雙臂窄體履帶式鉆錨機設計及動態(tài)特性研究.pdf

1、錨桿支護是煤礦巷道經(jīng)濟、有效的支護形式，代表了煤礦巷道支護技術的主要發(fā)展方向。論文針對煤礦巷道掘進過程中支護效率低下問題，研發(fā)了能與掘進機配套作業(yè)的雙臂窄體履帶式鉆錨機（以下簡稱“鉆錨機”）。結合鉆錨機數(shù)字化研發(fā)過程，運用理論分析、靜動態(tài)仿真分析以及試驗分析的研究方法，不僅成功的解決了鉆錨機關鍵技術設計及整機系統(tǒng)動態(tài)特性的關鍵問題，完成了該產(chǎn)品的優(yōu)化設計，而且豐富和發(fā)展了煤礦鉆錨設備的設計理論，對鉆錨設備的現(xiàn)代化數(shù)字設計具有重要的理論和

2、實際指導意義。
　　論文在集成優(yōu)化設計方法的基礎上，通過對鉆錨機機械結構、液壓系統(tǒng)以及電氣系統(tǒng)的總體研究，重點根據(jù)鉆錨機實際作業(yè)的特點，對工作裝置末端執(zhí)行器的運動軌跡及鉆錨機關鍵部件的強度進行了深入分析，實現(xiàn)了鉆錨機整機的創(chuàng)新性設計與集成。隨后，在建立鉆具—煤巖非線性動力學模型及確定煤巖彈塑脆性本構模型的基礎上，通過鉆進過程的仿真研究，得出了錨桿鉆頭在旋轉鉆進過程中孔底煤巖應力變化，鉆孔能量變化以及鉆頭動態(tài)響應特征，實現(xiàn)了與鉆進工

3、作對象的集成建模。鉆進仿真結果為動力學特性研究中載荷參數(shù)的確定奠定了基礎。
　　鉆錨機的動態(tài)特性研究包括結構動力學研究與多體動力學研究。
　　在結構動力學研究中，采用Laplace小波相關濾波法與經(jīng)驗模式分解(EMD)相結合的方法，對鉆錨機鉆臂的模態(tài)參數(shù)進行了有效提取。利用試驗模態(tài)分析的主模態(tài)參數(shù)在低頻段較為可靠的特性，應用尋優(yōu)方法對鉆臂有限元模型進行修正，提高了有限元建模的精度。在此基礎上，對鉆錨機鉆臂進行有限元動態(tài)仿真及

4、諧響應分析，確定了鉆臂的模態(tài)參數(shù)，深入分析了鉆錨機鉆臂的結構動力學特性，并提出鉆臂的改進方案，修正了鉆臂的薄弱環(huán)節(jié)。
　　在多體動力學研究中，論文建立了鉆錨機鉆進執(zhí)行機構的運動學及動力學模型，對鉆錨機工作裝置進行了多體動力學仿真研究，深入分析了拖板作為柔性件的剛柔耦合動力學特性，并在此基礎上聯(lián)合液壓控制系統(tǒng)進行了鉆進工況的機液耦合仿真。實現(xiàn)了拖板結構的優(yōu)化，全面考察了鉆錨機工作裝置在外部激勵載荷作用下的機械結構及液壓系統(tǒng)動態(tài)特性。