履帶式液壓錨桿鉆車關(guān)鍵結(jié)構(gòu)及液壓系統(tǒng)設(shè)計

煤炭資源的生產(chǎn)和安全事關(guān)國家能源戰(zhàn)略,直接對國民經(jīng)濟的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生影響。錨桿支護是一種有效的煤礦井下巷道支護方式,可以改善礦工在井下巷道內(nèi)的作業(yè)環(huán)境和安全條件。履帶式液壓錨桿鉆車是錨桿支護的關(guān)鍵設(shè)備,與傳統(tǒng)錨桿用風(fēng)鉆相比,具有速度快、成本低以及工人勞動強度小等優(yōu)勢,已在國內(nèi)外煤礦及隧道施工中得到廣泛應(yīng)用。目前國內(nèi)履帶式液壓錨桿鉆車可靠性較低,僅依靠相似機械進行類比設(shè)計,沒有獨立的設(shè)計方法和設(shè)計思路,液壓控制系統(tǒng)較復(fù)雜且穩(wěn)定性差,以上缺陷限制了履帶式液壓錨桿鉆車的發(fā)展,同時制約了礦山及隧道的建設(shè)和運行。因此提高錨桿鉆車設(shè)計質(zhì)量,優(yōu)化設(shè)計鉆車關(guān)鍵部件及液壓控制系統(tǒng),對提高煤礦生產(chǎn)效率和生產(chǎn)安全性具有重要意義。本文以履帶式液壓錨桿鉆車為研究對象,設(shè)計與鉆車相適應(yīng)的變幅機構(gòu)、移動機構(gòu)以及液壓系統(tǒng),并對關(guān)鍵部件進行數(shù)值仿真和優(yōu)化。本文的主要研究內(nèi)容如下:(1)分析履帶式液壓錨桿鉆車研究現(xiàn)狀,對主要的功能部件進行設(shè)計計算以及參數(shù)選擇。將鉆車按功能劃分為行走模塊、變幅模塊、鉆進模塊和液壓系統(tǒng),根據(jù)鉆車移動部件的要求計算履帶的主要參數(shù),結(jié)合鉆孔方位和高度要求設(shè)計變幅機構(gòu),計算了液壓缸在內(nèi)的相關(guān)參數(shù),根據(jù)性能要求設(shè)計液壓系統(tǒng),計算了液壓系統(tǒng)的主要參數(shù),完成關(guān)鍵元件的選型。(2)針對履帶式液壓錨桿鉆車的變幅裝置進行結(jié)構(gòu)校核與仿真,建立三維模型后分別進行運動學(xué)仿真、動力學(xué)仿真以及模態(tài)分析,發(fā)現(xiàn)變幅機構(gòu)支撐架的薄弱部位。結(jié)果表明變幅機構(gòu)的強度與剛度均滿足設(shè)計要求。(3)建立履帶式液壓錨桿鉆車的液壓系統(tǒng)仿真模型,將模型分為變幅系統(tǒng)模塊、進給系統(tǒng)模塊、履帶行走及平臺旋轉(zhuǎn)模塊以及負載敏感泵組模塊,對驅(qū)動履帶行走的液壓馬達進行仿真,分析各個功能模塊的執(zhí)行元件能否完成既定的工作目標(biāo)。從仿真圖線可以看出,所設(shè)計的液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性強,機械效率高,有良好的動態(tài)性能,可以完成履帶式錨桿鉆車的行走、調(diào)高及鉆進等動作。(4)對變幅機構(gòu)中間支撐架進行拓撲優(yōu)化分析,根據(jù)分析結(jié)果改進支撐架結(jié)構(gòu),優(yōu)化三維模型,重復(fù)進行靜力學(xué)分析和模態(tài)分析,有限元分析結(jié)果表明結(jié)構(gòu)變形量減小,結(jié)構(gòu)強度與剛度提高的同時各階固有頻率提高,驗證了此變幅系統(tǒng)的可靠性。