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煤岩钻机是与煤矿开采施工相配套的关键设备之一,影响着开采施工的快慢。采用旋转式破岩钻孔的煤岩钻是目前钻孔机具的主导产品,但其钻头使用寿命短影响着开采施工速度,迫切需要研制高性能的煤岩钻孔机具。
以传统手持式气动煤岩钻为研究对象,通过设计改造,研制开发出在维持原有功能同时,具有振动破岩钻孔功能的新型手持式气动振动煤岩钻。
本文在对传统手持式气动煤岩钻结构分析的基础上,分析确定了振动煤岩钻的主要特性参数,设计了一种振动煤岩钻,建立了其分析模型;用ANSYS软件模拟分析了钻具的固有频率等特性,获得了不同钻具长度和直径与固有频率的关系;用LS-DYAN软件模拟分析了振动煤岩钻的破岩过程,研究分析了钻头的受力情况。
模态分析结果表明,在钻具长度相同时,随着直径的增加,固有频率变化越敏感;在钻具直径不变的情况下,长度越短,其固有频率变化就越显著;钻具的振动形式有轴向振动和扭转振动,其中主要以轴向振动为主,为实际施工中振动煤岩钻的振动频率的调节提供理论基础。
在岩石材料和转速不变时,对比不同进给量下,振动煤岩钻和普通煤岩钻钻头所受平均轴向力和平均扭矩,研究振动对轴向力和扭矩的影响,得出轴向力和扭矩随时间增大而增大,直到达到最大值趋于平稳,振动情况下,轴向力和扭矩均呈周期性变化,施加振动后轴向力能降低25%,扭矩能降低30%。