履帶式液壓錨桿鉆車關鍵結構及液壓系統設計

煤炭資源的生產和安全事關國家能源戰略,直接對國民經濟的可持續發展產生影響。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的作業環境和安全條件。履帶式液壓錨桿鉆車是錨桿支護的關鍵設備,與傳統錨桿用風鉆相比,具有速度快、成本低以及工人勞動強度小等優勢,已在國內外煤礦及隧道施工中得到廣泛應用。目前國內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計,沒有獨立的設計方法和設計思路,液壓控制系統較復雜且穩定性差,以上缺陷限制了履帶式液壓錨桿鉆車的發展,同時制約了礦山及隧道的建設和運行。因此提高錨桿鉆車設計質量,優化設計鉆車關鍵部件及液壓控制系統,對提高煤礦生產效率和生產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,設計與鉆車相適應的變幅機構、移動機構以及液壓系統,并對關鍵部件進行數值仿真和優化。本文的主要研究內容如下:(1)分析履帶式液壓錨桿鉆車研究現狀,對主要的功能部件進行設計計算以及參數選擇。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,根據鉆車移動部件的要求計算履帶的主要參數,結合鉆孔方位和高度要求設計變幅機構,計算了液壓缸在內的相關參數,根據性能要求設計液壓系統,計算了液壓系統的主要參數,完成關鍵元件的選型。(2)針對履帶式液壓錨桿鉆車的變幅裝置進行結構校核與仿真,建立三維模型后分別進行運動學仿真、動力學仿真以及模態分析,發現變幅機構支撐架的薄弱部位。結果表明變幅機構的強度與剛度均滿足設計要求。(3)建立履帶式液壓錨桿鉆車的液壓系統仿真模型,將模型分為變幅系統模塊、進給系統模塊、履帶行走及平臺旋轉模塊以及負載敏感泵組模塊,對驅動履帶行走的液壓馬達進行仿真,分析各個功能模塊的執行元件能否完成既定的工作目標。從仿真圖線可以看出,所設計的液壓系統穩定性強,機械效率高,有良好的動態性能,可以完成履帶式錨桿鉆車的行走、調高及鉆進等動作。(4)對變幅機構中間支撐架進行拓撲優化分析,根據分析結果改進支撐架結構,優化三維模型,重復進行靜力學分析和模態分析,有限元分析結果表明結構變形量減小,結構強度與剛度提高的同時各階固有頻率提高,驗證了此變幅系統的可靠性。