高頻沖擊下鑿巖臺車鉆臂動態(tài)特性研究.pdf

1、鑿巖臺車是現(xiàn)代化的鑿巖設(shè)備，主要用于隧道及地下工程、礦山開采，能方便移動并可同時支持多臺液壓鑿巖機(jī)進(jìn)行鉆孔作業(yè)，具有作業(yè)效率高、鉆孔定位準(zhǔn)及作業(yè)環(huán)境好等特點(diǎn)。
　　 鉆臂作為鑿巖工作的直接完成者，在施工過程中既要承受拉壓載荷、彎扭載荷，又要承受高頻率的鑿巖沖擊荷載，鉆臂在這種外載激勵下的動態(tài)特性將影響整機(jī)性能的發(fā)揮。因此，要保證鑿巖臺車的正常工作，就必須準(zhǔn)確了解鉆臂的動態(tài)特性，從而驗(yàn)證其結(jié)構(gòu)能否克服由動載荷引起的破壞。但目前，國

2、內(nèi)對鑿巖臺車鉆臂的研究多是面對鉆臂運(yùn)動控制方面的運(yùn)動學(xué)、動力學(xué)問題進(jìn)行仿真分析，而對鉆臂動態(tài)特性的研究還很少。
　　 本文針對國內(nèi)現(xiàn)有鉆臂研究中存在的不足，對鉆頭破巖過程、鉆臂在高頻沖擊下的動態(tài)響應(yīng)及疲勞壽命進(jìn)行仿真分析，主要研究工作如下:
　　 1.利用LS-DYNA軟件對鑿巖臺車鉆頭沖旋破巖過程進(jìn)行數(shù)值模擬，分析了鉆頭破巖過程，得到鉆頭侵深、速度及鑿巖反力的變化曲線，討論了沖擊能、轉(zhuǎn)速對破巖的影響。鑿巖反力的定量確定

3、為鉆臂動態(tài)特性的仿真提供了載荷信息。
　　 2.聯(lián)合運(yùn)用ADAMS和ANSYS建立了大臂為柔性體的鉆臂剛?cè)狁詈咸摂M樣機(jī)模型，為下一步的動態(tài)特性仿真奠定了基礎(chǔ)。
　　 3.利用ADAMS對大臂在五種典型鑿巖工況下的動態(tài)應(yīng)力進(jìn)行仿真，獲得大臂的應(yīng)力-時間歷程曲線和瞬態(tài)應(yīng)力分布云圖，找出了大應(yīng)力節(jié)點(diǎn)，從而校核了大臂的強(qiáng)度，也為后續(xù)的疲勞壽命計算提供依據(jù)。
　　 4.在ADAMS環(huán)境下對大臂做諧響應(yīng)分析，得到不同激勵頻率

4、下大臂上各測點(diǎn)的位移振動響應(yīng)曲線，結(jié)果表明，大臂的振幅受自身姿態(tài)的影響較大，工況四為大臂振動最惡劣工況，大臂二、三節(jié)連接處剛度較弱為大臂的薄弱環(huán)節(jié);對釬桿頂端點(diǎn)的位移-時間歷程作時域、頻域的統(tǒng)計分析，發(fā)現(xiàn)工況四下釬桿頂端的振動位移最大，平穩(wěn)性最差。
　　 5.對鉆臂展開過程進(jìn)行剛、柔模型對比仿真，說明柔性體的引入使鉆臂動力學(xué)特性發(fā)生了改變。
　　 6.借助動應(yīng)力仿真結(jié)果，提取了大臂疲勞危險點(diǎn)的應(yīng)力時間歷程并對其進(jìn)行雨流計