多功能钻机工作装置的虚拟样机设计

论文摘要

多功能钻机能够合理的解决复杂地层钻进的效率问题,这类钻机可以在各种场地和工作条件下用不同的钻进方法进行地质勘查工作和工程施工作业,避免以往必须使用不同类型钻机进行不同钻进方法的施工方式。工程机械设备传统的设计方法往往是采用“作图法”,这种方法效率低、计算量大且精度差；而用编程的方法虽然使计算精度得到提高,但程序通用性差、调试量大且可靠性也难以保证。随着计算机仿真技术的日益成熟,虚拟样机技术得到了广泛应用。本文旨在利用虚拟样机技术完成多功能钻机的设计、建模、仿真分析与设计优化。论文主要内容如下：1、拟定多功能钻机的总体设计方案及预期设计参数。根据设计要求,分别对多功能钻机工作装置中的动力头装置、导向架系统、变幅机构进行分析计算,并对具体零部件进行设计；利用计算机绘图软件完成工作装置的零部件建模与机构装配。2、拟定多功能钻机变幅机构的设计变量,在动力学分析软件ADAMS中建立了钻机工作装置变幅机构的简化模型,对变幅机构简化模型进行动力学仿真。通过模拟在不同工况下钻机的变幅过程,得出变幅机构各铰点受力曲线图,明确机构优化目标。3、根据钻机变幅机构仿真分析的液压缸活塞端铰点受力,找出机构设计缺陷,以缺陷对象为优化目标进行仿真优化,得出设计变量的优化解,并对零件设计作相应调整。将设计变更后的多功能钻机工作装置模型导入ADAMS,完成多刚体动力学建模。对刚体模型创建约束、施加载荷和驱动,进行动力学仿真分析,得到变幅机构中各重要参数的变化曲线,验证了虚拟样机模型的正确性。4、利用有限元分析软件对钻机工作装置导向架进行静力学分析,获得导向架的应力及位移分布,找出应力集中点与主要应变部位,为设计后期对导向架的改进提供依据；对导向架进行模态分析,提取了导向架水平位置时的固有频率与振型,获得较为直观的结论,为优化导向架提供了依据,同时也明确了钻机在工作过程中应避免的危险频率,以避免共振现象的发生。本文旨在运用虚拟样机技术尝试完成对多功能钻机工作装置的设计研究,其显著优点在于缩短了产品的开发周期,节省了样机的试验成本,对于此类钻机物理样机的试制与性能测试也具有一定参考意义。

论文目录

• 作者简介
• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1.1 课题研究背景、目的及意义
• §1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 工程钻机国内外研究现状
• 1.2.2 装备制造领域虚拟样机技术的研究现状
• 1.2.3 采用虚拟样机技术的必要性
• §1.3 课题的研究内容
• §1.4 本章小结
• 第二章 工作装置的设计方案
• §2.1 全液压多功能钻机的基本组成与工作原理
• 2.1.1 多功能钻机的基本组成
• 2.1.2 多功能钻机的工作原理
• §2.2 全液压多功能钻机的设计方案
• 2.2.1 多功能钻机虚拟样机的设计及验证方案
• 2.2.2 多功能钻机的设计要求
• 2.2.3 多功能钻机的设计参数
• §2.3 本章小结
• 第三章 工作装置的设计与建模
• §3.1 多功能钻机工作装置动力头装置的设计
• 3.1.1 传动方案的要求
• 3.1.2 拟定传动方案
• 3.1.3 动力头装置的设计计算
• 3.1.4 动力头装置的三维建模
• §3.2 多功能钻机工作装置给进机构的设计
• 3.2.1 传动方案的要求
• 3.2.2 拟定传动方案
• 3.2.3 导向架系统的设计计算
• 3.2.4 导向架系统的三维建模
• §3.3 多功能钻机工作装置变幅机构的设计
• 3.3.1 传动方案的要求
• 3.3.2 拟定传动方案
• 3.3.3 变幅机构的设计计算
• 3.3.4 变幅机构的三维建模
• §3.4 多功能钻机工作装置三维模型建立
• 3.4.1 多功能钻机工作装置总装模型
• 3.4.2 多功能钻机各位置钻孔姿态
• §3.5 本章小结
• 第四章 基于ADAMS的仿真与优化
• §4.1 机械系统仿真软件ADAMS简介
• 4.1.1 ADAMS软件模块
• 4.1.2 ADAMS软件的理论基础
• 4.1.3 ADAMS的仿真步骤
• §4.2 变幅机构动力学分析模型的建立
• 4.2.1 变幅机构ADAMS模型设计
• 4.2.2 设置机构运动约束
• 4.2.3 添加载荷及驱动
• 4.2.4 模型检验
• §4.3 变幅机构运动仿真分析与优化
• 4.3.1 运动仿真及仿真结果分析
• 4.3.2 分析设计变量影响度
• 4.3.3 变幅机构优化仿真
• 4.3.4 机构零件设计变更
• §4.4 多功能钻机工作装置运动仿真
• 4.4.1 钻机工作装置运动模型建立
• 4.4.2 钻机变幅过程运动仿真分析
• §4.5 本章小结
• 第五章 基于SW/Simulation的有限元分析
• §5.1 有限元分析及SolidWorks Simulation软件简介
• 5.1.1 有限元分析概述
• 5.1.2 SolidWorks Simulation软件简介
• §5.2 导向架静力学分析
• 5.2.1 有限元分析预处理
• 5.2.2 有限元求解及结果显示
• §5.3 导向架模态特性分析
• §5.4 本章小结
• 第六章 总结与展望
• §6.1 主要研究总结
• §6.2 研究展望
• 致谢
• 参考文献