全液壓鑿巖臺車鉆臂動態(tài)分析及仿真研究.pdf

1、全液壓鑿巖臺車是集機(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。全液壓鑿巖臺車不僅可以極大地減輕作業(yè)人員的體力勞動，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)高效化和自動化。鉆臂是鑿巖臺車最核心的機(jī)構(gòu)，其功能就如同鑿巖臺車的“臂膀”，鑿巖臺車只有通過鉆臂各關(guān)節(jié)的運(yùn)動，才能完成定位、鑿巖等動作。因此為了提高全液壓鑿巖臺車施工的效率、穩(wěn)定性、安全性，對鉆臂的研究勢在必行。

2、本文的主要研究工作如下:(1)在深入研究全液壓鑿巖臺車鉆臂結(jié)構(gòu)及組成的基礎(chǔ)上，依據(jù)某型號全液壓鑿巖臺車鉆臂的設(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)動學(xué)理論和鉆臂的運(yùn)動學(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

3、。運(yùn)用CFDH法建立了全液壓鑿巖臺車鉆臂的運(yùn)動學(xué)方程，并利用MATLAB對鉆臂的有效工作空間進(jìn)行了求解。鉆臂的運(yùn)動學(xué)分析有利于更深入的了解各運(yùn)動桿件的位置、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車鉆臂的虛擬樣機(jī)。對鉆臂的三個危險工況進(jìn)行了動力學(xué)仿真分析，繪制出各驅(qū)動油缸的速度、加速度、受力及各鉸接點(diǎn)反力曲線，得到了鉆臂的動力學(xué)性能并為

4、有限元分析提供載荷信息。
　　(4)在ANSYS Workbench中對鉆臂進(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)件在危險工況下的強(qiáng)度。在結(jié)構(gòu)靜力分析的基礎(chǔ)上對鉆臂做了模態(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)的問題對主臂座及推進(jìn)梁進(jìn)行了優(yōu)化改