大型矿用牙轮钻机总体设计及软件开发

论文摘要

大型牙轮钻机的总体参数设计的合理与否,对钻机的整机性能起着至关重要的作用。目前国内的牙轮钻机总体设计采用仿制设计,手工计算,方案多,工作量大,周期长,由于忙于技术性工作,故影响创新思维的发挥,且总体设计没有形成标准和规范；故实施牙轮钻机总体参数的规范性设计并形成一套逐步完善的总体设计软件是非常必要的。本文以“大型矿用牙轮钻机总体设计及软件开发”为背景,针对某矿用牙轮钻机开发一套基于MATLAB GUI的牙轮钻机总体设计软件。文中以岩凿理论为指导,确定整机性能参数：包括轴压力、钻头钻速、回转扭矩、钻孔速度及排渣风量,并结合国情从中确定适合我国矿山开采条件的参数值,推荐合理的钻孔工作制度；并对该牙轮钻机的钻架部分建立合理的力学模型、数学模型,选择4种典型工况：正常钻进工况(孔上部、孔中部、孔底部)；突然卡钻工况(孔中部、孔底部)；提钻工况(孔中部、孔底部)；移车工况。针对这4种工况确定钻架的载荷,并采用有限元软件按空间刚架结构建模、计算与分析,确定最大应力和最大位移,进行疲劳强度和扭转刚度校核,并确定最不利的计算工况,减少计算量。在以上计算的基础上采用MATLAB作为程序设计语言,以MATLAB GUI(图形化用户界面)为设计平台,开发大型牙轮钻机总体参数设计软件系统,该软件具有计算、查询数据库中的参数历史样本、存储、打印、人机交互。设计者自定义参数等基本功能。通过对某机型验证,该软件系统界面基本友好,功能满足设计要求。综上,开发“大型矿用牙轮钻机总体参数设计软件”具有开拓意义,并为形成牙轮钻机的自主设计体系,创造了良好的开端。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题来源、选题依据和背景情况
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国内牙轮钻机发展现状和趋势
• 1.2.2 国外牙轮钻机发展现状和趋势
• 1.3 课题研究目的及意义
• 1.4 课题研究的主要内容
• 第2章 牙轮钻机总体设计
• 2.1 牙轮钻机总体参数
• 2.1.1. 轴压力的确定
• 2.1.2 钻头转速的确定
• 2.1.3 钻孔速度的确定
• 2.1.4 回转扭矩的确定
• 2.1.5 排碴风量的确定
• 2.2 推荐钻孔工作制度
• 2.3 小结
• 第3章 牙轮钻机静力学分析
• 3.1 回转机构静力学分析
• 3.2 加压与提升机构静力学分析
• 3.2.1 加压时封闭链条一齿条式加压与提升机构静力学分析
• 3.2.2 提升时封闭链传动系统的受力分析与计算
• 3.2.3 移车时封闭链传动系统的受力分析与计算
• 3.3 小结
• 第4章 多种工况下钻架强度计算
• 4.1 钻架装置
• 4.2 钻架的受力分析与有限单元法计算
• 4.2.1 有限元前处理
• 4.2.2 求解和后处理
• 4.2.3 计算工况的选择
• 4.3 正常钻进工况钻架的强度计算
• 4.3.1 正常钻进工况钻架的静力学分析
• 4.3.2 正常钻进工况钻架强度计算
• 4.3.3 校核疲劳强度
• 4.4 卡钻工况钻架的强度计算
• 4.4.1 突然卡钻工况对钻架的静力学分析
• 4.4.2 卡钻工况钻架强度计算
• 4.4.3 卡钻强度校核
• 4.5 提钻工况钻架的强度计算
• 4.5.1 提钻工况钻架的静力学分析
• 4.5.2 提钻工况钻架强度计算
• 4.5.3 提钻强度校核
• 4.6 移车工况钻架的强度计算
• 4.6.1 移车工况钻架静力学分析
• 4.6.2 移车工况钻架强度计算
• 4.6.3 移车强度校核
• 4.7 小结
• 第5章 总体设计软件的开发
• 5.1 开发总体设计软件的意义
• 5.2 总体设计软件的功能
• 5.3 系统实例
• 5.3.1 用户登陆
• 5.3.2 计算轴压力
• 5.3.3 计算回转扭矩
• 5.3.4 确定回转功率
• 5.4 界面特点
• 5.5 小结
• 第6章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