【摘 要】
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煤矿坑道动力头式钻机是一种广泛应用于煤矿井下安全领域的钻探装备,具有体积小、重量轻、机械化程度较高等特点,已成为煤矿井下坑道钻探施工的主导机型。近年来钻机工作的可靠性和安全性问题愈加复杂,由于异常振动导致的传动零件不均匀磨损、紧固件断裂和松脱以及钻具失效等问题日益严重。钻机动力头和给进装置为主组成的钻进系统是钻机工作的核心,其动力学性能研究是坑道钻机的重要内容。本文以ZDY1200S型分体式坑道钻
【基金项目】
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基于锚固孔钻进参数的含煤地层智能识别研究.国家自然科学基金项目,项目编号:51774320； 自适应钻进控制与运行状况监测技术.中煤科工集团西安研究院有限公司2020年度科技创新基金项目,项目编号:2020XAYDC01-03；
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煤矿坑道动力头式钻机是一种广泛应用于煤矿井下安全领域的钻探装备,具有体积小、重量轻、机械化程度较高等特点,已成为煤矿井下坑道钻探施工的主导机型。近年来钻机工作的可靠性和安全性问题愈加复杂,由于异常振动导致的传动零件不均匀磨损、紧固件断裂和松脱以及钻具失效等问题日益严重。钻机动力头和给进装置为主组成的钻进系统是钻机工作的核心,其动力学性能研究是坑道钻机的重要内容。本文以ZDY1200S型分体式坑道钻机和ZDY6500LQ型履带式坑道钻机为研究对象,通过理论分析、有限元仿真以及试验测试等方法,进行了钻进系统振动特性的综合研究,主要得出以下结论:（1）建立动力头二级齿轮传动的动力学模型,给出两级齿轮的振动微分方程,计算得出传动齿轮啮合频率。分析了坑道钻机的主要给进型式,得出了给进装置的动力学方程。（2）通过钻进系统有限元数值仿真,得出钻进系统的固有频率和模态振型,计算了钻进系统的瑞利阻尼系数。结合高、低转矩两种钻进工况,在钻机卡盘、给进油缸处施加不同转矩、给进力,得出钻进系统谐响应结果与系统优化措施。（3）基于振动测试系统和钻机性能检测平台,得出钻机不同位置振动曲线和对应工况下钻机运行参数。通过时域分析方法,对ZDY1200S型钻机进行分析,得出钻进系统不同位置振动的时域波形变化规律,负载增加可以降低钻机振动幅值,提高转速振动增加明显。（4）通过频域分析方法,对ZDY6500LQ型钻机进行分析,得到主要激振源和频谱特征及钻机不同工况振动变化规律。动力头减速箱和柱塞泵是钻机最大激振源,低速高转矩负载使减速器箱体振动总量较空载减少3.11%～7.27%,此工况下整机有效功率大于50%。研究结果丰富了煤矿机械系统动力学理论,为优化煤矿坑道动力头式钻机钻进系统结构,保障钻机安全、高效运行提供了技术保证。
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