煤矿巷道架管机的结构设计与性能优化.pdf

9 ；十致和 I I IIl lI II II II I I II II I Y 3 8 0 4 0 31 安夜埕工大擎 分类号T H l2 2 单位代码1 0 3 6 1 论文题目煤矿巷道架管机的结构设计与性能优化 作者姓名 专业名称 导师姓名 完成时间 宋和义 机械工程 邓海顺教授 2 0 2 0 年12 月19 日 万方数据 中图分类号 论文编号 安徽理工大学 硕士学位论文 I I l lIl lI IUI IU Ul II I Y 3 8 0 4 0 31 煤矿巷道架管机的结构设计与性能优化 论文答辩日期2 0 2 0 年1 2 月6 日 安徽理工大学研究生院 2 0 2 0 年1 2 月1 9 日 万方数据 S t r u c t u r ed e s i g na n dp e r f o r m a n c eo p t i m i z a t i o no f p i p e e r e c t i n gm a c h i n ei nc o a lm i n er o a d w a y C a n d i d a t e S o n gH e y i S u p e r v i s o r D e n g H a i s h u n M e c h a n i c a le n g i n e e r i n gS c h o o l A n H u i U n i v e r s i t yo fS c i e n c e a n dT e c h n o l o g y N o ．1 6 8 ，T a i f e n gR o a d ，H u a i n a n ，2 3 2 0 01 ，P ．R ．C H I N A 万方数据 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作 及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方 以外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得安徽理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过 的材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 学位论文作者签名 誓和义 期2 矽知年J2 月／孑日 学位论文版权使用授权书 本学位论文作者完全了解安徽理工大学有保留、使用学位论 文的规定，即研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位 属于安徽理工大学。学校有权保留并向国家有关部门或机构送 交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权安 徽理工大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据 库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学 位论文。 保密的学位论文在解密后适用本授权书 学位论文作者签名安备艾签字日期乃知年J 2 月／孑日 导师签名 贸洲儿 签字日期缈年f W 肜日 万方数据 摘要 摘要 煤矿井下辅助安装设备是煤矿智能化开采的重要组成部分之一，也是煤矿安 全生产的薄弱环节和短板之一。为了实现井下自动化架管作业，本文以传统机械 手爪和煤矿钻机的设计经验为基础，设计了一种集运管、架管、接管、固管为一 体的煤矿巷道架管装备，提高煤矿井下少人化操作水平，主要工作如下 1 介绍了煤矿井下辅助开采装备的研究背景和意义以及研究煤矿巷道管道 架设装置的技术难点，综述了管道架设装置的核心部件机械手爪研究现状及夹取 管道前期钻孔装置一煤矿钻机的研究概况，分析了全自动钻机的结构优势，概述了 课题研究目的以及研究内容，建立煤矿巷道架管机装置的研究路线。 2 根据煤矿井下实际工况要求进行了架管机的整体结构设计和系统工作原 理分析，对于架管机核心部件机械手爪进行了结构设计和驱动方式的选择，并设 计了在手爪夹取管道作业的前期机构一钻孔端装置。 3 依据煤矿巷道架管机在井下作业时的运动特性，对提升机构及机械手爪进 行了运动轨迹的分析，建立了机械手爪的夹取力的数学模型，并分析了影响手爪 夹取力大小的主要因素，最后根据D ．H 坐标法建立架管机整体的运动学方程并进 行了M A T L A B 轨迹仿真，验证了模型的正确性。 4 为了验证设计架管机结构性能是否稳定，对架管机的主要部件进行了 A N S Y S 静力学仿真和A D A M S 运动学仿真，结果表明核心部件机械手爪的夹爪中 间关节是整个机构力学薄弱环节，且夹爪关节之间夹角影响液压缸驱动力大小。 最后以结构轻量化为目标对机械手爪进行了结构优化分析，确定了最优的夹爪关 节尺寸值。 医t [ 5 5 】表[ 8 ] 参[ 7 0 ] 关键词架管机；结构设计；运动学分析机械手爪；仿真 分类号T H l 2 2 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 I I 万方数据 A b s t r a c t A b s t r a c t A u x i l i a r yi n s m l l a t i o ne q u i p m e n t i nu n d e r g r o u n dc o a lm i n e si so n eo f t h es i g n i f i c a n t c o m p o n e n t so f t h ei n t e l l i g e n tm i n i n go fc o a lm i n e s ，a n da l s oo n eo ft h ew e a kl i n k sa n d s h o r t c o m i n g so f c o a lm i n es a f e t y ．I no r d e rt or e a l i z et h eo p e r a t i o no fu n h u m a n i z e dp i p e r a c ki nu n d e r g r o u n dc o a lm i n e , b a s e do nt h ed e s i g ne x p e r i e n c eo f t r a d i t i o n a lm a n i p u l a t o r c l a wa n dc o a lm i n ed r i l l i n gm a c h i n e ，t h i sp a p e rd e s i g n sak i n do fc o a lm i n er o a d w a y p i p er a c ke q u i p m e n ti n t e g r a t i n gt r a n s p o r tp i p e ，p i p er a c k ，p i p en o z z l ea n ds o l i dp i p e , S O a st oi m p r o v et h el e v e lo fu n h u m a n i z e do p e r a t i o ni nu n d e r g r o u n dc o a lm i n e ．