鉆具自動排放機械臂設(shè)計中的靜力學(xué)分析

劉勁蒼，范岳柏

(湖南省地勘局探礦機械研制中心，長沙 410100)

0 引言

傳統(tǒng)鉆具排放系統(tǒng)需要工人直接接觸鉆桿，操作的危險性大，容易造成安全事故，且工作效率較低。為了改善這一問題，鉆具自動排放機械臂系統(tǒng)應(yīng)運而生。目前，國外在這一領(lǐng)域的研究已具有較長的歷史，但是我國的進(jìn)展仍較為遲緩[1,2]。基于這個背景，本文結(jié)合當(dāng)前自動排放機械臂的發(fā)展趨勢，對其中的靜力學(xué)問題進(jìn)行分析與計算，為驅(qū)動系統(tǒng)的設(shè)計及制造提供理論基礎(chǔ)。

1 鉆具自動排放機械臂的計算參數(shù)

在對一個系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)的分析時，需要根據(jù)系統(tǒng)正常工作時所能出現(xiàn)的最大載荷作為靜力學(xué)計算的數(shù)據(jù)。參照陸地鉆機的尺寸標(biāo)準(zhǔn)，鉆具自動排放系統(tǒng)能夠操縱的鉆鋌是最大載荷，一般以長度為9.45 m，外徑為254 mm，質(zhì)量為3420.9 kg的鉆鋌參數(shù)進(jìn)行計算。本文將型號為NC70-100的鉆鋌作為載荷參考對象，對鉆具自動排放機械臂系統(tǒng)進(jìn)行靜力學(xué)分析，鉆鋌尺寸參數(shù)等見表1。

表1 NC70-100鉆鋌參數(shù)

2 鉆具自動排放機械臂設(shè)計中的靜力學(xué)計算

2.1 機械手的分類及選取

手部驅(qū)動裝置(又稱為抓取機構(gòu))、手指結(jié)構(gòu)以及傳動機構(gòu)的設(shè)計依據(jù)是液壓機械手夾持工件時預(yù)緊力的大小。為了保證機械手始終保持夾緊的工作狀態(tài)，機械手夾持立根所產(chǎn)生的夾緊力應(yīng)該抵消掉鉆桿自重產(chǎn)生的靜載荷和立根在運動狀態(tài)下產(chǎn)生的動載荷，如立根運動時產(chǎn)生的慣性力或慣性力距。在這個過程中，由于排放系統(tǒng)的操作臂運行速度較小，其加速度導(dǎo)致的慣性力距和慣性力不予考慮。……