钻冲扩一体液压钻机的研究和设计

发布时间：2017-10-01 23:25

  本文关键词：钻冲扩一体液压钻机的研究和设计

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【摘要】：随着煤炭开采深度逐渐加深,重大瓦斯灾害事故时有发生。瓦斯抽采作为防治煤矿瓦斯灾害的根本措施,瓦斯抽采的质和量直接关系到煤矿的安全生产,因此,研发一种高效的瓦斯抽采装备显得尤为重要。通过钻机在煤层中钻孔是瓦斯抽采的有效途径,全液压钻机由于其结构紧凑、操纵简单、传动平稳等一系列的优点,在煤层瓦斯抽采孔施工中得到了广泛的应用。目前的全液压通履带钻机底盘较高,只能钻上位孔而不能钻下位孔,从而造成了煤层中瓦斯抽采的盲区。可拆卸的架柱式钻机需频繁装拆机架,搬运不方便,劳动强度大且工作效率低。普通钻头的钻孔横截面积较小,下放瓦斯抽采管困难,加之煤层渗透率低,不利于瓦斯的抽放。本文提出了一种钻冲扩一体液压钻机,该钻机具有结构紧凑、操作灵活、全断面作业、安全性能好等特点,旨在扫除煤层中瓦斯抽采的盲区,而且钻机运动灵活可靠。钻机在静压水或中低压风钻进时与常规钻进相同,在钻进结束后切换成高压水,钻冲扩一体高低压转换装置启动,实现机械扩孔和高压水射流冲孔双重功能,从而达到钻冲扩一体的瓦斯抽采效果。首先,通过考察现场作业环境和查阅钻机相关资料,确定钻冲扩一体液压钻机整体方案;其次,依据实际技术指标,对钻机的各个零部件进行设计计算;然后,对钻机各个零部件进行三维造型设计与装配,并对钻机关键零部件进行受力分析、运动分析和有限元分析,确定其性能符合设计要求;最后,绘制钻冲扩一体液压钻机二维图纸,加工制作各个零部件并组装样机。通过对钻机核心部件钻冲扩一体装置的工业试验和应用表明:扩孔钻头的动作灵活,结构可靠,扩孔效果显著,大幅度提高了瓦斯抽采的效率。
【关键词】：瓦斯抽采 钻冲扩一体 液压钻机 扩孔钻头 高压 有限元分析
【学位授予单位】：河南理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TD712.63
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 1 绪论11-25
• 1.1 课题研究背景11-12
• 1.2 国内外瓦斯抽采技术现状12-21
• 1.2.1 国外瓦斯抽采技术现状12-13
• 1.2.2 国内瓦斯抽采技术现状13-21
• 1.3 研究的目的和意义21-22
• 1.4 主要研究内容22-23
• 1.5 本章小结23-25
• 2 钻冲扩一体液压钻机的设计25-65
• 2.1 钻冲扩一体系统装备的工作原理25-26
• 2.2 钻机主要技术参数26-27
• 2.3 钻冲扩一体液压钻机整体方案的确定27-29
• 2.4 钻冲扩一体装置的设计29-45
• 2.4.1 高压水辫的设计29-34
• 2.4.2 高压密封钻杆的设计34-37
• 2.4.3 钻冲扩一体高低压转换装置的设计37-45
• 2.5 夹持器的设计45-50
• 2.6 钻机导轨的设计50
• 2.7 导轨连接板的设计50-51
• 2.8 升降立柱的设计51-55
• 2.8.1 升降立柱的组成51-52
• 2.8.2 升降立柱的工作原理52-53
• 2.8.3 活塞杆组件的设计53-54
• 2.8.4 缸盖的设计54-55
• 2.9 支撑立柱的设计55-57
• 2.9.1 支撑立柱的组成55-56
• 2.9.2 支撑桩帽的设计56-57
• 2.10 推进液压缸的设计57-58
• 2.11 回转式减速器的设计58-63
• 2.11.1 回转式减速器工作原理58
• 2.11.2 WEA17回转式减速器的设计58-61
• 2.11.3 WEA25回转式减速器的设计61-63
• 2.12 本章小结63-65
• 3 钻冲扩一体液压钻机三维模型的建立与装配65-75
• 3.1 虚拟样机技术的介绍65
• 3.2 钻冲扩一体装置的三维模型与装配65-68
• 3.2.1 高压水辫的三维模型与装配65-66
• 3.2.2 高压密封钻杆的三维模型66
• 3.2.3 钻冲扩一体高低压转换装置的三维模型与装配66-67
• 3.2.4 钻头的三维模型67
• 3.2.5 钻冲扩一体装置的三维模型与装配67-68
• 3.3 夹持器的三维模型与装配68
• 3.4 推进液压缸的三维模型与装配68-69
• 3.5 导轨的三维模型69
• 3.6 导轨组件的三维模型与装配69-70
• 3.7 导轨连接板的三维模型70
• 3.8 升降立柱的三维模型和装配70-71
• 3.9 支撑立柱的三维模型和装配71-72
• 3.10 WEA17回转式减速器的三维模型和装配72
• 3.11 WEA25回转式减速器的三维模型和装配72-73
• 3.12 钻冲扩一体液压钻机的三维模型和装配73
• 3.13 本章小结73-75
• 4 钻冲扩一体液压钻机受力分析与运动特性分析75-87
• 4.1 钻冲扩一体液压钻机受力分析75-84
• 4.1.1 钻冲扩一体液压钻机不工作时整体受力分析75-77
• 4.1.2 钻冲扩一体液压钻机工作时整体受力分析77-79
• 4.1.3 钻冲扩一体装置中扩孔钻头的受力分析79-82
• 4.1.4 钻冲扩一体装置中销轴的受力分析82
• 4.1.5 高压密封钻杆受力分析82-83
• 4.1.6 连杆受力分析83-84
• 4.2 钻冲扩一体液压钻机运动特性分析84-86
• 4.2.1 滑锁运动特性分析84-85
• 4.2.2 扩孔钻头运动特性分析85-86
• 4.3 本章小结86-87
• 5 钻冲扩一体液压钻机重要零部件的有限元分析87-97
• 5.1 有限元单元法的简介87
• 5.2 有限元分析的弹性力学基础87-88
• 5.3 重要零部件的有限元分析88-95
• 5.3.1 滑锁的有限元分析88-89
• 5.3.2 扩孔钻头的有限元分析89-91
• 5.3.3 销轴的有限元分析91-92
• 5.3.4 连杆的有限元分析92-95
• 5.4 本章小结95-97
• 6 钻冲扩一体装置的实验分析97-99
• 6.1 钻冲扩一体装置实验设备97
• 6.2 钻冲扩一体装置实验过程97
• 6.3 钻冲扩一体装置扩孔效果97-99
• 7 总结与展望99-101
• 7.1 全文总结99-100
• 7.2 工作展望100-101
• 参考文献101-105
• 作者简历105-107
• 学位论文数据集107

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