T h em a i n t a s k sa r ea sf o l l o w s 1 T h i sp a p e ri n t r o d u c e st h er e s e a r c hb a c k g r o u n da n ds i g n i f i c a n c eo fa u x i l i a r y m i n i n ge q u i p m e n t i nc o a lm i n e s , a sw e l la st h et e c h n i c a ld i f f i c u l t i e so fs t u d y i n gt h e p i p e l i n ee r e c t i o nd e v i c eo fc o a lm i n et u n n e l s ，s u m m a r i z e st h er e s e a r c hs t a t u so f t h e c o r ec o m p o n e n to ft h ep i p e l i n ee r e c t i o nd e v i c e ，t h em a n i p u l a t o rc l a w , a n dt h er e s e a r c h o v e r v i e wo ft h ep r e - d r i l l i n gd e v i c ef o rt h ep i p ec l a m p i n g - c o a lm i n ed r i l l i n gr i g ． A n a l y z e dt h es t r u c t u r a la d v a n t a g e so ft h ef u l l ya u t o m a t i cd r i l l i n gr i g ，s u m m a r i z e dt h e r e s e a r c hp u r p o s ea n dr e s e a r c hc o n t e n to ft h es u b j e c t ，a n de s t a b l i s h e dt h er e s e a r c hr o u t e o ft h ec o a lm i n et u n n e lp i p ee r e c t o rd e v i c e ． 2 A c c o r d i n gt ot h ea c t u a lw o r k i n gc o n d i t i o n si nt h ec o a lm i n e ，t h eo v e r a l l s t r u c t u r ed e s i g na n ds y s t e mw o r k i n gp r i n c i p l ea n a l y s i so ft h ep i p er a c km a c h i n ea r e c a r r i e do u t ，t h es t r u c t u r a ld e s i g na n dd r i v i n gm o d es e l e c t i o no ft h em a n i p u l a t o rc l a wo f t h ec o r ep a r to ft h ep i p er a c km a c h i n ea r ec a r r i e do u t ，a n dt h ee a r l y - s t a g em e c h a n i s m o ft h ep i p eg r i p p e ro p e r a t i o n - t h ed r i l l i n ge n dd e v i c ei sd e s i g n e d ． 3 A c c o r d i n gt ot h ec o a lm i n er o a d w a yp i p eb e n d e ri nu n d e r g r o u n dw o r k m o v e m e n tc h a r a c t e r i s t i c s ，t oi m p r o v ei n s t i t u t i o na n da n a l y z e st r a j e c t o r yo f m a n i p u l a t o r c l a w ，e s t a b l i s h e dt h em a t h e m a t i c a lm o d e lo ft h em a n i p u l a t o rt oc l a wc l i pf o r c e ，a n d a n a l y z e st h em a i nf a c t o r sa f f e c t i n gh a n dc l a wc l i pf o r c e , a c c o r d i n gt ot h ed - hc o o r d i n a t e m e t h o db a s e do nf r a m em a c h i n ek i n e m a t i c se q u a t i o no fw h o l et r a j e c t o r ys i m u l a t i o ni n M A T L A B ，t h e c o r r e c t n e s so ft h em o d e li sv e r i f i e d ． 4 I no r d e r t ov e r i f yw h e t h e rt h es t r u c t u r a lp e r f o r m a n c eo f t h ed e s i g n e dp i p er a c k i n g m a c h i n ei ss t a b l e ，A N S Y Ss t a t i c ss i m u l a t i o na n dA D A M Sk i n e m a t i c ss i m u l a t i o nw e r e c a r r i e do u to nt h em a i nc o m p o n e n t so ft h ep i p er a c k i n gm a c h i n e ．T h er e s u l t ss h o wt h a t I I I 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 t h em i d d l ej o i n to ft h eg r i p p e rj a wo ft h ec o r ec o m p o n e n tm a n i p u l a t o ri st h ew e a kl i n k i nt h em e c h a n i c so f t h ew h o l em e c h a n i s m ，a n dT h ea n g l eb e t w e e nt h ec l a w j o i n t sa f f e c t s t h ed r i v i n gf o r c eo ft h eh y d r a u l i cc y l i n d e r ．F i n a l l y ，t h es t r u c t u r eo p t i m i z a t i o na n a l y s i s o ft h em a n i p u l a t o rj a wi sc a r r i e do u tw i t l lt h eg o a lo fl i g h t e n i n gt h es t r u c t u r e ，a n dt h e o p t i m a lj a wj o i n ts i z ev a l u ei sd e t e r m i n e d ． F i g u r e ．[ 5 5 】t a b l e [ 8 】r e f e r e n c e 【7 0 】 K e yw o r d s P i p er a c km a c h i n e ；S t r u c t u r a ld e s i g n ；K i n e m a t i ca n a l y s i s ；M a n i p u l a t o r c l a w ；T h es i m u l a t i o n C h i n e s eb o o k sc a t a l o g T H12 2 I V 万方数据 目录 目录 摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I A b s t r a c t ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．I I I 目录⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯V C o n t e n t s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯I X 1 绪论⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 1 ．1 引言⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．