12000Nm全液压坑道钻机动力头设计与仿真

摘要

在使用全液压煤矿用坑道钻机进行煤矿瓦斯抽放钻孔施工时,由于水力冲刷、瓦斯压力等作用及煤层断层、煤质松软等问题,会发生因钻孔坍塌造成的卡钻和埋钻事故。为增强钻机处理孔内事故的能力,打捞被埋钻具、减小经济损失,研制了与ZDY6000LD(A)型煤矿用全液压坑道钻机配套使用的12000Nm打捞用动力头。
　　论文根据12000Nm打捞用动力头的技术参数对其进行了结构设计和优化,试制出了动力头样机,并进行了样机的型式试验。试验结果表明该动力头回转性能满足企业标准的要求,达到课题研究的目标。
　　本文利用有限元仿真分析软件对所设计的动力头进行强度分析和结构优化,以此对拖板上的筋板结构布置和数量进行调整,提高了动力头整机的安全性和可靠性。通过对胶筒在额定工况下的应力应变计算,分析了卡盘对钻杆的夹紧能力。并指出胶筒肩部倒角在10mm的情况下能够有效减小应力集中现象,改善胶筒的受力情况。对配油套进行优化,在保证其足够的强度和刚度的条件下,使配油套减重达13.65％,为提高回转效率起到了积极的作用,并对此类钻机动力头今后的设计提供参考。
　　对新研制的12000Nm动力头的样机,在15000Nm煤矿坑道钻机性能检测试验台上进行了型式试验,包括空载运转性能、负载运转性能和过载运转性能试验。对转矩、转速、功率和传动效率等性能参数进行了测试和分析。

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1 绪论

1.1 课题背景

1.2 全液压钻机国内外研究现状与发展

1.3 课题内容

1.4 本章小结

2 全液压钻机概述

2.1 钻机的分类

2.2 动力头概述

2.3 液压卡盘概述

2.4 煤矿用坑道钻机动力头的设计要求和基本参数

2.5 本章小结

3 12000Nm全液压动力头设计

3.1 动力头传动部分设计

3.2 液压卡盘设计

3.3 本章小结

4 12000Nm全液压动力头强度有限元分析

4.1 有限元概述

4.2 全液压动力头强度有限元分析

4.3 液压卡盘有限元分析

4.4 配油套的结构优化

4.5 本章小结

5 型式试验

5.1 试验台简介

5.2 型式试验

5.3 实验结果分析

5.4 本章小结

6 结束语

6.1 结论

6.2 展望

致谢

参考文献

附录