地下钻进机器人钻头力学分析及参数优化

代梦婉; 侯宇

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地下钻进机器人钻头力学分析及参数优化

首发时间：2017-02-17

代梦婉 ¹
代梦婉（1992-），女，湖北省天门人，硕士研究生，主要研究领域为机器人运动学、计算机仿真。
侯宇 ¹
侯宇（1975-），陕西省宝鸡市人，博士，教授，硕士研究生导师，主要研究领域为仿生机械与智能机械。

1、武汉科技大学机械自动化学院，武汉 430080

摘要：为提高地下钻进机器人钻头的钻进效率，针对挤扩钻头的不同部位进行了力学分析，建立了钻头所需扭矩与钻进压力的数学模型；基于柱孔扩张理论，确定了钻头上各处挤扩应力的分布情况，得出了扭矩和钻进压力的计算表达式，通过对比实验数据，验证了计算方法的正确性。在此基础上，分析了螺旋角、钻杆锥角、螺纹宽度和螺纹上牙侧角对钻头所需扭矩的影响，优化了挤扩钻头的结构参数。研究结果表明螺旋角为5 ，钻杆锥角为20 ，螺纹宽度为10 mm，螺纹上牙侧角为5 时钻头满足机器人尺寸要求，且钻进效率最高。研究结论为地下钻进机器人的总体设计提供了借鉴与指导。

关键词：扭矩计算地下钻进机器人螺旋挤土钻头柱孔扩张参数分析

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Mechanical analysis and parameter optimization of the drill of underground drilling robot

DAI Mengwan ¹
代梦婉（1992-），女，湖北省天门人，硕士研究生，主要研究领域为机器人运动学、计算机仿真。
HOU Yu ¹
侯宇（1975-），陕西省宝鸡市人，博士，教授，硕士研究生导师，主要研究领域为仿生机械与智能机械。

1、School of Machinery and Automation, Wuhan University of Science and Technology, Wuhan 430080, China

Abstract：In order to improve the drilling efficiency of the squeezed drill of the underground drilling robot, the force on different parts of the drill was analyzed and the mathematical model of the required torque and pressure were established. The distribution of squeezing stress on the drill was determined with cylindrical cavity expansion theory and the formulas of torque and drilling pressure was obtained. By comparing the experimental data, theMechanical analysis and parameter optimization of the drill of underground drilling robot correctness of the method was verified. On this basis, the impact of the helix angle, drill cone angle, thread width and flank angle on drilling torque and pressure was discussed, and the structural parameters of the squeezed drill were optimized. The results show that the drill meets the size requirement of the robot and the drilling efficiency was the highest when the helix angle was 5 , the drill cone angle was 20 , the thread width was 10mm, and the flank angle was 5 .The conclusion can provide reference and guidance for the overall design of underground drilling robots.

Keywords： torque calculation underground drilling robot the conical soil displacement screw drill cylindrical cavity expansion parameter analysis

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代梦婉，侯宇. 地下钻进机器人钻头力学分析及参数优化[EB/OL]. 北京：中国科技论文在线 [2017-02-17]. https://www.paper.edu.cn/releasepaper/content/201702-95.

No.4718805118353214****

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论文编号	201702-95
论文题目	地下钻进机器人钻头力学分析及参数优化
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