2 课题研究背景与意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 ．2 ．1 课题研究背景⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 ．2 课题研究意义⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 ．3 课题相关技术国内外研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 ．3 ．1 机械手爪相关研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 ．3 ．2 钻机机构相关研究现状⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一7 1 ．4 课题的主要研究内容⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯8 1 ．5 课题的技术路线⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯9 2 煤矿巷道架管机的结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 1 2 ．1 整体结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一11 2 ．2 整体系统工作原理⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一11 2 ．3 架管端机械手爪系统构成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一1 3 2 ．3 ．1 架管机机械手爪结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 3 2 ．3 ．2 机械手爪工作原理分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 4 2 ．3 ．3 机械手爪驱动方式的选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 5 2 ．4 机械手爪液压缸基本参数选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 6 2 ．4 ．1 手爪液压缸主要尺寸的确定⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 6 2 ．4 ．2 液压缸材料选择⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17 2 ．4 ．3手爪液压缸壁厚度和活塞杆强度校核⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17 2 ．5 钻孔端结构设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．18 2 ．5 ．1 升降机构的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 8 2 ．5 ．2 钻孔机构的设计⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯1 9 2 ．5 ．3 钻孔机构的结构选型⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 0 V 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 2 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 1 3 煤矿巷道架管机运动学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．1 提升机构运动学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 3 3 ．1 ．1 提升机构方案的研究⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．1 ．2 提升机构轨迹分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 4 3 ．2 架管机构运动学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一2 6 3 ．2 ．1 运动学分析方法⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．2 ．2 建立架管机构的运动学方程⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．2 ．3 架管机构运动学仿真⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．3本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 0 4 煤矿巷道架管机核心部件的力学特性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 4 ．1 基于A N S Y S 的机械手爪静力学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3l 4 ．1 ．1 A N S Y S 软件简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一31 4 ．1 ．2 机械手爪有限元模型的建立⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 1 4 ．1 ．3 夹持管道强度的校核⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 2 4 ．1 ．4 夹爪的优化分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 3 4 ．2 提升机构和钻孔机构稳定性分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 7 4 ．2 ．1 提升机构静力学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 7 4 ．2 ．2 钻孔机构纵向振动分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯3 8 4 ．3 机械手爪力学分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 1 4 ．4 机械手爪动力学仿真分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一4 4 4 ．4 ．1 虚拟样机技术概念⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 4 4 ．4 ．2 机械手爪建模与仿真⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 5 4 ．4 ．3 手爪抓取管道运动仿真与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 6 4 ．4 ．4 机械手爪A D 蝴S 优化分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4 8 4 ．5 架管机提升机构运行仿真与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 0 4 ．5 ．1 架管机提升机构展开运动分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 0 4 ．5 ．