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多功能钻机工作装置的虚拟样机设计

多功能钻机工作装置的虚拟样机设计

作者：王翔中国地质大学

学位级别：硕士

多功能钻机能够合理的解决复杂地层钻进的效率问题,这类钻机可以在各种场地和工作条件下用不同的钻进方法进行地质勘查工作和工程施工作业,避免以往必须使用不同类型钻机进行不同钻进方法的施工方式。工程机械设备传统的设计方法往往是... 详细信息

多功能钻机能够合理的解决复杂地层钻进的效率问题,这类钻机可以在各种场地和工作条件下用不同的钻进方法进行地质勘查工作和工程施工作业,避免以往必须使用不同类型钻机进行不同钻进方法的施工方式。工程机械设备传统的设计方法往往是采用“作图法”,这种方法效率低、计算量大且精度差;而用编程的方法虽然使计算精度得到提高,但程序通用性差、调试量大且可靠性也难以保证。随着计算机仿真技术的日益成熟,虚拟样机技术得到了广泛应用。本文旨在利用虚拟样机技术完成多功能钻机的设计、建模、仿真分析与设计优化。论文主要内容如下：1、拟定多功能钻机的总体设计方案及预期设计参数。根据设计要求,分别对多功能钻机工作装置中的动力头装置、导向架系统、变幅机构进行分析计算,并对具体零部件进行设计;利用计算机绘图软件完成工作装置的零部件建模与机构装配。2、拟定多功能钻机变幅机构的设计变量,在动力学分析软件ADAMS中建立了钻机工作装置变幅机构的简化模型,对变幅机构简化模型进行动力学仿真。通过模拟在不同工况下钻机的变幅过程,得出变幅机构各铰点受力曲线图,明确机构优化目标。3、根据钻机变幅机构仿真分析的液压缸活塞端铰点受力,找出机构设计缺陷,以缺陷对象为优化目标进行仿真优化,得出设计变量的优化解,并对零件设计作相应调整。将设计变更后的多功能钻机工作装置模型导入ADAMS,完成多刚体动力学建模。对刚体模型创建约束、施加载荷和驱动,进行动力学仿真分析,得到变幅机构中各重要参数的变化曲线,验证了虚拟样机模型的正确性。4、利用有限元分析软件对钻机工作装置导向架进行静力学分析,获得导向架的应力及位移分布,找出应力集中点与主要应变部位,为设计后期对导向架的改进提供依据;对导向架进行模态分析,提取了导向架水平位置时的固有频率与振型,获得较为直观的结论,为优化导向架提供了依据,同时也明确了钻机在工作过程中应避免的危险频率,以避免共振现象的发生。本文旨在运用虚拟样机技术尝试完成对多功能钻机工作装置的设计研究,其显著优点在于缩短了产品的开发周期,节省了样机的试验成本,对于此类钻机物理样机的试制与性能测试也具有一定参考意义。

关键词：多功能钻机虚拟样机技术动力学仿真与优化有限元分析

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多功能钻机凿岩系统的参数匹配与性能分析

多功能钻机凿岩系统的参数匹配与性能分析

作者：冯琳石家庄铁道大学

学位级别：硕士

多功能钻机作为凿岩钻进作业中的一种主要钻进设备,广泛应用于交通运输、水利水电、隧道施工和矿山开采等各行各业中,加之我国地域特征的多样性,因此逐渐成为我国隧道机械化钻爆法施工的重要设备。本文以课题组研发的多功能钻机为研究对... 详细信息

多功能钻机作为凿岩钻进作业中的一种主要钻进设备,广泛应用于交通运输、水利水电、隧道施工和矿山开采等各行各业中,加之我国地域特征的多样性,因此逐渐成为我国隧道机械化钻爆法施工的重要设备。本文以课题组研发的多功能钻机为研究对象,主要从多功能钻机凿岩系统的参数匹配与整机的性能分析两大方面重点分析研究。首先,在研究国内外多功能钻机发展概况的基础上,重点分析了课题组设计的多功能钻机特点、结构组成及其工作原理;运用三维机械设计软件SolidWorks对钻机结构进行了三维几何建模,并验证了部件之间不会发生装配干涉,相对运动也满足设计要求,为后续的有限元分析奠定了基础。其次,以“凿岩机-钎杆-岩石”为一个整体来研究,分析研究了凿岩机钻进效率与影响因素间的关系,在理论分析的基础上辅之以软件仿真分析,并得出相应的影响规律,为多功能钻机在不同施工条件下的高效钻进提供参数设定上的依据。再次,根据多功能钻机的施工情况,分析确定了影响钻机整机结构性能的四种极限工况,应用ANSYS Workbench中的静力学模块对多功能钻机在四种极限工况下进行静力学计算和分析,得出所设计的钻机强度、刚度及稳定性满足工程施工的要求,保障了多功能钻机作业时的安全可靠性。最后,应用ANSYS Workbench中的Modal模块对多功能钻机在四种极限工况下进行了模态分析,着重提取了其前八阶的固有频率和各阶振型云图,为多功能钻机在外界激励作用下合理避开共振区提供了理论参考。本论文主要以多功能钻机为研究对象,重点研究了多功能钻机钻进效率与参数间的匹配关系,并对整机进行了性能分析,为多功能钻机的高效、安全、可靠的工程施工提供理论指导。

