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(jì)

煤炭資源的生產(chǎn)和安全事關(guān)國(guó)家能源戰(zhàn)略,直接對(duì)國(guó)民經(jīng)濟(jì)的可持續(xù)發(fā)展產(chǎn)生影響。錨桿支護(hù)是一種有效的煤礦井下巷道支護(hù)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(hù)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(dòng)強(qiáng)度小等優(yōu)勢(shì),已在國(guó)內(nèi)外煤礦及隧道施工中得到廣泛應(yīng)用。目前國(guó)內(nèi)履帶式液壓錨桿鉆車可靠性較低,僅依靠相似機(jī)械進(jìn)行類比設(shè)計(jì),沒有獨(dú)立的設(shè)計(jì)方法和設(shè)計(jì)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(shí)制約了礦山及隧道的建設(shè)和運(yùn)行。因此提高錨桿鉆車設(shè)計(jì)質(zhì)量,優(yōu)化設(shè)計(jì)鉆車關(guān)鍵部件及液壓控制系統(tǒng),對(duì)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(duì)象,設(shè)計(jì)與鉆車相適應(yīng)的變幅機(jī)構(gòu)、移動(dòng)機(jī)構(gòu)以及液壓系統(tǒng),并對(duì)關(guān)鍵部件進(jìn)行數(shù)值仿真和優(yōu)化。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:(1)分析履帶式液壓錨桿鉆車研究現(xiàn)狀,對(duì)主要的功能部件進(jìn)行設(shè)計(jì)計(jì)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(jìn)模塊和液壓系統(tǒng),根據(jù)鉆車移動(dòng)部件的要求計(jì)算履帶的主要參數(shù),結(jié)合鉆孔方位和高度要求設(shè)計(jì)變幅機(jī)構(gòu),計(jì)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(jì)液壓系統(tǒng),計(jì)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(duì)履帶式液壓錨桿鉆車的變幅裝置進(jìn)行結(jié)構(gòu)校核與仿真,建立三維模型后分別進(jìn)行運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真、動(dòng)力學(xué)仿真以及模態(tài)分析,發(fā)現(xiàn)變幅機(jī)構(gòu)支撐架的薄弱部位。結(jié)果表明變幅機(jī)構(gòu)的強(qiáng)度與剛度均滿足設(shè)計(jì)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(jìn)給系統(tǒng)模塊、履帶行走及平臺(tái)旋轉(zhuǎn)模塊以及負(fù)載敏感泵組模塊,對(duì)驅(qū)動(dòng)履帶行走的液壓馬達(dá)進(jìn)行仿真,分析各個(gè)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(jì)的液壓系統(tǒng)穩(wěn)定性強(qiáng),機(jī)械效率高,有良好的動(dòng)態(tài)性能,可以完成履帶式錨桿鉆車的行走、調(diào)高及鉆進(jìn)等動(dòng)作。(4)對(duì)變幅機(jī)構(gòu)中間支撐架進(jìn)行拓?fù)鋬?yōu)化分析,根據(jù)分析結(jié)果改進(jìn)支撐架結(jié)構(gòu),優(yōu)化三維模型,重復(fù)進(jìn)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(qiáng)度與剛度提高的同時(shí)各階固有頻率提高,驗(yàn)證了此變幅系統(tǒng)的可靠性。