2 提升机构门架推进仿真与分析⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 2 4 ．6 本章小结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一5 3 5 总结与展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5 5 5 ．1总结⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 5 V I 万方数据 目录 5 ．2 展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 5 参考文献⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．5 7 致谢⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6 l 作者简介及读研期间主要科研成果⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯一6 3 V I I 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 ⅥI I 万方数据 C o n t e n t s C o n t e n t s A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯I A b s t r a c t ⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．．．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯I I I C o n t e n t s ．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．⋯．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．V C o n t e n t s ⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．I X lI n t r o d u c t i o n ⋯．⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯l 1 ．1F o r e w o r d ．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．．1 1 ．2R e s e a r c hb a c k g r o u n da n d s i g n i f i c a n c e ⋯．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 1 ．2 ．1R e s e a r c hB a c k g r o u n d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．1 1 ．2 ．2S i g n i f i c a n c eo f s u b j e c tr e s e a r c h ⋯．．．．．．⋯．．．．．．．．⋯．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．2 1 ．3R e s e a r c hs t a t u so f r e l e v a n tt e c h n o l o g i e sa th o m ea n da b r o a d ．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．3 1 ．3 ．1R e s e a r c hs t a t u so f m a n i p u l a t o rc l a w ．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．4 1 ．3 ．2R e s e a r c hs t a t u so f r i gm e c h a n i s m ．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．7 1 ．4T h em a i nr e s e a r c hc o n t e n to f t h es u b j e c t ．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．8 1 ．5T h et e c h n i c a lr o u t eo f t h ep r o j e c t ．．⋯．．．⋯．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．9 2S t r u c t u r ed e s i g no f p i p ee r e c t i n gm a c h i n ei nc o a lm i n e r o a d w a y ．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 2 ．1I n t e g r a ls t r u c t u r a ld e s i g n ．．．⋯．．．⋯．．⋯．．．．⋯．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．11 2 ．2H o wt h ew h o l es y s t e mw o r k s ．．．．⋯．．．．．．⋯⋯．．．．⋯．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．11 2 ．3F r a m et u b ee n dm a n i p u l a t o rc l a ws y s t e mc o m p o s i t i o n ．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．13 2 ．3 ．1T h es t r u c t u r ed e s i g no f m a n i p u l a t o rc l a wo f p i p ef r a m em a c h i n e ．．．．．⋯．1 3 2 ．3 ．2A n a l y s i so f w o r k i n gp r i n c i p l eo f m a n i p u l a t o rc l a w ．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 4 2 ．3 ．3T h ec h o i c eo f d r i v i n gm o d eo f m a n i p u l a t o r sc l a w ．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．1 5 2 ．4B a s i cp a r a m e t e rs e l e c t i o no f h y d r a u l i cc y l i n d e ro f m a n i p u l a t o rc l a w ⋯⋯⋯⋯．1 6 2 ．4 ．1D e t e r m i n a t i o no f m a j o rd i m e n s i o n s ．．⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．1 6 2 ．4 ．2H y d r a u l i cc y l i n d e rm a t e r i a ls e l e c t i o n ．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．17 2 ．4 ．3H y d r a u l i cc y l i n d e rw a l lt h i c k n e s sa n dp i s t o nr o ds t r e n g t hc h e c k ⋯⋯⋯．17 2 ．