关键词：多功能钻机液压凿岩机参数匹配静力学分析模态分析

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多功能钻机的设计研究

多功能钻机的设计研究

作者：黄兆中国矿业大学

学位级别：硕士

煤矿钻孔是煤层开采、瓦斯抽采、卸压、切顶等施工作业的重要手段,而钻机作为煤矿钻孔作业中的重要机械设备,其性能、智能化程度将直接影响开采能力。目前大部分煤矿钻机功能相对单一,对不同工况适应能力较差,进而导致成孔质量差以及施... 详细信息

煤矿钻孔是煤层开采、瓦斯抽采、卸压、切顶等施工作业的重要手段,而钻机作为煤矿钻孔作业中的重要机械设备,其性能、智能化程度将直接影响开采能力。目前大部分煤矿钻机功能相对单一,对不同工况适应能力较差,进而导致成孔质量差以及施工效率低等问题。因此,亟需开发一款能够在煤矿巷道内适应不同工况的钻进设备。针对以上存在问题及研究意义,本文提出了一种新型的煤矿多功能钻机,并对钻机结构设计、关键部分相关特性分析、关键结构优化设计及液压系统设计与仿真展开了研究。本文开展的研究内容如下:基于多功能钻机的不同工况使用要求,确定了多功能钻机总体系统方案与基本性能参数,同时对钻机各部分结构进行了设计计算并确定各部分驱动方式,此外还设计了钻机辅助装置,最终装配出多功能钻机的整机三维模型。分析了多功能钻机施工工况与工作原理,确定了钻机的四种作业工况。采用ANSYS对四种作业工况下的钻机关键部件如钻进臂等进行了静力学分析,从理论上验证所设计结构的安全性;通过模态分析,得到了钻进臂的前6阶固有频率与振型图,验证了所设计的钻进臂在钻孔作业中不会出现共振现象。根据对多功能钻机关键部件特性分析可知,需要对整体结构强度影响较小的关键部件如推进架进行拓扑优化,并基于最小柔度为目标采用变密度法在Workbench中进行优化,验证分析了优化后结构强度、刚度与固有频率满足设计要求。为了进一步细化拓扑优化后推进架结构尺寸,采用Design Exploration优化模块对推进架进行了参数化优化,并验证分析了优化后模型在减轻钻机重量的基础上又达到了轻量化设计的目的。对多功能钻机进行液压系统设计、液压元件选型,并分析各回路工作原理。利用AMESim软件对多功能钻机关键部分液压系统回路进行了动态仿真分析,从而验证了液压元件选型计算及系统原理的正确性与可靠性。此外将液压系统优化改进为电液比例控制系统,通过试凑法调整PID参数来控制液压系统响应输出,并通过仿真验证了该系统具有较好的跟随特性与良好的抗干扰能力。完成了样机试制,制定了试验方案并开发了爬坡、钻孔试验平台,测试了钻机的行走、爬坡性能,分析结果表明钻机的行走性能、爬坡性能能够满足设计要求,同时测量了钻机推进速度与转速的性能参数,验证了液压系统中钻进回路的可靠性与稳定性。该论文有图100幅,表17个,参考文献100篇。

关键词：多功能钻机静力学分析模态分析优化液压仿真

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全液压多功能钻机增加旋喷功能的研究

全液压多功能钻机增加旋喷功能的研究

作者：史国芸北京林业大学

学位级别：硕士

多功能钻机可适用于不同的地质条件,在建筑、隧道等工程中具有实际意义。在价格和技术的竞争中,如何提高钻机性能和拓展新的功能变得十分重要。本文综述了多功能钻机的发展现状,对国内外的多功能钻机特点进行对比分析,总结出多功能钻机... 详细信息

