雙臂窄體履帶式鉆錨機(jī)設(shè)計(jì)及動(dòng)態(tài)特性研究.pdf

1、錨桿支護(hù)是煤礦巷道經(jīng)濟(jì)、有效的支護(hù)形式，代表了煤礦巷道支護(hù)技術(shù)的主要發(fā)展方向。論文針對(duì)煤礦巷道掘進(jìn)過程中支護(hù)效率低下問題，研發(fā)了能與掘進(jìn)機(jī)配套作業(yè)的雙臂窄體履帶式鉆錨機(jī)（以下簡(jiǎn)稱“鉆錨機(jī)”）。結(jié)合鉆錨機(jī)數(shù)字化研發(fā)過程，運(yùn)用理論分析、靜動(dòng)態(tài)仿真分析以及試驗(yàn)分析的研究方法，不僅成功的解決了鉆錨機(jī)關(guān)鍵技術(shù)設(shè)計(jì)及整機(jī)系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性的關(guān)鍵問題，完成了該產(chǎn)品的優(yōu)化設(shè)計(jì)，而且豐富和發(fā)展了煤礦鉆錨設(shè)備的設(shè)計(jì)理論，對(duì)鉆錨設(shè)備的現(xiàn)代化數(shù)字設(shè)計(jì)具有重要的理論和

2、實(shí)際指導(dǎo)意義。
　　論文在集成優(yōu)化設(shè)計(jì)方法的基礎(chǔ)上，通過對(duì)鉆錨機(jī)機(jī)械結(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)的總體研究，重點(diǎn)根據(jù)鉆錨機(jī)實(shí)際作業(yè)的特點(diǎn)，對(duì)工作裝置末端執(zhí)行器的運(yùn)動(dòng)軌跡及鉆錨機(jī)關(guān)鍵部件的強(qiáng)度進(jìn)行了深入分析，實(shí)現(xiàn)了鉆錨機(jī)整機(jī)的創(chuàng)新性設(shè)計(jì)與集成。隨后，在建立鉆具—煤巖非線性動(dòng)力學(xué)模型及確定煤巖彈塑脆性本構(gòu)模型的基礎(chǔ)上，通過鉆進(jìn)過程的仿真研究，得出了錨桿鉆頭在旋轉(zhuǎn)鉆進(jìn)過程中孔底煤巖應(yīng)力變化，鉆孔能量變化以及鉆頭動(dòng)態(tài)響應(yīng)特征，實(shí)現(xiàn)了與鉆進(jìn)工

3、作對(duì)象的集成建模。鉆進(jìn)仿真結(jié)果為動(dòng)力學(xué)特性研究中載荷參數(shù)的確定奠定了基礎(chǔ)。
　　鉆錨機(jī)的動(dòng)態(tài)特性研究包括結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究與多體動(dòng)力學(xué)研究。
　　在結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)研究中，采用Laplace小波相關(guān)濾波法與經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｊ椒纸?EMD)相結(jié)合的方法，對(duì)鉆錨機(jī)鉆臂的模態(tài)參數(shù)進(jìn)行了有效提取。利用試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析的主模態(tài)參數(shù)在低頻段較為可靠的特性，應(yīng)用尋優(yōu)方法對(duì)鉆臂有限元模型進(jìn)行修正，提高了有限元建模的精度。在此基礎(chǔ)上，對(duì)鉆錨機(jī)鉆臂進(jìn)行有限元?jiǎng)討B(tài)仿真及

4、諧響應(yīng)分析，確定了鉆臂的模態(tài)參數(shù)，深入分析了鉆錨機(jī)鉆臂的結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)特性，并提出鉆臂的改進(jìn)方案，修正了鉆臂的薄弱環(huán)節(jié)。
　　在多體動(dòng)力學(xué)研究中，論文建立了鉆錨機(jī)鉆進(jìn)執(zhí)行機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)學(xué)及動(dòng)力學(xué)模型，對(duì)鉆錨機(jī)工作裝置進(jìn)行了多體動(dòng)力學(xué)仿真研究，深入分析了拖板作為柔性件的剛?cè)狁詈蟿?dòng)力學(xué)特性，并在此基礎(chǔ)上聯(lián)合液壓控制系統(tǒng)進(jìn)行了鉆進(jìn)工況的機(jī)液耦合仿真。實(shí)現(xiàn)了拖板結(jié)構(gòu)的優(yōu)化，全面考察了鉆錨機(jī)工作裝置在外部激勵(lì)載荷作用下的機(jī)械結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)動(dòng)態(tài)特性。