【摘要】：全液壓鑿巖臺(tái)車是集機(jī)械、液壓及電氣于一體的現(xiàn)代化鑿巖設(shè)備,是礦山、隧道及地下工程采用鉆爆法施工的一種重要機(jī)具。全液壓鑿巖臺(tái)車不僅可以極大地減輕作業(yè)人員的體力勞動(dòng),提高鑿巖鉆孔效率,改善施工作業(yè)條件,而且在實(shí)際施工過程中更容易實(shí)現(xiàn)高效化和自動(dòng)化。鉆臂是鑿巖臺(tái)車最核心的機(jī)構(gòu),其功能就如同鑿巖臺(tái)車的“臂膀”,鑿巖臺(tái)車只有通過鉆臂各關(guān)節(jié)的運(yùn)動(dòng),才能完成定位、鑿巖等動(dòng)作。因此為了提高全液壓鑿巖臺(tái)車施工的效率、穩(wěn)定性、安全性,對(duì)鉆臂的研究勢(shì)在必行。本文的主要研究工作如下:(1)在深入研究全液壓鑿巖臺(tái)車鉆臂結(jié)構(gòu)及組成的基礎(chǔ)上,依據(jù)某型號(hào)全液壓鑿巖臺(tái)車鉆臂的設(shè)計(jì)尺寸,利用Pro/E建立了鉆臂的三維模型,為后續(xù)的分析研究提供了模型基礎(chǔ)。(2)將機(jī)器人研究中用到的運(yùn)動(dòng)學(xué)理論和鉆臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析結(jié)合起來,提出了一種將坐標(biāo)系固定在實(shí)體上的D-H(Denavit-Hartenberg)法的改進(jìn)方法——CFDH(Coordinate Fixed Denavit-Hartenberg)法。運(yùn)用CFDH法建立了全液壓鑿巖臺(tái)車鉆臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)方程,并利用MATLAB對(duì)鉆臂的有效工作空間進(jìn)行了求解。鉆臂的運(yùn)動(dòng)學(xué)分析有利于更深入的了解各運(yùn)動(dòng)桿件的位置、方向及各關(guān)節(jié)位移之間的關(guān)系,是鉆臂動(dòng)力學(xué)分析及優(yōu)化改進(jìn)的基礎(chǔ)。(3)將鉆臂三維模型導(dǎo)入ADAMS中,經(jīng)過相應(yīng)處理得到了全液壓鑿巖臺(tái)車鉆臂的虛擬樣機(jī)。對(duì)鉆臂的三個(gè)危險(xiǎn)工況進(jìn)行了動(dòng)力學(xué)仿真分析,繪制出各驅(qū)動(dòng)油缸的速度、加速度、受力及各鉸接點(diǎn)反力曲線,得到了鉆臂的動(dòng)力學(xué)性能并為有限元分析提供載荷信息。(4)在ANSYS Workbench中對(duì)鉆臂進(jìn)行結(jié)構(gòu)靜力分析及模態(tài)分析。通過結(jié)構(gòu)靜力分析繪制出鉆臂核心構(gòu)件的應(yīng)力分布云圖和位移變形圖,驗(yàn)證校核了相關(guān)構(gòu)件在危險(xiǎn)工況下的強(qiáng)度。在結(jié)構(gòu)靜力分析的基礎(chǔ)上對(duì)鉆臂做了模態(tài)分析,得到了鉆臂核心構(gòu)件的固有頻率值和模態(tài)振型圖,驗(yàn)證了相關(guān)構(gòu)件在振動(dòng)載荷下的穩(wěn)定性和安全性,為今后合理有效的避開共振區(qū)提供了依據(jù)。根據(jù)分析結(jié)果和實(shí)際施工中出現(xiàn)的問題對(duì)主臂座及推進(jìn)梁進(jìn)行了優(yōu)化改進(jìn),提高了鉆臂的可靠性和穩(wěn)定性。
【圖文】：

圖 1.1 某型號(hào)全液壓鑿巖臺(tái)車臺(tái)車研究狀況及發(fā)展趨勢(shì)臺(tái)車國(guó)外發(fā)展?fàn)顩r人多爾曼在 1920 年研制出第一臺(tái)液壓鑿巖機(jī)，在 40 年后薩特利夫也研鑿巖機(jī)，但是都沒有在市場(chǎng)上形成產(chǎn)品[14]。1970 年的末期，法國(guó)塞可款液壓鑿巖機(jī)，但是僅用于實(shí)驗(yàn)室內(nèi)鑿巖。之后，，美國(guó) Gardner Denve MP-14 型的液壓鑿巖機(jī)，但是其釬具使用時(shí)間過短，不適合推廣應(yīng)用ntabert 公司研制出一臺(tái)型號(hào)為 H50 型的液壓鑿巖機(jī)，并取得鑿孔 14000此這一實(shí)用化的液壓鑿巖機(jī)開始了批量生產(chǎn)，并獲得推廣[15]。3 年之co 公司和芬蘭 Tamrock 公司分別研制出了自己獨(dú)特系列的鑿巖機(jī)。19-蘭德公司研制出 HARD 系列液壓鑿巖機(jī)，德國(guó) Krupp 公司研制出 AD[16]。此后，先后又有 1976 年瑞典 LindenAlirmak 公司推出 AD 系列液

2 鉆臂的三維建模.1 鉆臂的組成及其結(jié)構(gòu)鉆臂是鑿巖臺(tái)車的定位機(jī)構(gòu)，只有通過鉆臂各關(guān)節(jié)間的相互運(yùn)動(dòng)，才能實(shí)現(xiàn)鑿巖臺(tái)位、鑿巖等動(dòng)作[33]。由于鑿巖臺(tái)車施工多在隧道中進(jìn)行，為了更加靈活的移動(dòng)并且程度的減少干涉的發(fā)生，鉆臂一般采用多自由度的關(guān)節(jié)型結(jié)構(gòu)[34]。本文研究的鉆臂是一個(gè)具備大角度、大跨度、高強(qiáng)度的多關(guān)節(jié)機(jī)械臂，主要通過各壓缸的伸縮來控制鉆臂進(jìn)行俯仰、擺動(dòng)及多角度的定位動(dòng)作。全液壓鑿巖臺(tái)車鉆臂的示意圖見圖 2.1 所示，它主要由主臂座、主臂、支臂油缸、隨動(dòng)油缸、旋轉(zhuǎn)油缸、俯缸、推進(jìn)梁、鑿巖機(jī)等組成。其中主臂油缸主要控制鉆臂的伸長(zhǎng)與縮短，支臂油缸及油缸主要負(fù)責(zé)鉆臂縱向與橫向的大幅度擺動(dòng)，俯仰油缸會(huì)根據(jù)爆破孔的位置對(duì)推進(jìn)梁巖機(jī)進(jìn)行調(diào)整，使鉆臂最終達(dá)到精準(zhǔn)定位的要求。
【學(xué)位授予單位】：西安工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號(hào)】：TD421.2

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2622061