.64 亿吨[1]，煤炭产量增幅明显，为我国的快速发展提供动力。图 1.1 为我国的能源消费结构，1990 年我国煤炭消费在能源消费构成中所占比例为 76.2%，2002 年下降到 68.0%，但在 2002 年以后，煤炭所占比例又逐年上升，2005 年上升到 70.8%，但在 2013 年又小幅下降到 66.07%。根据我国的“十三五”发展报告，到本世纪中叶，煤炭在我国一次能源结构中所占的比例仍难低于 50%[2]。因此，在未来一段时间内，煤炭将继续作为我国最重要的能源为国民经济的发展提供强大的动力。我国能源消费结构中，煤炭的比重远远高于其他国家。

图 1.3 我国煤矿事故死亡人数变化图 1.4 瓦斯各类事故统计图年 1 月 4 日，登封市兴峪煤矿发生煤与瓦斯突出事故，造成了 5 人死亡。这些事故的发生带来了巨大的不良影响。瓦斯事故频发，严重制约着煤矿生产和经济效益的提高，给煤矿从业人员造成了极大的精神和心理压力。在煤矿开采中，瓦斯抽采是降低煤层瓦斯含量，减少瓦斯灾害最有效的主要技术手段。我国煤矿瓦斯抽采技术大致经历了 4 个发展阶段：一是高透气性煤层瓦斯抽采阶段二是邻近层卸压瓦斯抽采阶段；三是低透气性煤层强化抽采瓦斯阶段；四是综合抽采瓦斯阶段[4]。实现瓦斯抽排的关键在于抽采钻孔的施工[5]，目前在煤矿井下使用的瓦斯抽排钻机发展遇到了不少问题，主要体现在以下几个方面，在钻进瓦斯抽放孔的过程中，经常容易遇到喷孔、垮孔、堵孔、卡钻等问题，难以保证瓦斯抽采的需求[6-7]。动力头的工作性能在一定程度上影响着钻机的输出能力以及成孔率，其结构和参数的合理性在设计中应当着重考虑。动力头是矿用全液压钻机的回转机构，主要由液压马达、减速箱和钻杆夹持装置等组成。其主要功能将回转所需的转矩和转速通过钻杆传递给孔底钻头，实现对岩石或煤层的切削破碎；另一方面，配合给进机构完成钻具的给进和起拔，从而实现钻孔的延伸[8]。
【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 张学军;郭俊超;;基于PRO/E与ADAMS二级行星齿轮传动系统的动力学研究[J];组合机床与自动化加工技术;2015年03期

2 张占强;孙保山;方鹏;;钻机V形给进机身用托板仿真分析[J];煤矿机械;2015年01期

3 张磊;彭腊梅;曹道鑫;;煤矿用坑道钻机矩形滑动导轨结构设计[J];煤炭技术;2014年08期

4 李宁;李威;;渐开线斜齿圆柱齿轮齿面接触强度分析[J];机械传动;2014年03期

5 梁长桥;杜衍峰;赵继云;刘帅杰;;液压钻机动力头一级斜齿轮接触分析[J];煤矿机械;2012年11期

6 马军;葛世荣;张德坤;;钢丝绳三维接触模型及丝间应力分布研究[J];中国机械工程;2012年07期

7 尹长城;陈伯超;;渐开线斜齿轮的接触分析[J];机械传动;2011年12期

8 吴勇军;王建军;韩勤锴;李其汉;;基于接触有限元分析的斜齿轮齿廓修形与实验[J];航空动力学报;2011年02期

9 陈锡栋;杨婕;赵晓栋;范细秋;;有限元法的发展现状及应用[J];中国制造业信息化;2010年11期

10 李云松;任艳君;程德蓉;;考虑预应力时风扇叶片模态特征分析[J];机械传动;2010年05期

相关博士学位论文 前2条

1 齐立群;空间齿轮传动系统接触动力学及相关问题研究[D];哈尔滨工业大学;2012年

2 田宏亮;全液压动力头式钻机液压系统动态分析及控制方法的研究[D];煤炭科学研究总院;2008年

相关硕士学位论文 前8条

1 魏东;ZDY3200S分体式全液压坑道钻机的研究与分析[D];安徽理工大学;2015年

2 和倩;机械零部件优化设计方法与实例系统研究开发[D];河北科技大学;2015年

3 付煜茗;机电设备可靠性理论研究与应用[D];北京邮电大学;2014年

4 谭浩;小型旋挖钻机动力头齿轮传动装置虚拟疲劳寿命分析[D];湘潭大学;2011年

5 王波;全液压车载钻机动力头优化设计研究[D];东北林业大学;2009年

6 徐顺;基于分形理论的齿轮接触模型的研究[D];合肥工业大学;2008年

7 姚亚峰;全液压动力头式钻机给进系统的分析研究[D];西安科技大学;2005年

8 王清峰;基于可靠性最优化的新型钻机的研究[D];重庆大学;2002年

本文编号：2879259