非圆齿轮式液压锚杆钻机的设计研究

论文摘要

本文以非圆齿轮式液压锚杆钻机的设计为主线,对非圆行星齿轮液压马达的结构原理和性能特点进行了分析研究,为满足结构及使用要求,采用了基于正交试验的稳健设计方法对使用于手持式锚杆钻机的非圆行星齿轮液压马达的结构参数进行了优化设计,并以该马达作为驱动马达设计了一种新型手持式锚杆钻机,在对钻机物理模型合理假设的基础上推导了其静动态特性方程,最后以试验验证了模型的正确性。首先,本文分析了非圆行星齿轮液压马达的结构组成和工作原理,通过与其它类型液压马达的比较总结了其结构和使用特点,分析总结了不同类型非圆行星齿轮液压马达在结构及性能上的异同,并在对非圆行星齿轮机构分析的基础上得出了节曲线的设计方法及所应满足的约束条件。其次,全面分析了使用于手持式锚杆钻机的非圆行星齿轮液压马达在结构及使用条件上的特性要求,建立了设计的数学模型,采用基于正交试验的稳健设计方法,对使用于手持式锚杆钻机的非圆行星齿轮液压马达的结构参数进行了优化设计。再次,以所设计的非圆行星齿轮液压马达作为驱动马达,设计了一种新型手持式液压锚杆钻机,在对钻机物理模型合理假设的基础上,研究了钻机液压系统的静动态特性,得到了系统的速度特性方程、负载特性方程及马达输出转速对阶跃流量输入和阶跃负载输入的动态响应方程,建立了马达内部摩擦扭矩损失的数学模型。最后,试制了非圆行星齿轮液压马达驱动的手持式锚杆钻机,并试验测得了钻机的特性曲线,验证了数学模型的正确性。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 课题的提出
• 1.2 课题的研究现状和发展趋势
• 1.2.1 非圆行星齿轮液压马达的研究现状和发展趋势
• 1.2.2 锚杆钻机的研究现状和发展趋势
• 1.3 本文的主要研究工作
• 2 非圆行星齿轮液压马达的结构原理与性能分析
• 2.1 结构原理与特点
• 2.2 类型与性能分析
• 2.3 变中心距非圆行星齿轮机构节曲线的设计
• 2.3.1 节曲线的设计方法
• 2.3.2 节曲线的求解
• 2.4 小结
• 3 非圆行星齿轮液压马达的稳健优化设计
• 3.1 引言
• 3.2 系统设计
• 3.2.1 目标函数
• 3.2.2 约束条件
• 3.3 参数设计
• 3.3.1 选择可控因素水平
• 3.3.2 内设计
• 3.3.3 确定误差因素水平
• 3.3.4 外设计
• 3.3.5 质量特性值的计算
• 3.3.6 信噪比的计算
• 3.3.7 内表的统计分析
• 3.3.8 确定最佳方案
• 3.4 容差设计
• 3.4.1 制定相应于最佳条件的误差因素水平表
• 3.4.2 外设计
• 3.4.3 最佳条件试验数据的方差分析
• 3.5 小结
• 4 非圆齿轮式液压锚杆钻机的设计及特性研究
• 4.1 钻机设计
• 4.1.1 主要技术参数的确定
• 4.1.2 液压系统设计
• 4.1.3 整机结构设计
• 4.2 钻机静态特性
• 4.2.1 液压系统物理模型
• 4.2.2 静态特性方程
• 4.2.3 速度特性
• 4.2.4 负载特性
• 4.3 动态特性
• 4.3.1 动态特性方程
• 4.3.2 输出转速对阶跃流量输入的动态特性
• 4.3.3 输出转速对阶跃负载输入的动态特性
• 4.4 小结
• 5 试验与仿真
• 5.1 试验装置
• 5.2 试验方法
• 5.2.1 数学模型参量的测定
• 5.2.2 静态特性试验
• 5.2.3 动态特性试验
• 5.3 试验结果
• 5.3.1 数学模型参量
• 5.3.2 钻机特性
• 5.4 小结
• 6 结论
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集