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液压锚杆钻机冲击回转机构设计及液压系统优化

陆有兵  
【摘要】:随着我国煤矿朝着高产、高效的大型矿场发展,建立煤矿综合机械化、自动化、智能化开采系统必然大势所趋,而井下巷道掘进支护设备是辅助开采系统的重要组成之一。锚杆支护是掘进巷道施工的重要环节,它占施工时间70%以上,锚杆钻机作为锚杆支护技术的关键设备之一,在锚杆支护工程中占有着举足轻重的地位,其性能的优劣直接影响巷道锚固施工的效率。为提高锚杆支护的速度,设计并改进锚杆钻机的性能是提高掘进效率的关键所在。通过查阅文献了解到,气动式和液压式两大类型锚杆钻机是煤矿巷道锚杆支护工程使用的主流机型。而液压式锚杆钻机以其输出扭矩大、动力源不受距离影响、耗能低、钻孔效率高等特点,逐渐成为建立高产、高效矿场的新方向。本文根据冲击力学和波动力学分析了不同形状应力波峰值的影响和凿入效率;以“三段分析法”的冲击机构设计理论对锚杆钻机冲击机构进行设计,计算液压参数和活塞尺寸,并用Matlab遗传算法对回转齿轮体积进行最小优化;根据尺寸参数使用Solidworks进行锚杆钻机冲击回转机构三维建模;使用ANSYS对冲击机构活塞进行模态、运动分析以及活塞撞击的瞬态分析,验证设计计算的合理性以及分析撞击后产生的应力应变最大值分布;使用AMESim液压元件库对锚杆钻机冲击系统进行建模,仿真冲击机构的合理性;对回转机构系统双马达串联和并联方式进行进行仿真,选择合适的马达连接方式;针对回转系统在转速调节存在的流量浪费的缺陷,设计负载敏感回转系统,在负载敏感系统反馈调节下使泵的输出流量始终与负载相匹配。论文通过对冲击系统模型的研究,设计锚杆钻机冲击机构,使用有限元软件对活塞进行模态和瞬态分析,得到撞击时的最大应力值满足材料强度以及最大应力、应变分布;使用AMESim软件建立冲击系统进行分析,并对回转系统存在的缺陷进行优化,以提高液压式锚杆钻机的能量利用率,为冲击回转式液压锚杆钻机的设计提供参考。


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