坑道钻机动力头动态设计研究

发布时间：2017-06-26 20:13

  本文关键词：坑道钻机动力头动态设计研究，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：本文主要研究坑道钻机动力头各主要组成零部件的动态特性及动态设计方法。坑道钻机作为坑道内作业的钻孔机械有着与其他钻机不同的工况和设备性能要求，传统的静态设计方法所得到的设计结果往往不能很好的满足实际工作时出现的动态的工作参数，尤其是对于钻机面临来自地层或其他振动激励时，钻机的振动响应可能过大甚至达到共振，这将导致钻机结构加速破坏或者导致功能失效，因此将实际工况中的动态因素在静态设计之后、样机实验之前对钻机动态设计，是很有意义的。 动态设计中，主要考虑的是钻机动力头各组件的模态情况，即主要从振动学理论出发，研究它们的各阶固有频率和振型变化。为了避免振动剧烈甚至共振，一般将各组件的各阶固有频率远离激振频率，常用提高固有频率的方法来避免这类情况的发生。不同零部件由于所处的环境和功能不尽相同，因此对动力头上的主要零部件采用不同的动态设计方法设计。整篇文章的研究内容包括以下几方面： （1）坑道钻机动力头部分机械系统概念设计。 概念设计是工程设计的先导部分，坑道钻机动力头部分概念设计针对坑道钻机动力头所需功能进行功能建模并作功能分解，以市场上常见的动力头驱动方式为目标，分别从多种常见考核指标出发对其评价，最后利用模糊识别模型选择最优方案。 （2）坑道钻机动力头静态设计、三维建模及相关优化设计。 按照坑道钻机钻进过程所消耗功率，根据（1）中所选择最优方案，拟定动力头动力机型号，按设计要求选定适合的减速比，利用MATLAB优化设计传动机构，针对目前卡盘类型及优缺点设计新型卡盘，并初步利用三维软件Pro/E三维建模，并对模型利用ANSYS进行动力学分析、利用ADAMS进行运动学分析。 （3）坑道钻机动力头动态设计 根据动态设计理论，分别对传动系统、主轴、动力头箱体、新型卡瓦进行结构的动态性分析与设计。各部分所利用的动态设计方法也不同，传动系统的动态设计方法主要是从行星轮系现有研究理论和其在负载作用下的运动情况来考虑其结构修改，这部分除了考虑常规设计条件以外，另外主要研究中心轮齿数与行星轮个数之间关系来改善运动振动情况；主轴动态设计主要利用ANSYS分析其各阶模态，并研究其主要结构参数对各阶模态的影响程度，求出各参数对各阶固有频率的灵敏度，最后以提高频率为目标驱动，求出优化设计方案；动力头箱体主要研究其各阶振型变化，针对其中相对振幅较大部分结构修改，减小相对振幅；新型卡瓦主要利用Pro/E建模后，取其中某些参数研究其对频率的全局灵敏度，，得出各参数较好取值范围，最后以质量降低和频率提高为目标函数，求出最优解。
【关键词】：坑道钻机动力头 模态分析 固有频率及振型 灵敏度 动态设计
【学位授予单位】：成都理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH122
【目录】：

• 摘要4-6
• Abstract6-10
• 第1章 引言10-17
• 1.1 选题背景10-12
• 1.2 国内外研究现状12-16
• 1.3 课题研究内容16
• 1.4 本章小结16-17
• 第2章 坑道钻机动力头概念设计17-35
• 2.1 坑道钻机总体设计17-19
• 2.1.1 坑道钻机总体设计概述17
• 2.1.2 总体设计具体内容17-19
• 2.2 坑道钻机动力头概念设计19-34
• 2.2.1 概念设计概述19-20
• 2.2.2 有关概念定义20-23
• 2.2.3 基于模糊模式识别理论的机械系统方案评价算法23-24
• 2.2.4 坑道钻机驱动方案模糊识别过程24-31
• 2.2.5 实验分析31-34
• 2.3 本章小结34-35
• 第3章 坑道钻机动力头静态设计及三维建模35-56
• 3.1 动力头静态设计概述35-36
• 3.2 动力头所需功率36-39
• 3.2.1 动力头功率计算基本公式36-37
• 3.2.2 动力头功率计算公式动态推导37-39
• 3.3 新型双楔形液压卡盘设计及计算39-45
• 3.3.1 传统卡盘的常见类型及特点39-42
• 3.3.2 新型双楔形液压卡盘设计42-43
• 3.3.3 卡盘承载力计算43-44
• 3.3.4 等效夹紧力44-45
• 3.4 传动系统设计及优化45-52
• 3.4.1 传动系统整体方案设计45-46
• 3.4.2 基于MATLAB的传动系统优化设计46-52
• 3.5 液压马达设计52-54
• 3.6 三维建模及功能描述54-55
• 3.6.1 三维建模概述54
• 3.6.2 坑道钻机建模及功能介绍54-55
• 3.7 本章小结55-56
• 第4章 坑道钻机动力头运动学分析56-67
• 4.1 运动学分析概述56-57
• 4.2 传动机构部分运动仿真57-61
• 4.2.1 建立传动机构运动仿真模型57-58
• 4.2.2 齿轮接触力设置58-59
• 4.2.3 运动学仿真分析59-61
• 4.2.4 结果分析61
• 4.3 卡盘运动仿真61-66
• 4.3.1 建立减速机构运动仿真模型62-63
• 4.3.2 运动学仿真分析63-65
• 4.3.3 结果分析65-66
• 4.4 本章小结66-67
• 第5章 坑道钻机动力头动态设计67-112
• 5.1 动态设计概述67-71
• 5.2 动态设计准则和基本步骤71-72
• 5.2.1 动态设计准则71
• 5.2.2 动态设计常用步骤71-72
• 5.3 动力头具体动态设计72-110
• 5.3.1 行星齿轮传动部分动态设计72-80
• 5.3.2 主轴动态设计80-95
• 5.3.3 动力头箱体动态设计95-99
• 5.3.4 新型双楔形卡瓦动态设计99-110
• 5.4 本章小结110-112
• 结论112-114
• 致谢114-115
• 参考文献115-120
• 攻读学位期间取得学术成果120

【参考文献】

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本文编号：487469