旋挖钻机动力头结构设计与优化

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1、分类号：TH1210710-2013125042硕士学位论文旋挖钻机动力头结构设计与优化熊玉龙导师姓名职称焦生杰教授申请学位级别硕士学科专业名称机械电子工程论文提交日期2015年11月15日论文答辩日期2015年12月19日学位授予单位长安大学StructureDesignandOptimizationofRotaryDriveforaRotaryDrillingRigADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：XiongYulongSupervisor：Prof.JiaoShengjieChang’a

2、nUniversity,Xi’an,China摘要动力头系统是旋挖钻机最重要的组成部分，其性能好坏直接影响钻机整机的工作效率。然而在旋挖钻机动力头设计技术上，国内主机厂起步较晚，经验不足，缺少试验研究，导致动力头使用过程中故障率高，可靠性不足。因此，深入研究动力头设计理论，优化分析其结构中薄弱环节，增强动力头的可靠性，对提高旋挖钻机整机工作效率有着重要意义。论文首先阐述了动力头结构的组成、功能和原理，对比分析了国内外旋挖钻机动力头的典型结构，找出不同结构之间的差异，为动力头设计提供参考。然后，以XR220D旋挖钻机为样机，设计了动力头，利用三维软件Creo建立动

3、力头箱体、传动齿轮和驱动套的模型。在此基础之上，借助有限元分析软件ANSYS对动力头的关键零部件进行了静力学分析，以了解其不同工况下的应力、变形分布情况，进而找出结构中的薄弱环节，为动力头的优化提供依据。有限元分析结果表明：动力头箱体和驱动套的最大应力值超过了材料的许用应力值，极限工况下容易遭到破坏，是结构的薄弱位置。对动力头内转动的关键零件进行模态分析，得到了前六阶固有频率，说明动力头转动件不会发生共振。最后，本文针对动力头结构的薄弱环节进行改进优化，优化后验证性的进行有限元分析，对比优化前后薄弱环节的应力，结果表明动力头箱体和驱动套的最大应力值显著下降，优化

4、后的最大应力值都在许用应力值之下，验证了优化参数的合理性。关键词：旋挖钻机，动力头，结构设计，有限元分析，优化IAbstractRotarydrivesystemisthemostimportantpartoftherotarydrillingrig.Theperformanceofrotarydrivesystemcandirectlyimpactonrotarydrillingrigworkingefficiency.Domesticfactoriesstarttheirmanufacturelaterthanforeigncompany,sotheyare

5、lackofmanufacturalexperienceandexperimentalresearch.Alltheseleadtofrequentfailureorlowreliabilityofrotarydrive.Therefore,thepaperresearchesdesigntheoryofrotarydrive,optimizesitsweakspots,increasesitsreliability.Ithasimportantvaluetoimprovetheefficiencyofrotarydrillingrig.Thepaperanal

6、yzesrotarydrivesystemstructurecomposition,function,workingprinciplefirstly,thencomparesthecurrentdomesticandforeignmechanicalstructureofrotarydriveandfindsoutgapbetweendifferentproducts,providestheoreticalreferencefordomesticrotarydrivedesign.AnddesignstherotarydriveofXR220Drotarydri

7、llingrig,thenbuildsmodelsofrotarydrivebox,gearanddrivingpartbythree-dimensionalsoftwareCreo.Onthisbasis,analyzesfiniteelementofkeycomponentsinordertounderstanditsstressanddisplacementdistributionsituation,findsouttheweakspotofstructure,lastprovidestheoreticalbasisforrotarydriveoptimi

8、zationdesign