全液压煤矿坑道钻机定向制动装置分析研究

摘要

瓦斯抽采是防治煤矿瓦斯灾害事故的治本性措施，钻孔抽采是瓦斯抽采的基本手段。现阶段，由于瓦斯钻孔抽采深度的不断增加(可以认为深度>300m)和钻孔轨迹的定位精确性要求越来越高，孔底马达定向钻进技术及其配套装备的市场需求十分迫切。为此，本文以应用在煤矿坑道全液压钻机上的斜面增力式定向制动装置和摩擦片式定向制动装置为研究对象，在分析其工作原理的基础上，利用 CAE软件对斜面增力式和摩擦盘式定向制动装置进行建模仿真，对这两种定向制动装置的结构参数进行调整并改进优化设计方案，进一步提高产品的可用性与可靠性。
　　本文通过分析斜面增力式和摩擦盘式定向制动装置的结构与工作原理，分别对其主要技术参数进行计算并完成了结构设计；利用有限元分析软件ABAQUS对斜面增力式定向制动装置的卡瓦和制动轴应力场进行有限元分析，对比了光面、横向切槽、横竖向沟槽三种形式的卡瓦结构，确定了卡瓦斜面角?及卡瓦结构形式；在充分考虑速度可变效应影响、摩擦片之间摩擦界面间耦合的基础上，根据摩擦片的实际几何尺寸，对摩擦片刚度、强度、接触应力以及动摩擦矩的变化情况进行了分析，最终确定了5副摩擦盘结构；为两种定向制动装置的结构设计提供了重要的理论依据。
　　通过室内及现场试验进一步验证了两种定向制动装置的可靠性，测试了定向制动装置承受反转矩的能力，试验结果表明两种定向装置制动效果良好，工具面向角控制精确，为定向钻进施工提供了可靠保障。

目录

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1绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3研究内容、方法及技术路线

2全液压坑道钻机定向制动装置结构设计

2.1全液压坑道钻机定向制动装置概述

2.2螺杆钻具理论特性分析

2.3斜面增力式定向制动装置结构设计

2.4摩擦盘式定向制动装置结构设计

2.5本章小结

3斜面增力式定向制动装置仿真分析

3.1斜面增力式定向制动装置三维建模

3.2斜面增力式定向制动装置有限元模型

3.3有限元结果及分析

3.4本章小结

4摩擦盘式定向制动装置仿真分析

4.1摩擦盘式定向制动装置三维建模

4.2摩擦盘式定向制动装置有限元模型

4.3有限元结果及分析

4.4本章小结

5全液压坑道钻机定向制动装置的试验研究

5.1室内实验

5.2现场工业试验

5.3本章小结

6结论与展望

6.1结论

6.2展望

致谢

参考文献

附录