锚杆钻具与自动调整机构的研究

论文摘要

随着科学技术的高速发展,锚固技术在坝体加固、下结构支地护、边坡稳固、结构抗倾覆等工程中已得到广泛应用,根据锚杆钻机的作业特点以及岩土条件,使用可靠性高、钻孔速度快、具有一定抗磨损、抗卡钻能力的钻具和钻头,对提高施工效率意义非常重大,是影响锚杆支护技术的重要因素。因此本文对锚杆钻具做了深入的研究。螺旋钻具是岩土锚固作业中一种常见的钻具,在掘削岩土的过程中,主要扭矩消耗由三部分组成即:作用在整个切削刃上的贯人阻力和切削阻力;作用在螺旋叶片表面的阻力;螺旋叶片上的土与孔壁之间的阻力。本文分别通过理论分析、试验分析和有限元优化分析对其进行了系统的研究。理论和实验研究表明,岩土对螺旋钻具的动力影响与螺旋钻杆的螺旋角、转速、加压力及岩土性态密切相关。本文采用正交试验法设计试验,并结合有限元分析法,对螺旋钻杆进行优化分析,确定了螺旋钻杆的参数。在施工中,锚杆钻机钻具的储运和装卸机构对提高作业效率和安全性,降低劳动强度非常重要。本文设计了自动储运和装卸钻杆机构,并利用Solidworks Motion对锚杆仓进行运动学和动力学分析,应用SolidWorks Optimization对锚杆仓进行优化分析,使锚杆仓的机构和结构更加合理。通过对锚杆钻具及其自动调整机构的研究表明,由于岩土锚固作用机理复杂、施工影响因素众多,仍需要在工程实践中,不断深入研究,开发新型锚杆钻具及其自动调整机构,以适应各种不同岩土地质情况的需求。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 创新点摘要
• 前言
• 一、课题来源
• 二、论文的主要研究内容
• 三、课题研究应用价值
• 第一章 锚杆支护技术的应用与发展
• 1.1 锚杆支护概论
• 1.2 岩土锚固的作用机理研究
• 1.2.1 锚杆荷载传递机理研究
• 1.2.2 岩土锚固作用机理研究
• 1.2.3 锚杆锚固力分析
• 1.2.4 导致锚固失效的主要原因
• 1.3 支护结构的研究
• 1.3.1 挡土墙
• 1.3.2 喷锚网支护
• 1.3.3 预应力锚固
• 1.3.4 土钉墙
• 1.3.5 地基处理
• 1.3.6 地下洞室支护
• 1.4 岩土锚固技术发展趋势
• 1.5 本章小结
• 第二章 钻具与岩土切削的理论研究
• 2.1 钻头的种类与发展
• 2.1.1 硬质合金钻头
• 2.1.2 金刚石钻头
• 2.1.3 PDC 钻头
• 2.1.4 新型钻头
• 2.1.5 扩孔钻头
• 2.1.6 柱齿钻头的齿型
• 2.2 岩土切削理论研究
• 2.2.1 土的力学性质特征及其工程分类
• 2.2.2 螺旋钻具上土的动力分析
• 2.2.3 岩石在外载作用下的破碎机理
• 2.2.4 静载荷作用下的切削破岩分析
• 2.3 锚杆的种类和发展
• 2.3.1 锚杆种类
• 2.3.2 锚杆的适用性分析
• 2.3.3 锚杆选择原则
• 2.3.4 提高锚杆工作阻力的重要环节
• 2.4 本章小结
• 第三章 螺旋钻具的实验研究
• 3.1 螺旋钻具工作原理及实验装置和方法
• 3.2 实验理论分析
• 3.3 实验结果分析
• 3.3.1 螺旋升角的影响分析
• 3.3.2 转速的影响分析
• 3.3.3 配重的影响分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 锚杆螺旋钻具的研究
• 4.1 新型锚杆的研究
• 4.2 螺旋钻杆的有限元分析
• 4.2.1 正交试验设计
• 4.2.2 强度试验分析
• 4.2.3 刚度试验分析
• 4.3 本章小结
• 第五章 自动调整机构的研究
• 5.1 锚杆自动接卸机构的结构分析
• 5.1.1 锚杆仓
• 5.1.2 卸扣器
• 5.2 自动调整装置的运动学仿真
• 5.2.1 ADAMS 的运动学方程
• 5.2.2 运动学仿真和结果分析
• 5.3 自动调整机构的动力学仿真
• 5.3.1 ADAMS 的动力学方程
• 5.3.2 动力学仿真和结果分析
• 5.4 锚杆仓优化分析
• 5.4.1 水平钻进工况
• 5.4.2 垂直钻进工况
• 5.4.3 优化结果分析
• 5.5 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 发表文章目录
• 致谢
• 详细摘要