煤矿用钻机的钻杆性能和测试台设计

单位代码： 学 号： 分 类 号： 毕 业 设 计 (论 文 )煤矿用钻机的钻杆性能和测试台设计学 院 名 称 机 械 工 程 及 自 动 化 学 院专 业 名 称 机 械 工 程 及 自 动 化学 生 姓 名指 导 教 师 郭 卫 东2017 年 6 月北 京 航 空 航 天 大 学本 科 生 毕 业 设 计 （论文） 任 务 书、毕业设计（论文）题目：煤矿用钻机的钻杆性能测试台设计 、毕业设计（论文）使用的原始资料（数据）及设计技术要求：1、钻机钻杆最大推拉力为 50t； 2、测试台最大可测转矩为 25000Nm； 、毕业设计（论文）工作内容：1）钻杆性能测试台总体方案确定； 2）测试台加载方式选择与设计； 3）钻杆的扭转力矩测试方案的设计； 4）钻杆与测试平台连接方式的选取与设计； 5）系统整体可靠性分析； 、主要参考资料：1云柏 .瓦斯之痛 -聚探我国煤矿瓦斯治理困局J.湖南安全与防灾.2009（3）：17-20 2/zwgk/2011-08/11/content_1923716.htm 3李廉博，黄书信，孔令杰等.李沟煤矿瓦斯抽放可行性研究J.煤.2010.19（7）：13-16 4邢苏宁，王思聪.煤矿用全液压坑道钻机整机性能测试加载方式比较J.地质装备.2011-06-25 5孟荣歌.钻机性能测试平台的研制D.西安科技大学.2012-06-30 6MAL,Harmonic and interharmonic detecting based on support vector machineC. Transmission and Distribution Conference and Exhibition:Asia and Pacific,IEEE/PES Press,2005:5-6 机械工程及自动化学院（系）机械工程及自动化 专业类 130714 班学生 毕业设计（论文）时间： 2016 年 12 月 19 日至 2017 年 6 月 21 日答辩时间： 2016 年 6 月 日成 绩： 指导教师： 郭卫东 教授 兼职教师或答疑教师（并指出所负责部分）：系（教研室） 主任（签字）： 注：任务书应该附在已完成的毕业设计（论文）的首页。本人声明我声明，本论文及其研究工作是由本人在导师指导下独立完成的，在完成论文时所利用的一切资料均已在参考文献中列出。作者：签字：时间：2017 年 6 月北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 I 页煤矿用钻机的钻杆性能测试台设计学 生：指导老师：郭卫东摘要近年来,我国煤矿事故大多数是由于瓦斯爆炸所致。我国煤矿有一半以上的矿井瓦斯含量都相对较高，通过瓦斯抽放可以有效预防瓦斯爆炸,因此可以通过液压钻机打孔的方法进行瓦斯抽放。钻机的性能事关瓦斯抽放工作是否可以顺利进行，因而研究出一套准确、高效的钻机性能测试系统保障钻机正常工作对于保证安全开采煤炭具有十分重要的意义。对于钻机的各项性能检测,可以保障钻机的质量性能,从而使钻机更好地应对各种突发状况。本课题主要立足于工程实际问题,主要开展的工作如下:钻机的发展正趋于大型化,产业规模也不断扩大。目前钻机工作状态下所输出的最大扭转力矩在 25000Nm，钻机的最大推拉力也达到 50t。通过查阅相关资料，虽然国内也有很多人士从事过这方面的研究，但针对钻机最大工作转矩 25000Nm，国内现在没有研究出与之相应的大型钻机的测试台，因此针对目前的市场需求，本论文致力于设计并制造一套测试系统,用以检测钻机在工作状态下的扭转力矩。包括测试台结构设计和控制部分两大模块。测试台硬件平台设计主要包括整体方案设计、方案对比、加载方式选择与设计、连接方式的设计、标准件选型以及部分结构和整机性能校核等等。最后将建好的三维模型导入 adams 进行运动学仿真分析，进一步保证了设计方案的可行性。控制部分主要是将计算机技术与测试台的硬件系统相结合，利用计算机的强大计算能力和数据处理分析能力，将采集的数据进行有效处理，可以实现某种程度的自动化。关键词： 钻机钻杆，联轴器，扭矩传感器，测试台北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 II 页Research on the pulsed laser polishing of Aeronautical MaterialsAuthor : Tutor : GUO Wei-dongAbstractIn recent years, most of Chinas coal mine accidents are due to gas explosion. More than half of our coal mine gas content is relatively high, through the gas drainage can effectively prevent gas explosion, so you can drill through the hydraulic drilling method for gas drainage. The performance of the rig is related to whether the gas drainage work can proceed smoothly. Therefore, it is very important to develop a set of accurate and efficient drilling rig performance test system to ensure the normal work of the rig to ensure the safe exploitation of coal. For the rig of the performance testing, can guarantee the quality of rig performance, so that the rig to better cope with a variety of unexpected conditions. This topic is mainly based on engineering practical problems, the main work carried out