当前,在隧道开挖通过软弱破碎岩体等不良地质条件时,管棚支护法是应用非常普遍的一种超前支护方法。但是,目前国内还没有厂家生产专用的管棚支护设备,绝大多数的管棚支护现场施工都是用替代设备进行,施工效率低、安全性差,而从国外进口的专用管棚支护设备的价格又非常昂贵。正是在这种背景下,本文开展了对管棚支护台车的研究。 在管棚支护所钻岩石的力学性质基础上,对管棚支护钻孔所采用PDC钻头和回转冲击的钻进方式进行了比较分析。在分析PDC钻头刃具的回转冲击钻孔的岩石破碎机理的基础上,对管棚支护台车的钻机动力头进行了设计。文章在分析管棚支护的钻孔钻头与岩层之间的干摩擦产生自激振动的基础上,建立了下部钻具组合(钻柱)的振动数学模型,并对其动态特性进行了分析。钻柱将其扭转振动传至钻机动力头,引起动力头齿轮传动系统的非线性振动。在非线性外部激励的条件下,建立了钻机动力头齿轮传动系统的扭转振动非线性动态数学模型,并对其动态特性进行了仿真研究。针对液压系统中非线性因素比较多的情况,运用功率键合图方法,建立了钻机动力头液压驱动系统的动态非线性数学模型,并对钻机动力头液压驱动系统的动态特性进行了仿真研究和实验研究。通过实验测试表明,实验结果与仿真结果吻合较好,达到预期目的。 以上的综合研究,形成了一个比较完备的钻机动力头动态特性的研究体系。因此,文章具有一定理论意义和工程实用价值。