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掘进机机载钻机机身设计与仿真分析

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文档简介:

掘进机机载钻机机身设计与仿真分析煤矿机械CoalMineMachineryVol.32No.08Aug.2011第32卷第08期2011年08月设计·计算0前言掘进机机载防突钻机是安装于掘进机截割臂上,实施超前钻孔进行瓦斯卸压和释放的一种专用防突设备,对于完成综掘工作面迎头、顶板、底板以及两帮一定范围内的钻进探测,保证生产安全具有重要意义。目前,煤矿巷道掘进过程中必须遵守“有掘必探、先探后掘”的安全操作规程,为了确保钻掘一体化施工效率,钻机必须具有良好的动态性能,此时动态设计和计算模拟就显得十分重要。通过对钻机进行模态分析和稳态动力学响应分析,可预测钻机在某一频域内的各阶模态振型及其频率,以评定其动态特性能否满足设计要求,进而为钻机结构的优化设计提供依据。1钻机机身方案设计掘进机机载钻机的设计参数是在防突钻掘机整体设计方案基础上,充分考虑掘进和钻进施工工艺要求,根据掘进机液压系统提供的压力和流量,咨询钻探广义人员实际钻进过程所需的比较理想的钻机参数,确定本项目钻机的主要技术参数:钻孔最大深度/m50钻杆长度/mm750额定扭矩/Nm500最大给进力/kN18最大起拔力/kN26尺寸限制/mm2150×340×320钻进系统由给进机构、钻杆、钻孔以及孔底组成。由于钻进深度和钻速随机变化,直接影响到钻机的稳定性和可控性,同时,钻机的给进速度对掘进施工效率有重要影响,因此,给进机身的稳定性和刚性不足将引起剧烈的轴向和横向振动,致使钻具和钻头过早损坏,甚至出现孔内事故。掘进机机载钻机要求驱动系统能保证给进运动平稳,具有抑制振动和承受突变载荷的能力,防止钻速失稳或剧烈振动。基于以上分析,钻机机身设计方案初步选定如图1(a)所示的油缸链条倍速方案和图1(b)所示的油缸推进机构方案2种。对比可知,方案2结构简单、操作简易、工作可靠、容积损失较小,效率较高以及外形尺寸和重量比较容易满足。(a)油缸链条倍速(b)油缸推进机构图1钻机设计方案示意图2钻机有限元计算模型建立钻进施工过程中,钻机的稳定性主要体现在机身的动态性能和机身与掘进机连接处的强度以及在机身上来回滑动的托板的强度等参数上。机身受到孔底、钻杆、给进机构组成的给进系统随机变化的激励和动力头驱动共同激励作用,从而引起对钻机整体及局部的动态响应。钻机的固有频率和其中任何一频率接近或者相同就会发生共振现象,影响掘进机机载钻机机

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