ZDY3200S型全液压坑道钻机动力头改进设计

摘要

现阶段中国多数煤矿已进入深部开采，瓦斯对煤矿安全生产的影响也随之增大。钻孔抽采作为煤矿瓦斯灾害防治的基本技术手段，仍在广泛使用。动力头是全液压坑道瓦斯抽排钻机的动力输出机构，不仅要满足煤矿工艺及井下作业的要求，还应具备高效，节能等特点。为提升ZDY3200S全液压坑道钻机的可操作性及其工作性能，本研究对该型号钻机用动力头进行了改进设计，并对动力头的关键零部件进行了分析。整篇文章的主要研究内容包括以下几方面： 为进一步提升ZDY3200S全液压坑道钻机用动力头的性能，首先，分析了现有ZDY3200S全液压坑道钻机的结构及工作原理，根据动力头的设计参数及要求，运用创新设计理论中的功能分析法，提出了该型号钻机用动力头的设计方案并设计计算了动力头关键零部件的尺寸，运用三维建模软件Pro/E建立了减速箱体、齿轮轴、低速齿轮、楔形卡瓦以及机架的三维实体模型：运用ABAQUS有限元分析软件对动力头的支撑部件导轨进行了静力学分析，验证了设计结构的合理性与可靠性；然后，为准确分析钻进过程中新型齿轮的接触应力及变形特点，运用ADAMS动力学仿真软件，建立了该减速齿轮对的力学仿真模型，确定了稳定工作过程中齿轮的扭矩以及实际啮合力，并将此啮合力作为齿轮啮合有限元分析模型的负载，完成了齿轮齿面接触应力的有限元分析，并将分析的结果与赫兹接触理论计算的结果进行对比分析，验证了有限元计算结果的正确性和准确性；最后，为避免改进设计后的ZDY3200S全液压坑道钻机动力头的新型齿轮对在钻进过程中发生共振损坏，建立了啮合齿轮对的有限元模态分析模型，分析了该啮合齿轮对的前十阶固有频率和振动形式。 研究结果表明，经改进设计后的ZDY3200S全液压坑道钻机动力头的关键部件能够满足强度及性能要求，新型齿轮传动系统的固有频率错开了正常工作状态下齿轮的最大啮合频率。为钻机动力头进一步的优化设计奠定了理论基础。

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1 绪论

1.1研究背景

1.2国内外的研究现状

1.2.1 全液压动力头式钻机研究现状

1.2.2 钻机动力头研究现状

1.3研究内容

1.4 技术路线

2 煤矿坑道用全液压钻机动力头结构设计

2.1全液压钻机动力头设计基本方法

2.1.1基本设计方法

2.1.2全液压动力头设计方法

2.2 ZDY3200S全液压钻机结构与工作原理

2.2.1 ZDY3200S全液压钻机工作原理

2.2.2 ZDY3200S全液压钻机结构组成

2.3全液压钻机动力头设计参数及要求

2.3.1动力头设计要求

2.3.2动力头设计参数

2.4轻型动力头整体方案设计

2.4.1动力头减速系统的设计

2.4.2减速器箱体的设计

2.4.3动力头支撑导轨结构设计

2.5本章小结

3 动力头关键零部件有限元分析

3.1有限元基础理论及ABAQUS分析方法

3.1.1有限元理论基础

3.1.2有限元软件的选择

3.1.3 ABAQUS有限元分析步骤

3.2动力头支撑导轨有限元分析

3.2.1导轨力学模型建立

3.2.2导轨有限元模型建立

3.2.3结果分析

3.3齿轮传动有限元分析

3.3.1齿轮传动动力学分析

3.3.2齿轮啮合应力分析

3.3.3结果分析

3.4齿轮传动赫兹接触应力

3.5本章小结

4 动力头传动系统模态分析

4.1 模态分析理论

4.1.1模态分析理论及方法

4.1.2有限元模态分析过程

4.2钻机动力头传动系统模态分析

4.2.1有限元模型建立

4.2.2施加约束及载荷

4.3 模态分析结果分析与评定

4.4 本章小结

5 结论与展望

5.1结论

5.2 展望

参考文献