凿岩台车钻进系统破岩性能研究

发布时间：2017-09-22 12:13

  本文关键词：凿岩台车钻进系统破岩性能研究

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【摘要】：凿岩台车是目前利用钻爆法进行巷道、隧道、矿山开采中的关键设备,而钻进系统是凿岩台车的工作机构,对岩石的高效钻进具有重要影响。基于此,针对钻进系统存在钻头磨损严重、工作效率低等问题,开展钻进系统工作参数对岩石冲击破碎性能影响的研究,提高凿岩台车对岩石的适应性、高效性和可靠性。本文采用理论分析、试验和仿真相结合的方法,对凿岩台车钻进系统破岩性能进行研究。根据凿岩台车钻进系统的工作过程与工作特点,以国家标准-凿岩机械与气动工具性能测试方法为指导,以便于试验操作和数据测量为目标,设计冲击破碎试验台,主要有机械系统、液压系统、电气系统、供水系统、供气系统、测试系统六大部分组成。以布希涅斯克问题为基础,对岩石在刃型刀具和球型刀具冲击作用下的应力状态以及破碎机理进行研究;并基于AUTODYN软件对岩石在刃型刀具和球型刀具冲击作用下的裂纹扩展和失效形式进行仿真。在冲击破碎试验台进行坚硬岩石和中等强度岩石冲击破碎研究,主要包括冲击能的测定、无交互作用钻进系统破岩性能研究、有交互作用钻进系统破岩性能研究以及钻进系统破岩性能回归正交研究,得到钻进系统的工作参数(冲击功率、转钎速度、推进力、钻头类型)对破岩性能的影响趋势、工作参数对破岩性能影响程度的主次顺序、工作参数间交互作用对钻进速度的影响规律、最佳工作参数组合以及钻进速度与工作参数的回归关系,为根据现场状况和施工进度等要求,对钻进系统的选型、工作参数的确定、冲击设备的优化改进以及工程进度的预估等提供依据。基于LS-DYNA非线性动力学仿真软件,建立活塞-钻头-岩石三维仿真模型,对钻进系统的工作参数扩展为冲击能、冲击频率、转钎速度、推进力、钻头类型,用正交试验方法进行仿真安排,探寻岩石在不同钻头下的破碎过程,以及工作参数对钻进速度的影响规律。仿真结论与试验结论基本一致,表明仿真的正确性,为凿岩台车钻进系统的研究提供一种方法。通过设计冲击旋转密封装置,能够实现钎杆同时在轴向和旋转运动下的高压密封,实现把高压水射流应用在现有钻进系统上,并且体积增加较小,探究水射流和冲击钻孔相结合的高压水射流辅助钻孔效果,为提高钻进系统岩石高效破碎提供科学依据,为提高凿岩台车的可靠性、使用寿命提供一种方法。
【关键词】：凿岩台车 破岩性能 正交试验 数值模拟 液压凿岩机 水射流
【学位授予单位】：中国矿业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD421.2
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• ABSTRACT6-22
• 变量注释表22-25
• 1 绪论25-42
• 1.1 课题来源25
• 1.2 选题背景及研究意义25-27
• 1.3 凿岩台车概述27-29
• 1.4 国内外研究现状29-40
• 1.5 研究中存在的问题40
• 1.6 主要研究内容40-41
• 1.7 本章小结41-42
• 2 冲击破碎试验台的研制42-56
• 2.1 机械系统42-43
• 2.2 液压系统43-45
• 2.3 电气系统45-46
• 2.4 供水系统46
• 2.5 供气系统46-47
• 2.6 测试系统47-51
• 2.7 岩石力学参数测定51-55
• 2.8 本章小结55-56
• 3 冲击破碎机理研究56-70
• 3.1 岩石在刃型刀具作用下的应力状态56-59
• 3.2 岩石在刃型刀具作用下的破碎机理59-62
• 3.3 岩石在球型刀具作用下的应力状态62-64
• 3.4 岩石在球型刀具作用下的破碎机理64-66
• 3.5 岩石在不同钻头类型下的破碎形态66-68
• 3.6 本章小结68-70
• 4 钻进系统破岩性能试验研究70-108
• 4.1 冲击能测定试验70-80
• 4.2 正交试验概述80-81
• 4.3 无交互作用钻进系统破岩性能研究81-93
• 4.4 钻头类型对钻进系统破岩性能的影响93-95
• 4.5 有交互作用钻进系统破岩性能研究95-99
• 4.6 钻进系统破岩性能回归正交研究99-107
• 4.7 本章小结107-108
• 5 钻进系统破岩性能仿真研究108-125
• 5.1 冲击破碎仿真模型建立108-111
• 5.2 仿真方案设计111-112
• 5.3 仿真结果分析与讨论112-120
• 5.4 试验验证120-122
• 5.5 工作角度对破岩性能的影响122-124
• 5.6 本章小结124-125
• 6 高压水射流辅助钻进系统钻孔研究125-145
• 6.1 水射流辅助钻孔机理125-126
• 6.2 水射流辅助钻孔试验装置126-130
• 6.3 钻头喷嘴水射流仿真分析130-135
• 6.4 高压水射流辅助钻孔试验研究135-143
• 6.5 本章小结143-145
• 7 结论与展望145-147
• 7.1 结论145-146
• 7.2 展望146-147
• 参考文献147-154
• 作者简历154-156
• 学位论文数据集156

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本文编号：900748