5D e s i g no f d r i l l i n ge n ds t r u c t u r e ⋯．．．．．．⋯．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 8 2 ．5 ．1D e s i g no f l i f t i n gm e c h a n i s m ．．．．．．⋯．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．18 2 ．5 ．2D e s i g no f d r i l l i n gm e c h a n i s m ．．⋯．⋯．．．⋯．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．1 9 2 ．5 ．3D e s i g no f d r i l l i n gm e c h a n i s m ．．．．⋯．．．．．．．⋯⋯．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．．2 0 I X 万方数据 安徽理工大学硕士学位论文 2 ．6T h es u m m a r yo f t h i sc h a p t e r ⋯⋯．．⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯2 1 3K i n e m a t i ca n a l y s i so f c o a lm i n et u n n e lp i p er a c km a c h i n e ．．．．．⋯．．．．．．．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．．2 3 3 ．1K i n e m a t i ca n a l y s i so fl i f t i n gm e c h a n i s m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 3 3 ．1 ．1R e s e a r c ho nu p g r a d i n gi n s t i t u t i o n a ls c h e m e s ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．2 3 3 ．1 ．2T r a j e c t o r ya n a l y s i so f l i f f i n gm e c h a n i s m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 4 3 ．2K i n e m a t i ca n a l y s i so f f r a m e - t u b em e c h a n i s m ⋯⋯．⋯⋯．⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．2 6 3 ．2 ．1K i n e m a t i ca n a l y s i sm e t h o d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯2 6 3 ．2 ．2T h ek i n e m a t i c se q u a t i o no ft h em e c h a n i s mi se s t a b l i s h e d ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 6 3 ．2 ．3K i n e m a t i cs i m u l a t i o no ff r a m e ．t u b em e c h a n i s m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯2 9 3 ．3T h es u m m a r yo f t h i sc h a p t e r ⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 0 4 A n a l y s i so fm e c h a n i c a lp r o p e r t i e so f c o r ec o m p o n e n t so f p i p er a c km a c h i n e ．．．．．．．31 4 ．1S t a t i ca n a l y s i so f m a n i p u l a t o rp a wb a s e do nA N S Y S ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 1 4 ．1 ．1I n t r o d u c t i o nt oA N S Y SS o f t w a r e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．31 4 ．1 ．2T h ee s t a b l i s h m e n to f f i n i t ee l e m e n tm o d e l ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 1 4 ．1 ．3C h e c kt h es t r e n g t ho f c l a m p i n gp i p e ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．3 2 4 ．1 ．4O p t i m i z a t i o na n a l y s i so f c l a m p i n g j a w ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 3 4 ．2S t a b i l i t ya n a l y s i so fl i f t i n gm e c h a n i s ma n dd r i l l i n gm e c h a n i s m ．．．．．．．．．⋯．．．．．．．．．3 7 4 ．2 ．1S t a t i c sa n a l y s i so fl i f t i n gm e c h a n i s m ⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．3 7 4 ．2 ．2L o n g i t u d i n a lv i b r a t i o na n a l y s i so f d r i l l i n gm e c h a n i s m ⋯⋯⋯⋯．．⋯⋯⋯．．3 8 4 ．3S t a t i c sa n a l y s i so f m a n i p u l a t o rc l a w ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．⋯．．4 1 4 ．4D y n a m i ca n a l y s i so f m a n i p u l a t o rc l a wb a s e do nA D A M S ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 4 ．4 ．1C o n c e p to f v i r t u a lp r o t o t y p i n gt e c h n o l o g y ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 4 4 ．4 ．2M o d e l i n ga n ds i m u l a t i o no f m a n i p u l a t o rc l a w ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 5 4 ．4 ．3S i m u l a t i o na n dA n a l y s i so f g r i p p e rp i p em o t i o n ⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯．．4 6 4 ．4 ．4O p t i m i z a t i o na n a l y