前言：寻找写作灵感？中文期刊网用心挑选的新型实验钻机行走平台设计探析，希望能为您的阅读和创作带来灵感，欢迎大家阅读并分享。
摘要：为减轻实验钻机整机重量、增强钻机移动的灵活性，对行走平台进行了优化设计，最大程度地减小行走平台的外形尺寸和质量。通过理论分析，计算行走平台的行走能力。通过液压仿真，模拟钻机的行走及爬坡工况。
关键词：行走平台；理论计算；行走工况；爬坡工况
0引言
煤矿坑道钻机是保障煤矿安全生产的关键设备之一，由于煤矿巷道空间尺寸有限，钻机在井下施工时受到各种约束，增加了工人的劳动强度，且影响施工效率。对钻机进行电控化升级，提高钻机自动化水平是解决这一问题的有效手段。为保障安全，电控化钻机在投入使用前，需要搭建一个实验平台进行技术可行性验证。
1实验钻机行走平台模型建立
实验钻机作为新技术载体，只在地面进行验证，为保证灵活性及移动搬迁方便，在满足使用要求的前提下，要尽可能减小实验钻机行走平台的外形尺寸及质量。本文选用橡胶履带，其具有重量轻、噪声低、振动小、接地比压小、对路面损伤小等优点。采用NX软件对行走平台进行三维建模，模型如图1所示。
2理论计算
行走平台上的泵站、主机、阀组等零部件以及胶管、液压油总质量0.8t，行走平台的焊接车体质量0.29t，橡胶履带质量0.4t。钻机泵站为行走平台提供恒定流量14.2L/min，行走马达最大工作压力14MPa。为保证履带既有足够的驱动力，又不会发生打滑现象，履带驱动力Fk需满足以下条件：fG≤Fk=2Tkηirk≤（0.7~0.9）G（1）Fk≥Wz=GμβL4B（2）履带驱动轮扭矩Tk=12πpkqkixηmηj（3）式中f———履带滚动阻力因数，取f＝0.10；G———钻机自重，取G=14.60kN；ηi———履带行走机构效率，取ηi＝0.90；rk———履带驱动轮节圆半径，取rk=0.19m；Wz———钻机原地转弯阻力，kN；μ———履带与地面的摩擦因数，取μ=0.60；β———转弯时履带板侧边刮地的附加阻力因数，取β=1.15；L———履带轮距，取L＝0.85m；B———履带轨距，取B=0.70m；pk———履带马达的工作压力，MPa；qk———履带马达的排量，取qk=16.1mL/r；ix———履带马达的传动比，取ix=39；ηm———履带马达的机械效率，取ηm=0.97；ηj———履带减速器的效率，取ηj＝0.96。由式（1）~式（3）得出履带驱动力Fk=8.82kN，且满足式（1）、式（2），即履带驱动力满足使用要求。履带行走速度vk=2πrknk（4）履带驱动轮转速nk=1000Qkηvqkix（5）式中Qk———履带马达的流量，Qk=7.1L/min；ηv———履带马达的容积效率，取ηv=0.98。由式（4）~式（5）得出履带行走速度vk＝0.79km/h。
3仿真模型的建立
在维持钻机性能的前提下，简化行走平台液压系统模型，并采用AMESim元件库中的模块对液压系统进行搭建，搭建后的仿真模型如图2所示。根据现场环境及钻机实际重量，经过理论分析计算，施加在行走平台单侧驱动轮上的最大转矩为931.10Nm。钻机主要有行走、爬坡2种工况，针对这2种工况分别进行动态仿真分析。
4行走工况仿真结果
实验钻机在水平地面行走时，设置行走平台负载转矩为931.10Nm，将仿真时间设为4s，为方便分析，设定泵开启和行走换向阀换向同时进行，运行仿真模型，得到泵、马达流量输出对比曲线如图3所示，泵出口、行走马达压力对比曲线如图4所示。由图3、图4可知，液压泵站为实验钻机提供恒定流量14.2L/min，0~0.3s泵站提供的液压油经管路流向行走马达，0.5s后，马达流量趋于稳定；开机瞬间泵出口压力波动较大，泵受到一定的冲击，行走马达压力持续升高，压力达到一定值后钻机开始行走，1s后行走平台马达驱动力和阻力达到平衡，钻机匀速行驶。
5爬坡工况仿真结果
实验钻机进入爬坡工况时，假定钻机启动后匀速行驶5s进入坡度为15°的斜坡，爬坡工况模拟持续15s，仿真时间设置为20s。参数设置时，在5s后给实验钻机添加0~16400N的斜坡阻力，运行仿真模型，得到行走马达进口压力变化曲线如图5所示。由图5可知，0~5s钻机由静止状态启动随后匀速行驶，行走马达进口压力在0~0.5s持续上升，0.5s后保持稳定，5s时钻机开始爬坡，行走马达进口压力出现波动，随后压力平稳上升直到最大值。
6结语
本文对实验钻机行走平台进行了优化设计，采用橡胶履带，在满足使用要求的前提下，极大提高了钻机的灵活性；通过理论计算分析行走平台的行走能力，最后通过液压系统仿真分析模拟了实验钻机的行走及爬坡工况。
作者:赵雪锋 单位:中煤科工集团西安研究院有限公司