as follows:The development of rigs is becoming larger and larger, and the scale of industry is expanding. At present, the maximum torsional moment outputted by the drilling machine is 25000Nm By consulting the relevant information, China has not developed a corresponding large-scale rig test bench, so for the current market demand, this paper Is committed to the design and manufacture of a test system to detect the drilling machine in the working state of the torsional moment. Including the test bench structure design and control part of the two modules. Test platform hardware platform design includes the overall program design, program comparison, loading mode selection and design, connection design, standard parts selection and part of the structure and the whole performance check and so on. Finally, the built-in three-dimensional model into adams for kinematic simulation analysis, to further ensure the feasibility of the design program. The control part mainly combines the computer technology with the hardware system of the test bench, and uses the computers powerful computing power and data processing and analysis ability to deal with the collected data effectively and can realize some degree of automation.Key words: Drilling rods, Couplings, Torque sensors,Test benches北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 III 页1 绪论 .11.1 课题背景及意义 .11.1.1 瓦斯之痛.11.1.2 液压钻机.21.1.3 研究意义.31.2 国内外研究现状 .31.3 钻机性能测试台发展趋势 .61.4 论文的主要工作及内容安排 .72 测试台总体方案设计 .92.1 测试平台设计原则 .92.2 初步方案拟定 .92.3 详细方案设计 .102.4 本章小结 .123 测试台机构设计 .133.1 加载机构设计 .133.1.1 磁粉制动器.133.1.2 转盘制动器设计.143.2 连接机构的设计 .193.2.1 联轴器的分析与比较.193.2.2 万向联轴器设计.203.3 本章小结 .224 测试台结构设计 .234.1 综述 .234.2 标准件的选型以及零部件的结构设计 .234.2.1 扭矩传感器选型.234.2.2 扭矩传感器底座的设计.264.2.3 T 型槽的选型 .274.2.4 轴的设计以及校核.304.2.5 轴承的选取以及校核.304.2.6 联轴器的选型.324.2.7 花键强度校核 .324.2.8 转盘制动器结构设计.345 电控系统 .365.1 硬件平台 .365.1.1 功率测量仪.365.1.2 转速扭矩仪.375.1.3 加载控制器.375.1.4 中央控制台.385.2 测量方法 .385.2.1 钻杆转矩测试方法.385.2.2 钻机效率.38北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 IV 页5.3 中控软件介绍 .385.3.1 软件模块框图.385.3.2 软件模块介绍.396 总结 .40参考文献 .42北 京 航 空 航 天 大 学 毕 业 设 计 (论 文 ) 第 1 页1 绪论1.1 课题背景及意义1.1.1 瓦斯之痛矿井瓦斯爆炸是一种链锁反应，它的主要成分是甲烷。当瓦斯混合气体遇明火（可能是一个未熄灭的烟头，也可能是金属或石头撞击产生的火花。）后，当混合气体中可燃性气体浓度足够的情况下，就会引起部分气体燃烧起来，而燃烧的气体周围都是易燃性的气体，就会将火焰沿周围扩散出去，就这样类似泛起的涟漪一样，燃烧扩散的速度也越来越快，最后就可以极可能演变成为燃烧甚至爆炸。其实一般来说一个烟头或者火花并不足以酿成大祸，在空气中当甲烷的浓度不够高时，即使拿着火把也不一定会引起爆炸，所以，在进行煤矿开采工作时，必须严格控制空气中甲烷的含量，及时进行瓦斯抽放工作，通风排气，降低密闭空间中的瓦斯浓度，这就可以有效预防瓦斯爆炸。瓦斯爆炸所造成的危害是及其巨大的。瓦斯爆炸过程中会产生很高的温度，气体高速向外围扩散也会形成很高的气压，这就会促使周围的气体进一步向更远的地方扩散，不仅会造成大量人员伤亡，严重破坏周围的建筑物，扬起的大量煤尘也会进一步参与爆炸，产生更大的破坏力，瓦斯爆炸是蝴蝶效应的典型示例，一旦引起引起小规模燃烧，就会以指数增长的形式扩散，酿成不可挽回的灾难。瓦斯爆炸的影响远不及如此，所造成的后续影响依然存在，燃烧后的气体中有部分气体会对人体造成伤害，引起中毒，因此人群应当远离瓦斯爆炸的现场，以免造成二次灾害。2007 年至 2010 年，我国一共发生了 214 起瓦斯爆炸类事故，共有 168