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摘要：以ZDY3500L履帶式坑道鉆機為研究對象，對其進行受力分析后簡化其仿真模型，運用仿真模型對平移部件和撐桿部件進行仿真，通過仿真分析部件是否滿足生產要求，并對不滿足要求的位置進行改進和優化。

關鍵詞：鉆機;探水;撐桿部件;平移部件;剛度定向

鉆機能實現對井下探放水鉆孔的施工以及底板注漿施工等。為了確保最終施工質量能夠滿足實際生產的需求，對鉆機的調角范圍和可靠性提出了更高的要求[1-2]。據研究可知，在實際應用中發現大部分該鉆機的調角范圍較小，無法完全滿足實際生產的需求。為了克服部分鉆機調角范圍小的問題，陽煤集團新元公司采用ZDY3500L履帶式坑道鉆機的調角機構，該機構可根據調角油缸的伸縮，實現對角度的調整。

1ZDY3500L履帶式坑道鉆機概述

履帶式坑道鉆機的結構如圖1所示。履帶式坑道鉆機工作原理為：主機調角機構能夠完成對機身正負角度的調整。其中，通過調角油缸推動平移部件實現對機身的正角度調整；對調支座和調角支撐桿在機身的安裝位置實現對機身負角度的調整。該鉆機解決了傳統鉆機調角時松緊夾頭和衡量螺栓的工序，簡化了調角的工序[3]。ZDY3500L的參數見表1。

2鉆機三維模型的建立

影響履帶式坑道鉆機的關鍵部件為撐桿部件和平移部件[5]。在對主機受力分析的基礎上，將主機的三維模型簡化為如下頁圖2所示的仿真模型。針對上述兩部件所發揮作用的不同，對主機中的撐桿部件進行動力學仿真分析，對平移部件強度進行仿真分析。根據如表1所示的參數對所建立三維模型中的參數進行設置，并根據其材料屬性對三維模型的中屬性進行設置，設置結果如下頁表2所示。

3仿真結果分析

撐桿部件的模態仿真是對該部件動力學分析的一種，主要掌握該部件的振動特性，與部件所承受外部載荷的類型和大小無關[4]。因此，模態仿真分析的結果為該部件的固有屬性。其仿真結果如表3所示。分析撐桿部件的模態仿真結果可知，撐桿在前6階振動模型中的最大位移量僅為0.9mm，且在不同頻率下，撐桿部件變形的部位各不相同。因此，ZDY3500L履帶式坑道鉆機中的撐桿部件剛度及質量分布相對均勻，滿足實際生產的需求。此外，由4階和5階的振型結果可知需特別注意撐桿左側連接螺紋的剛度處理，一般的需采用合適材料的同時采取適當的熱處理工藝。調角機構中的撐桿部件需承受調角油缸的推動，因此需對其應力情況進行仿真分析。經仿真可知，撐桿部件的最大變形量集中于中間位置，且最大變形為0.29mm；最大應力集中于撐桿的中間位置及右側接桿位置，且最大應力為84.6MPa。綜合分析，ZDY3500L履帶式坑道鉆機調角機構的撐桿部件剛度和強度滿足實際生產需求，具備有抑制振動和突變載荷的能力。調角機構中的平移部件承受調角油缸的推動力和調角撐桿部件的反作用力，實現了水平方向滑移。經應力仿真可知，平移部件的最大應力為156.5MPa，最大變形量為2mm。最大應力集中于調角油缸的耳座時出現變形。耳座的變形進而影響了調角油缸的最終密封效果。根據仿真結果，需對調角機構中的平移部件進行優化設計。由于調角油缸耳座容易發生變形，因此在調角油缸耳座的位置加設加強筋以提升其強度要求，并針對性地取消原平移部件的減重部分。平移部件的優化設計結果如圖3所示。經對優化后的平移部件動力學仿真分析可知，優化后的平移部件整體剛度和強度良好，且部件的變形量較小，無應力集中的現象。綜合分析，優化后的平移部件滿足實際生產的需求。此外，將優化后的平移部件應用于實際生產中取得了良好的效果。

4結語

撐桿部件強度及剛度良好，而平移部件中油缸耳座容易發生變形，故為平移部件耳座加設加強筋，取消原有減重部分以提升平移部件的剛度和強度要求。經對優化后平移部件的仿真可知，優化后調角機構中的平移部件剛度和強度滿足實際生產的需求。

作者:劉永強 單位:陽煤集團新元公司