对钻机液压卡盘胶筒数值分析及结构改进

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1、学兔兔www.xuetutu.com2012年第7期煤炭工程钻机液压卡盘胶筒数值分析及结构改进郭溺(煤炭科学研究总院西安研究院，陕西西安710077)摘要：胶筒式液压卡盘是全液压坑道钻机上的重要工作部件，其关键元件胶筒是卡盘中容易损坏的零件。选择Yeoh模型以便能更精确的描述卡盘胶筒本构关系，建立了胶筒的有限元模型，对其工作过程进行数值模拟，分析了工作时胶筒的应力应变情况及卡盘夹紧状态时胶筒的变形情况，找出了胶筒失效的根本原因，即卡盘与端压环之间存在间隙而导致胶筒与间隙发生啃噬。提出了增加尼龙垫圈以隔离胶筒和间隙的直接接触的改进方案，

2、对提高钻机卡盘的工作可靠性，具有重要意义。关键词：钻机；卡盘胶筒；有限元；结构改进中图分类号：TD41文献标识码：A文章编号：1671—0959(2012)07-0115．03NumericalAnalysisandStructureImprovementofRubberDrumforHydraulicChuckofDrillingRigGUOYong(XianResearchInstitute，ChinaCoalResearchInstitute，Xian710077，China)Abstract：Therubberdrumtype

3、hydraulicchuckisaimportantworkingpartofthefullhydraulictunneldrillingrig．Thekeyelementoftherubberdrumisaneasyfailurepartinthechuck．Yeohmodelwasselectedtoaccuratelystatetherelationshipoftherubberdrumstructureforthechuckandafiniteelementmodeloftherubberdrumwasestablished．

4、Thenumericalsimulationwasconductedontheoperationprocess．Thestressandstrainconditionsofthedrumduringtheworkingperiodandthedeformationconditionsoftherubberdrumduringthechuckintensionwereanalyzed．Thebasit。causesoftherubberdrumfailurewerefoundandtheclearancebetweenthechucka

5、ndtheendpressureringcausedthebitingbetweentherubberdrumandclearance．Animprovementplanwithnyloncushionwasprovidedtoisolatethedirectcontacttherubberdrumandclearanceandwouldhaveimportantsignificancestoimprovetheworkingreliabilityofthechuckforthedrillingrig．Keywords：drillin

6、grig；rubberdrumofchuck；finiteelement；structureimprovement胶筒是煤矿用全液压坑道钻机胶筒式液压卡盘的关键后盖胶筒瓦前盖元件，在使用过程中经常发生失效导致卡盘漏油而失去工作能力。胶筒式液压卡盘结构如图1所示，主要由卡盘体、前后端盖、胶简、卡瓦组及弹簧等零件组成。胶筒在夹紧过程中会产生几何非线性大变形，其材料丁腈橡胶的本构关系也是非线性，加上胶筒与卡瓦、端压环及传扭环之间的接触过程又是一个状态非线性的接触问题。因此，液压卡盘胶筒的夹紧过程是一个兼有几何、材料和状态的三重非线性问题。石

7、油行业对封隔器胶筒做了大量的研究。J，包括胶筒座封过程数值分析，胶筒接触应力的有图1胶筒式液压卡盘结构示意图限元分析以及结构改进等研究，对该课题的研究具有借鉴意义，但两者工作的原理及方式均不同。针对以上问题，文章以全液坑道钻机的液卡盘胶收稿日期：2012一叭一11作者简介：郭滂(1978一)，男，宁夏石嘴山人，工程师，现在煤炭科学研究总院西安研究院主要从事钻探技术研究及市场推广工作。ll5学兔兔www.xuetutu.com学兔兔www.xuetutu.com2012年第7期煤炭工程性问题引起的，啃噬现象可改善只能通过调整橡胶硬度、R

8、弹簧复位力、间隙值的大小、工作压力大小等相关参数来尽量减少啃噬出现的概率。而啃噬问题的解决只能通过结构的改进。为了缓解胶筒的啃噬现象，避免胶筒与间隙(卡瓦与端压环和传扭盘之间)的直接接触，在改进方案中，将卡瓦的轴肩位置做