管棚钻机钻进机构的分析与优化

论文摘要

管棚超前支护法是近年发展起来的一种在软弱围岩中进行隧道掘进的新技术,因其施工安全可靠、支护效果好、工艺简单、工期短、经济效率高等优点在世界各国被广泛采用。作为管棚超前支护法中使用最多、最关键的设备之一,管棚钻机的作用是沿着隧道断面外轮廓超前钻进并安设管棚。随着我国铁路隧道的大量修建,对管棚钻机的需求也越来越大。因此,在引进吸收国外钻机的同时,开发具有自主知识产权和世界先进水平的管棚钻机成为十分重要和迫切的课题。本课题以管棚钻机为研究对象,主要研究内容包括：(1)在分析岩石破碎钻孔原理的基础上,结合钻机在现场施工中存在的问题对管棚钻机钻进方法进行完善。(2)在Autodesk Inventor三维软件中建立管棚钻机钻进机构的三维模型；对钻进机构进行运动仿真,模拟实际工况,研究钻机实际运动规律,求出钻进机构在不同钻进方法下需要的最大推进力和起拔力。(3)分析、优化卡钻时钻进机构的机械强度,研究钻杆的固有频率和对应频率下的模态形状,为有效防止施工时钻杆发生疲劳失效提供理论基础。本文完成的研究工作对管棚钻机的设计开发有一定的理论和实践指导意义,为开发研制、优化同类产品做了新的探索。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 铁路隧道技术的发展
• 1.1.1 国外铁路隧道技术的发展
• 1.1.2 国内铁路隧道技术的发展
• 1.2 铁路隧道施工概述
• 1.2.1 铁路隧道开挖方法
• 1.2.2 软岩隧道失稳原因
• 1.3 管棚超前支护法
• 1.4 国内外管棚钻机发展研究现状
• 1.4.1 国外管棚钻机发展研究现状
• 1.4.2 国内管棚钻机发展研究现状
• 1.5 Autodesk Inventor软件与产品开发
• 1.5.1 Autodesk Inventor软件介绍
• 1.5.2 Autodesk Inventor与产品开发
• 1.6 课题研究意义、总体思路和主要内容
• 1.6.1 课题研究的意义
• 1.6.2 课题研究的总体思路和主要内容
• 1.7 本章小结
• 第二章 管棚钻机钻进方法研究
• 2.1 岩石的性质及破碎岩石钻孔原理
• 2.1.1 岩石的性质
• 2.1.2 破碎岩石钻孔原理
• 2.2 潜孔锤冲击回转钻进
• 2.2.1 潜孔锤分类
• 2.2.2 空气潜孔锤破岩机理和特点
• 2.3 管棚钻机钻进方法研究
• 2.4 本章小结
• 第三章 管棚钻机钻进机构的实体建模
• 3.1 Autodesk Inventor建模基础
• 3.1.1 Autodesk Inventor建模
• 3.1.2 Autodesk Inventor建模基本步骤
• 3.2 管棚钻机钻进机构的三维建模
• 3.2.1 管棚钻机结构组成
• 3.2.2 Autodesk Inventor管棚钻机钻进机构建模
• 3.3 本章小结
• 第四章 管棚钻机钻进机构的运动仿真
• 4.1 Autodesk Inventor运动仿真
• 4.1.1 Autodesk Inventor运动仿真概述
• 4.1.2 Autodesk Inventor运动仿真主要功能
• 4.1.3 Autodesk Inventor运动仿真的基本步骤
• 4.2 管棚钻机钻进机构受力分析
• 4.3 管棚钻机钻进机构仿真条件分析
• 4.4 基于Autodesk Inventor的管棚钻机钻进机构运动仿真
• 4.4.1 冲击回转钻进钻头运动仿真分析
• 4.4.2 冲击回转钻进推进力仿真分析
• 4.4.3 冲击回转钻进起拔力仿真分析
• 4.5 本章小结
• 第五章 管棚钻机钻进机构的应力分析
• 5.1 应力分析与有限元分析法
• 5.1.1 应力分析
• 5.1.2 有限元分析法
• 5.2 Autodesk Inventor应力分析
• 5.2.1 Autodesk Inventor应力分析步骤
• 5.2.2 Autodesk Inventor应力分析规则
• 5.2.3 Autodesk Inventor应力分析强度理论
• 5.3 基于Autodesk Inventor的管棚钻机钻进机构应力分析
• 5.3.1 管棚钻机卡钻机理分析
• 5.3.2 钻杆应力分析
• 5.3.3 动力头座应力分析
• 5.3.4 钻杆模态分析
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与后续工作
• 6.1 全文总结
• 6.2 后续工作
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间主要的研究成果