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岩巷履带式开沟槽钻机设计

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软件简介

 摘要
随着我国经济的快速发展,对巷道开掘的需要也越来越大,在巷道开掘的施工中,为了避免巷道内的积水影响施工,必须修建排水沟,以及时排出积水,保证巷道开掘的速度。
对于硬度较大的岩石巷道,我国目前主要采用钻爆法开拓排水沟,其环保性差,危险程度高且后续工作量大。基于此,本文设计一种岩巷履带式开沟槽钻机,其体积小、效率高、经济环保、后续工作量小。
若只使用凿岩机钻孔掘进,掘进效率较低,且所开沟槽平整度不高。基于此,本文的岩巷履带式开沟槽钻机将凿岩机与劈裂器集成在一台机器上,以实现凿岩机钻孔后可直接劈裂岩石,旨在提高工作效率,进一步减轻劳动强度。
岩巷履带式开沟槽钻机工作机构为凿岩机和劈裂器,为了实现工作机构正常工作,必须要有使凿岩机和劈裂器轴向运动导轨机构、调整工作位置的钻臂机构、承载和运输所有机械装备的行走机构以及提供整机动力的液压系统,本文将对上述的各机构进行设计与计算。
关键词:岩巷;履带行走机构;开沟槽;凿岩机;劈裂器;液压系统
目 录
1 绪论 1
1.1岩巷履带式开沟槽钻机结构简介 1
1.2液压凿岩机简介 1
1.3钻进系统凿孔工作过程 1
1.4劈裂器与钻机的结合 3
1.5岩巷履带式开沟槽钻机给定参数 4
2 岩巷履带式开沟槽钻机功能与结构设计 5
2.1凿岩机系统结构设计 6
2.1.1凿岩机选型 6
2.1.2钎具选型 7
2.1.3导轨机构设计 7
2.2劈裂器系统结构设计 8
2.3回转驱动装置 8
2.3.1回转驱动装置结构与原理 8
2.3.2蜗轮蜗杆式回转驱动装置主要部件特点 9
2.3.3回转驱动装置选型 9
2.4履带式行走机构结构设计 10
2.5钻臂工作范围分析 11
3 履带式行走机构主要参数设计 13
3.1行走机构各部件的计算与选型 13
3.1.1履带板 13
3.1.2驱动轮 13
3.1.3导向轮 15
3.1.4支重轮 16
3.1.5托链轮 17
3.1.6行走架 18
3.1.7张紧缓冲装置 19
3.2行走机构动力机构的计算与选型 21
3.2.1单侧履带牵引力计算 21
3.2.2单侧履带驱动力矩 23
3.2.3单边履带行走机构驱动轮转速和输入功率 23
3.2.4行走机构减速马达选型 23
4 液压系统执行元件参数设计 25
4.1钻臂液压系统设计 25
4.1.1钻臂油缸受力分析 25
4.1.2钻臂油缸主要参数确定 27
4.1.3钻臂回转驱动装置马达主要参数确定 33
4.2工作机构液压系统设计 35
4.2.1凿岩机液压系统设计 35
4.2.2劈裂器液压系统设计 39
4.3履带式行走机构液压系统设计 41
4.4行走机构前、后支撑装置设计 42
4.4.1前、后支撑液压缸受力分析 42
4.4.2前后支撑液压缸主要参数确定 43
4.5液压系统执行元件参数设计总结 46
5 液压系统泵站与控制回路设计 48
5.1液压泵选型 48
5.2电机选型 49
5.3确定油箱容量 49
5.4泵站设计 51
5.4.1油箱设计 51
5.4.2液压泵组设计 52
5.4.3管路设计 53
5.4.4液压辅助设备 54
5.5液压控制回路设计 54
6 钻臂动态特性仿真分析(专题) 55
6.1ANSYS Workbench软件简介 55
6.2钻臂分析与建模 55
6.3钻臂模态分析 55
6.3.1定义材料与接触 55
6.3.2网格划分 57
6.3.3施加约束 58
6.3.4模态分析结果 58
6.4瞬态动力分析 58
6.4.1分析时间与时间步长 59
6.4.2施加载荷 59
6.4.3瞬态动力学分析结果 60
6.5液压缸刚度对钻臂动态特性的影响分析 60
6.5.1参数设置 61
6.5.2生成设计点 62
6.5.3数据处理与分析 62
6.6钻臂静态强度校核 63
6.7钻臂销轴的疲劳强度分析 64
6.8钻臂动态特性分析小结 64
结论 65
参考文献 66
翻译部分 67
英文原文 67
中文译文 83
致谢 94
岩巷履带式开沟槽钻机的工作机构主要为凿岩机和劈裂器,为了实现工作机构正常工作,必须要有使凿岩机和劈裂器轴向运动导轨机构、调整工作位置的钻臂机构和主回转机构、承载和运输所有机械装备的行走机构以及提供整机能量的液压系统。

1-履带式行走机构;2-回转驱动装置;3-大臂机构;4-小臂机构;5-回转驱动装置;
6-凿岩机及其导轨机构;7-劈裂器及其导轨机构8-液压泵站;9-操作台
图2-1 岩巷履带式开沟槽钻机整机结构图
如图2-1所示,为本文设计的岩巷履带式开沟槽钻机整机结构图。其中,工作机构的设计理念为:凿岩机与劈裂器中心的回转半径相同,安装高度相同,安装角度相差90°。即当对某一工位进行开沟槽施工时,能够实现凿岩机先进行钻孔,然后只需回转驱动装置(5)旋转90°,就能够使劈裂器对准刚钻好的孔眼,进而进行劈裂操作。这样做不仅能够方便操作,提高工作效率,而且能够提高劈裂器与所打孔眼的同轴度,确保劈裂器系统正常工作。钻臂机构的设计理念为:根据挖掘机的大臂与小臂结构以及液压缸的位置与连接方式[2],设计本文钻机的钻臂机构,大臂与小臂的长度根据工作范围的需要和工作机构与地面的距离进行设计。对于本文的钻机,工作范围为2m,即行走机构不运行时,只靠钻臂机构调整工位就可掘进至少2m的排水沟槽(如图2-2所示,为本文的钻机工作时的相对位置图,因钻机在工作时钻臂机构总是要偏转一定角度,所以为了使工作范围达到2m,本文设计的钻臂机构要求可伸出范围为3m);并且,在整个工作范围内,都能调整凿岩机系统的钎头紧贴地面,钎杆垂直于地面。

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