4000Nm全液压坑道钻机主机及回转平台的设计及其优化

摘要

4000Nm全液压坑道钻机是一款针对狭窄巷道所设计的钻机装备，主要适应于中深孔的瓦斯抽采、探放水以及顶底板注浆等钻孔施工作业。本文对此类坑道钻机的主机以及回转平台做了相关研究分析，旨在对坑道钻机的发展有一定的帮助。
　　本文从理论出发，先对全液压钻机组成结构进行分析，然后对所研究的主机及回转平台进行设计选型。运用三维绘图软件SolidWorks对主机及回转平台进行建模，并绘制整机模型图。分析钻机的工作情况，选取钻进作业与起拔作业两种典型工况对关键部件进行载荷分析，建立数学模型。通过代入不同工况下的参数值，计算出拖板及回转平台在两种工况下的受力情况。利用有限元仿真软件ANSYS Workbench分别对拖板及回转平台进行了静力学及模态仿真分析，验证了关键部件满足设计要求，且仍有一定的优化空间。运用ANSYS Workbench的优化模块对回转平台进行优化设计，选择以板厚为设计变量，目标函数设置为平台自身重量。最终得出了三组最优解，选择了其中最大应力与最小平台质量两个优化目标达到平衡的一组解，优化后的平台质量上减少了14％。

目录

声明

致谢

摘要

第一章 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 研究内容及方法

1．3．1 课题研究主要内容

1．3．2 拟采用的研究方法

1．4 本章小节

第二章 全液压钻机概述

2．1 钻机的分类

2．1．1 按钻机的传动方式分类

2．1．2 按钻进的方法分类

2．1．3 其他分类方法

2．2 全液压钻机原理及特点

2．2．1 全液压钻机原理

2．2．2 全液压钻机特点

2．3 全液压钻机的组成结构

2．3．1 主机

2．3．2 操纵台

2．3．3 泵站

2．3．4 钻机平台

2．2．5 履带车体

2．2．6 稳固装置

2．4 钻机回转平台结构特点

2．5 本章小节

第三章 主机及钻机回转平台的设计计算

3．1 给进系统设计计算

3．1．1 钻机给进系统的功用

3．1．2 钻机给进系统选择

3．1．3 给进机身结构型式选择

3．1．4 给进系统主要参数

3．1．5 给进系统液压油缸设计选型

3．2 调角装置设计

3．3 主轴夹持装备的设计计算

3．4 钻机回转平台设计

3．4．1 钻机回转平台的布局及特点分析

3．4．2 钻机回转平台的结构分析

3．4．3 钻机回转平台设计建模

3．5 钻机工况分析

3．5．1 钻进工况分析

3．5．2 起拔工况分析

3．6 给进装置关键部件受力分析

3．6．1 钻进工况下给进系统受力分析

3．6．2 起拔工况给进系统受力分析

3．7 钻机平台的受力分析

3．7．1 钻进工况钻机平台的受力分析

3．7．2 起拔工况钻机平台的受力分析

3．8 本章小节

第四章 关键结构的有限元分析

4．1 有限元方法的简介

4．1．1 有限元法的基本思想

4．1．2 有限元法的基本步骤

4．1．3 ANSYS Workbench简介

4．2 钻机回转平台有限元模型建立

4．2．1 材料属性参数

4．2．2 网格的划分

4．2．3 约束和载荷的施加

4．3 钻机回转平台有限元结果分析

4．3．1 钻进工况

4．3．2 起拔工况

4．4 钻机拖板的有限元分析

4．4．1 已知参数

4．4．2 约束和载荷的施加

4．4．3 分析结果

4．5 模态分析

4．5．1 模态分析概述及理论

4．5．2 钻机平台的模态分析

4．5．3 拖板的模态分析

4．6 本章小节

第五章 钻机回转平台的优化设计

5．1 优化设计简介

5．2 基于ANSYS Workbench的优化设计

5．3 钻机回转平台的优化设计

5．3．1 优化变量确定

5．3．2 样本点与样本值

5．3．3 参数相关性分析

5．3．4 优化结果分析

5．4 本章小节

第六章 总结与展望

6．1 全文总结

6．2 工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况