地下掘进工程中钻爆法的普遍使用,使得钻孔凿岩设备得到快速的发展和逐步的完善,钻孔作业是一种在岩(矿)石中钻凿出特定要求眼孔的工程技术,是矿山生产、隧道及石方工程的首要工序,凿岩台车就是由此衍生的当前矿山和隧道开挖工程中最常用的设备。由钎头、钎杆、连接套、钎尾等组成的钎具则是凿岩台车最直接的工作部分,钎具在工作过程中要与岩石发生剧烈摩擦、抵抗高压冲洗介质的冲刷与腐蚀、承受复杂的交变应力,经常发生早期失效。在狭小的空间、恶劣的工作环境下更换钎具,既浪费时间又耗费精力和资金,随着采掘、隧道等大型工程项目中先进机械设备的不断应用,工程对减少工期、增大效益、加快工程进度、节约资金及材料、环境保护等要求会逐渐提高,因此,对凿岩台车设备以及施工方法的探索与拓展将具有十分重要的实践意义。本文以阿特拉斯·科普柯公司生产的Rocket Boomer L2D型凿岩台车为研究对象,对全液压凿岩台车的基本结构及其工作过程进行分析,详细阐述了液压凿岩机的工作原理,并建立了凿岩机的三维装配体模型,对冲击凿岩过程进行了动力学分析。运用ANSYS显式动力学分析软件对凿岩钎杆部分进行了计算分析,得到了钎杆、钎头、钎尾等零件的凿岩过程动力学响应时程结果。论述了疲劳寿命理论,并且通过ANSYS APDL对钎杆进行了静力学分析,结合钎杆使用工况,用ANSYS APDL的疲劳分析模块进行分析计算得到了钎杆的疲劳寿命,并且对于计算结果进行了分析,提出提高钎具使用寿命的措施。介绍了有限元拓扑化的相关理论,并且通过Altair OptiStruct对钎尾端螺纹连接处进行加固设计,结合钎杆使用工况,用Altair OptiStruct进行静力学分析的基础上对加固结构进行拓扑优化,得到了符合强度要求并且较轻量化的结构拓扑形貌。本文针对凿岩钎杆的动力学研究、动态仿真分析、静力学分析、疲劳寿命研究以及结构拓扑优化设计为凿岩钎杆的进一步研究提供了一定的参考依据,对今后实际工程应用也具有一定的指导价值。
