多工位坑道钻机液压系统的设计与分析

摘要

煤矿坑道钻机是当今国内井下煤层瓦斯抽采孔施工的主要设备。传统煤矿坑道钻机的结构型式，主要有立式(机械式)和卧式两类。立式钻机，采用机械传动。其回转装置的调速是有级的，且操作不方便，易磨损失效。卧式钻机，采用液压传动，可以方便地实现执行装置的无级调速。另外，在不移动机身情况下，立式钻机和卧式钻机都只能在一个平面内进行钻孔作业，即工作平面少。
　　针对传统钻机的以上特点，本文提出多工位坑道式钻机的设想并加以研究。论文首先分析总结传统钻机液压系统；其次，介绍多工位坑道式钻机的整体结构，并根据其立卧两用的功能要求，改进了传统钻机执行装置——卡盘与夹持器的结构；进而分析多工位坑道钻机的工况，设计其液压系统并进行相关计算；还分别建立了多工位坑道钻机液压系统回转回路、给进回路的简化数学模型和AMESim软件分析模型，并通过AMESim软件仿真研究系统特性；最后，分别通过卡盘关键零件——碟形弹簧的承压性能实验与立式钻机的性能实验，来研究卡盘的夹紧可靠性和当多工位坑道钻机试制完成后的样机的具体实验方法。
　　多工位坑道钻机兼有立式钻机和卧式钻机的特点。其采用液压传动，能与卧式钻机一样方便地实现无级调速；工作时有立式工作状态和卧式工作状态之分，可以在不移动机身的情况下实现两个平面内的钻孔作业。

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第一章 绪论

1.1 煤矿坑道钻机的发展

1.1.1 国内发展

1.1.2 国外发展

1.2 钻机技术概述

1.2.1 立式钻机技术概述

1.2.2 卧式(全液压式)钻机技术概述

1.3 液压系统分析

1.3.1 液压系统静态分析与动态分析

1.3.2 我国钻机液压系统研究现状

1.4 论文课题的提出及主要研究内容

1.4.1 课题的提出

1.4.2 主要研究内容

第二章 钻机液压系统功能与分析

2.1 钻机液压传动系统的功能、要求及组成

2.2 钻机液压基本回路

2.2.1 执行装置和液压动力部分的分配方案

2.2.2 液压传动系统的形式

2.2.3 调速回路形式

2.3 传统钻机液压系统举例

2.3.1 立式(机械式)钻机液压系统

2.3.2 卧式钻机液压系统

2.4 本章小结

第三章 多工位坑道钻机液压系统及关键执行装置设计

3.1 多工位坑道钻机的结构

3.1.1 整机结构介绍

3.1.2 执行装置--卡盘结构的改进设计

3.1.3 执行装置--新型夹持器结构设计

3.2 多工位坑道钻机液压系统设计

3.2.1 立式工作状态的工况分析

3.2.2 卧式工作状态的工况分析

3.2.3 液压系统设计

3.3 液压系统参数确定及元件选型

3.3.1 系统性能参数要求

3.3.2 液压马达的选择

3.3.3 给进液压缸的参数计算

3.3.4 主、辅卡盘及夹持器参数计算

3.3.5 电机的选择

3.3.6 液压泵的选择

3.3.7 液压辅助元件的选择

3.4 本章小结

第四章 多工位坑道钻机液压系统分析

4.1 系统建模及软件介绍

4.1.1 建模方法的分类

4.1.2 模型形式

4.1.3 软件介绍

4.2 回转回路动态分析

4.2.1 传递函数法建模

4.2.2 功率流建模

4.2.3 利用AMESim软件建模进行系统分析

4.3 给进回路动态分析

4.3.1 液压缸-惯性负载模型功率流建模

4.3.2 立式工作状态动态分析

4.3.3 卧式工作状态动态分析

4.4 本章小结

第五章 实验

5.1 碟形弹簧实验

5.1.1 实验器材

5.1.2 实验方法

5.1.3 实验结果

5.2 钻机整机性能综合实验

5.2.1 钻机整机性能综合实验台组成及实验原理

5.2.2 ZLJd4000型钻机实验过程及结果

5.2.3 多工位坑道钻机实验

5.3 本章小结

第六章 总结与展望

6.1 内容总结与创新点

6.2 研究工作展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

攻读硕士学位期间参与的项目