多功能钻机可适用于不同的地质条件,在建筑、隧道等工程中具有实际意义。在价格和技术的竞争中,如何提高钻机性能和拓展新的功能变得十分重要。本文综述了多功能钻机的发展现状,对国内外的多功能钻机特点进行对比分析,总结出多功能钻机的发展趋势。基于拓展钻机的新功能这一趋势,以JD180BL全液压履带式多功能钻机为研究对象,增加旋喷的功能。通过对JD180BL钻机结构和性能进行分析,参考SM-14旋喷钻机特点,制定设计方案。本文主要研究内容包括整机机械结构设计和校核、控制系统设计和钻机工作稳定性研究。机械结构根据旋喷功能的要求进行设计。动力头选用YDR150H型旋喷动力头,设计动力头滑架和滑道;增加进给梁(桅杆)的伸缩节结构;配合伸缩节,设计进给梁导杆;设计变幅机构,满足钻机运动范围;为钻机增加前后支腿和支脚结构,确保整机稳定。基于以上设计建立整机三维模型,选取旋喷动力头滑架和工作装置滑动座两关键部件,进行Solidworks有限元分析,证明设计满足强度要求。控制系统的设计包括液压设计和电气系统设计两部分。液压系统针对钻机进行旋转回路、冲击回路、给进回路和调整回路设计,完成液压原理图的绘制。电气系统设计包括绘制电气原理图,并选用JEANLUTZ钻机监控系统确保电气系统稳定。对该系统的显示处理设备、传感器等硬件选择和监控系统软件应用上进行详细说明。钻机的工作稳定性研究主要利用稳定角法,针对钻机在运输工况、立桅工况和作业工况下的整机稳定性进行计算,保证钻机的安全性。

关键词：多功能钻机旋喷有限元液压 JEANLUTZ监控系统稳定角法

山河智能SWSD双动力头强力多功能钻机获多项国家专利

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矿山机械 2012年第9期40卷 144-145页

SWSD双动力头强力多功能钻机是山河智能吸收国内外先进技术和经验，创新研发的一项拥有自主知识产权的新产品，其核心技术已获国家发明专利等多项专利授权。

关键词：多功能钻机双动力头国家专利强力智能自主知识产权国家发明专利专利授权

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多功能钻机设计中的人机工程学问题

建筑机械 2012年第12期32卷 127-129页

作者：贾大伟蒋顺东北京建筑机械化研究院北京建研机械科技有限公司北京100007

根据多功能钻机工作过程的特点,以及在设计中遇到的问题和用户对钻机使用情况的反馈,探讨了此类钻机设计过程中需要考虑的人机工程学问题,力求多功能钻机的设计做到更舒适、更安全、更可靠,以最大程度地满足用户的需求。

关键词：多功能钻机设计人体工程学

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多功能钻机在铜锣山隧道施工中的应用

四川建材 2013年第5期39卷 167-169页

作者：王赟中铁十八局集团有限公司天津300222

近年来,城市地铁的施工安全已得到了足够的重视,但是施工中的安全形势依然不容乐观,安全基础工作薄弱的局面没有根本改变,特别是隧道施工设备陈旧、工艺落后等问题尤为突出。多功能钻机凭借其快速的钻进及各种独特的施工工法能高质量的... 详细信息

近年来,城市地铁的施工安全已得到了足够的重视,但是施工中的安全形势依然不容乐观,安全基础工作薄弱的局面没有根本改变,特别是隧道施工设备陈旧、工艺落后等问题尤为突出。多功能钻机凭借其快速的钻进及各种独特的施工工法能高质量的完成超前钻探、防突、注浆止水以及管棚、抢险救助等工作,对快速安全的通过不良地质段起到了至关重要的作用,保障了隧道的施工安全。本文阐述了多功能钻机在重庆市轨道交通六号线二期铜锣山隧道穿越高压富水区、煤矿采空区施工中的应用。

关键词：多功能钻机高压富水煤矿采空应用

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多功能钻机制作降水孔的工艺流程

建筑机械 2013年第6期 62-65页

作者：崔太刚李苏丁红雷蒋顺东北京建研机械科技有限公司北京建筑机械化研究院

多功能钻机工作范围广,不仅可以进行斜向锚固支护施工,还可以在竖直方向制作降水孔、微桩、抗浮锚杆以及混凝土增强钉等等。本文介绍北京建研机械科技有限公司研发的JD110型多功能钻机,在香港安全州污水处理厂工程中制作降水孔的工艺流... 详细信息

多功能钻机工作范围广,不仅可以进行斜向锚固支护施工,还可以在竖直方向制作降水孔、微桩、抗浮锚杆以及混凝土增强钉等等。本文介绍北京建研机械科技有限公司研发的JD110型多功能钻机,在香港安全州污水处理厂工程中制作降水孔的工艺流程。香港是典型的海岛地质,浅表为坡积、冲积层,下面是火成岩、沉积岩或变质岩,地质条件复杂。JD110型多功能钻机搭载旋转动力头,配合空气潜孔锤入岩成孔。其制作降水孔的工艺流程图见图1。制作降水孔过程详述如下:

关键词：多功能钻机香港动力头潜孔锤