动力头是旋挖钻机的关键部件,其性能好坏与寿命直接影响到旋挖钻机施工效率及施工安全性。动力头部件中的齿轮传动装置在工作中主要传递低速重载扭矩,而且是交变载荷,齿轮传动装置疲劳破坏是旋挖钻机动力头的主要失效方式之一。在设计阶段,针对动力头齿轮传动装置进行全寿命虚拟预测,对薄弱模块进行修改,优化,可很大程度上延长动力头使用寿命。本文以适合于钻孔深度40m以内,直径1200mm以内黏土层作业的小型旋挖钻机用动力头为研究对象,开展了以下几个方面的研究:

1）通过理论计算得到动力头相关结构参数,构建了动力头的Pro/e三维模型,并进行了运动学仿真分析来验证模型的正确性;

2）采用ADAMS动力学仿真软件,结合动力头标准工况,计算分析了动力头内齿轮传动装置的受力情况,研究了加载快慢与主动轮分布相位角对接触力的影响,获得标准工况下齿轮的载荷谱。

3）采用ANSYS分析软件,结合ADAMS中得到的载荷谱进行有限元分析,得出标准工况下齿轮的薄弱部位应力谱。将此应力谱与理论计算应力进行比较并提出优化意见。

4）采用MSC.Fatigue结合应力谱,模拟标准钻进工况预测齿轮疲劳寿命。通过研究分析可得以下结论:加载快慢对启动冲击载荷影响很大;主动轮分布相位角对此类平行轴齿轮系接触力影响较大,以呈90°与180°分布时zui为平稳;动力头齿轮传动装置的理论计算与仿真分析结果相近,设计基本满足强度与寿命要求。