凿岩台车推进器有限元分析及优化设计

李俊强，侯增选

(大连理工大学 机械工程学院，辽宁 大连116024)

    凿岩台车井下作业工作环境苛刻，推进器部件易出现疲劳损坏，有必要对台车推进器受载情况进行分析研究。首先以某一型号凿岩台车为例，利用有限元软件ANSYS Workbench对正常工作状况下凿岩台车推进器进行有限元分析，得出推进器鞍架处存在显著应力集中现象的结论。然后对推进器存在显著应力集中的部件进行了相应的优化设计，优化后推进器鞍架显著应力集中现象得到改善。最后对推进器系统进行了振动模态分析，得到了系统的各阶固有频率，为整个台车系统力学性能的改善与优化提供了理论依据。

    从工业革命以来，社会生产力的极大提高和经济规模的扩张，加剧了人类对自然资源的需求。于是人类通过深孔钻探、隧道开凿等方法开发地下资源以满足对自然资源的需求。目前，隧道开凿在能源开发、交通运输、水电工程建设以及国防事业建设等工程建设中已占有重要地位［1］。

    现今的隧道开挖，先凿岩再爆破的钻爆法占据着主导地位，它的优势是能够适应不同的地质条件以及隧洞面积和形状，而且成本较低。凿岩台车是使用钻爆法进行隧道施工时必备的工程装备，主要有两个基本功能，即钻凿炮孔与钻凿锚孔，能够移动并支持多台凿岩机同时作业。

    本文以瑞典阿特拉斯·科普柯（Atlas·Copco）公司BOOMER 282 隧道凿岩台车为例，建立液压凿岩台车推进器系统结构模型。为研究凿岩台车推进器系统机构正常工作情况下的强度及变形，利用ANSYS 软件对凿岩台车推进器系统进行有限元计算，分析推进器系统的应力、应变、变形位移以及固有频率等数据。

1凿岩台车及其推进器简介

    凿岩台车主要是通过将一台或多台凿岩机安装在具有承托和定位机构的特制推进器上，并配以底盘和其他必要附属设备，以及根据实际需要添加的设备，来进行凿岩作业［2］。

凿岩台车推进器的主要作用是推进和退回凿岩机，并对钎杆施加足够的推力。推进器系统主要由推进梁、鞍板、鞍架、钎杆保持架、推进器油缸、凿岩机、钎杆、夹钎器以及液压管线组成。凿岩机工作时，冲击力直接作用到孔底，机体受到很强的反作用力，凿岩机会产生后坐现象。因此，使用凿岩机时必须配有推进器，以产生适当的推进力，使钎头与孔底接触良好，并使凿岩机可以迅速推进和退回［3］。

2有限元静力学分析

2.1模型建立

    由于ANSYS 的三维建模能力不强，首先利用专业的三维设计软件SolidWorks 建立凿岩台车推进器系统的三维结构模型，然后利用SolidWorks 软件中嵌入的ANSYS 插件，将三维模型直接导入到ANSYS Workbench 中，实现SolidWorks 与ANSYS 软件的无缝链接，保证了两者之间模型的完全兼容。

    由于液压凿岩台车的给进系统模型十分复杂，牵涉零件数众多，且各零件之间都有配合关系，如果直接将三维模型导入到ANSYS 中，不仅极易出现错误，而且还会造成极大的模型处理工作量。因此在导入到ANSYS 之前，首先要对模型进行适当的简化，再转化为有限元模型。在不影响网格划分.....

作者简介：李俊强（1989—），男，山东日照人，大连理工大学硕士研究生，主要研究方向为机械结构设计及理论。
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