全液压凿岩台车钻臂动态分析及仿真研究

发布时间：2020-04-10 09:31

【摘要】：全液压凿岩台车是集机械、液压及电气于一体的现代化凿岩设备,是矿山、隧道及地下工程采用钻爆法施工的一种重要机具。全液压凿岩台车不仅可以极大地减轻作业人员的体力劳动,提高凿岩钻孔效率,改善施工作业条件,而且在实际施工过程中更容易实现高效化和自动化。钻臂是凿岩台车最核心的机构,其功能就如同凿岩台车的“臂膀”,凿岩台车只有通过钻臂各关节的运动,才能完成定位、凿岩等动作。因此为了提高全液压凿岩台车施工的效率、稳定性、安全性,对钻臂的研究势在必行。本文的主要研究工作如下:(1)在深入研究全液压凿岩台车钻臂结构及组成的基础上,依据某型号全液压凿岩台车钻臂的设计尺寸,利用Pro/E建立了钻臂的三维模型,为后续的分析研究提供了模型基础。(2)将机器人研究中用到的运动学理论和钻臂的运动学分析结合起来,提出了一种将坐标系固定在实体上的D-H(Denavit-Hartenberg)法的改进方法——CFDH(Coordinate Fixed Denavit-Hartenberg)法。运用CFDH法建立了全液压凿岩台车钻臂的运动学方程,并利用MATLAB对钻臂的有效工作空间进行了求解。钻臂的运动学分析有利于更深入的了解各运动杆件的位置、方向及各关节位移之间的关系,是钻臂动力学分析及优化改进的基础。(3)将钻臂三维模型导入ADAMS中,经过相应处理得到了全液压凿岩台车钻臂的虚拟样机。对钻臂的三个危险工况进行了动力学仿真分析,绘制出各驱动油缸的速度、加速度、受力及各铰接点反力曲线,得到了钻臂的动力学性能并为有限元分析提供载荷信息。(4)在ANSYS Workbench中对钻臂进行结构静力分析及模态分析。通过结构静力分析绘制出钻臂核心构件的应力分布云图和位移变形图,验证校核了相关构件在危险工况下的强度。在结构静力分析的基础上对钻臂做了模态分析,得到了钻臂核心构件的固有频率值和模态振型图,验证了相关构件在振动载荷下的稳定性和安全性,为今后合理有效的避开共振区提供了依据。根据分析结果和实际施工中出现的问题对主臂座及推进梁进行了优化改进,提高了钻臂的可靠性和稳定性。
【图文】：

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图 1.1 某型号全液压凿岩台车台车研究状况及发展趋势台车国外发展状况人多尔曼在 1920 年研制出第一台液压凿岩机，在 40 年后萨特利夫也研凿岩机，但是都没有在市场上形成产品[14]。1970 年的末期，法国塞可款液压凿岩机，但是仅用于实验室内凿岩。之后，，美国 Gardner Denve MP-14 型的液压凿岩机，但是其钎具使用时间过短，不适合推广应用ntabert 公司研制出一台型号为 H50 型的液压凿岩机，并取得凿孔 14000此这一实用化的液压凿岩机开始了批量生产，并获得推广[15]。3 年之co 公司和芬兰 Tamrock 公司分别研制出了自己独特系列的凿岩机。19-兰德公司研制出 HARD 系列液压凿岩机，德国 Krupp 公司研制出 AD[16]。此后，先后又有 1976 年瑞典 LindenAlirmak 公司推出 AD 系列液

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2 钻臂的三维建模.1 钻臂的组成及其结构钻臂是凿岩台车的定位机构，只有通过钻臂各关节间的相互运动，才能实现凿岩台位、凿岩等动作[33]。由于凿岩台车施工多在隧道中进行，为了更加灵活的移动并且程度的减少干涉的发生，钻臂一般采用多自由度的关节型结构[34]。本文研究的钻臂是一个具备大角度、大跨度、高强度的多关节机械臂，主要通过各压缸的伸缩来控制钻臂进行俯仰、摆动及多角度的定位动作。全液压凿岩台车钻臂的示意图见图 2.1 所示，它主要由主臂座、主臂、支臂油缸、随动油缸、旋转油缸、俯缸、推进梁、凿岩机等组成。其中主臂油缸主要控制钻臂的伸长与缩短，支臂油缸及油缸主要负责钻臂纵向与横向的大幅度摆动，俯仰油缸会根据爆破孔的位置对推进梁岩机进行调整，使钻臂最终达到精准定位的要求。
【学位授予单位】：西安工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TD421.2

【参考文献】