F型傘形鉆架動(dòng)臂的斷面結(jié)構(gòu)形式是通過(guò)SAP5大形結(jié)構(gòu)分析程序有限元法電算結(jié)果分析對(duì)比選用的，為驗(yàn)證動(dòng)臂電算結(jié)果的可靠性，根據(jù)電算設(shè)計(jì)的動(dòng)臂結(jié)構(gòu)圖，對(duì)動(dòng)臂進(jìn)行了靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試。經(jīng)過(guò)模擬靜態(tài)負(fù)載實(shí)驗(yàn)，證實(shí)了動(dòng)臂靜態(tài)強(qiáng)度的可靠性和忽略偏載剪應(yīng)力存在可行性。

動(dòng)臂受力工況分析

傘鉆動(dòng)臂受力最大的情況是在鉆鑿井筒的周邊孔時(shí)，此時(shí)有兩種工況：

1. 推進(jìn)器處于懸空狀態(tài)，稱(chēng)為第一工況。此時(shí)，動(dòng)臂承受的載荷主要是推進(jìn)器重量、鑿巖機(jī)重量、釬桿重量、液壓操縱臺(tái)重量等，計(jì)算最大載荷為：G_1max=G_t+G_a+G_r+G_h

式中 G_1max——第一工況時(shí)，動(dòng)臂承受的最大載荷

G_t——推進(jìn)器重量

G_a——鑿巖機(jī)重量

G_r——釬桿重量

G_h——液壓操作臺(tái)重量

2. 鑿巖機(jī)處在鉆鑿炮孔的過(guò)程中，稱(chēng)為第二工況。此時(shí)動(dòng)臂承受的載荷除有推進(jìn)器重量、鑿巖機(jī)重量、釬桿重量及液壓操縱臺(tái)重量以外，還有補(bǔ)償油缸對(duì)工作面的預(yù)緊力和有變化的鑿巖機(jī)的沖擊力。那么，此時(shí)的計(jì)算最大載荷為：G_2max=-G_1max+F_p1+F_p2

式中 G_2max——第二工況時(shí)，動(dòng)臂承受的最大載荷

F_p1——鑿巖機(jī)的沖擊力

F_p2——補(bǔ)償油缸對(duì)工作面的預(yù)緊力

以上兩種工況作為動(dòng)臂靜態(tài)強(qiáng)度最大載荷情況，也作為靜態(tài)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)的模擬載荷。

應(yīng)變測(cè)試實(shí)驗(yàn)過(guò)程

動(dòng)臂模擬加載裝置

圖1為第一工況動(dòng)臂模擬加載裝置，圖2為第二工況動(dòng)臂模擬加載裝置。為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)部件，原動(dòng)臂、支臂、油缸和傾斜油缸用固定拉桿代替。加載辦法按兩種工況分別進(jìn)行，用標(biāo)準(zhǔn)碼加載。測(cè)量?jī)x器采用聚航科技生產(chǎn)的JHYC靜態(tài)應(yīng)變儀，多通道測(cè)量、軟件式操作、功能強(qiáng)大、精度高。

貼片位置選擇原則

1. 能夠代表電算標(biāo)定的14個(gè)結(jié)點(diǎn)中主要的斷面位置。

2. 能夠包括危險(xiǎn)斷面、內(nèi)力有變化的斷面和形狀尺寸有變化的斷面。

3. 能夠代表一些需要了解其應(yīng)力狀態(tài)的斷面。

圖3為電算動(dòng)臂力學(xué)模型結(jié)點(diǎn)圖。根據(jù)貼片選擇原則，在結(jié)點(diǎn)7斷面處W軸正向貼有檢驗(yàn)扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的貼片，在結(jié)點(diǎn)12、13斷面處W軸正向貼有應(yīng)變花，以檢驗(yàn)動(dòng)臂側(cè)面剪應(yīng)力的影響。對(duì)電算標(biāo)定的4、7、8、9、10、11各斷面，按主應(yīng)力為已知方向選用箔式應(yīng)變單片，對(duì)12、13斷面選用箔式應(yīng)變花。

加載方法

1. 第一工況按2000N、4000N、5000N三級(jí)加載。

2. 第二工況按1000N、2000N、3000N三級(jí)加載。

動(dòng)臂的靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試

表1、表2為全部實(shí)驗(yàn)采集的應(yīng)變值和部分換算的應(yīng)力值。（A為斷面右上角；B為斷面左下角；C為斷面上中點(diǎn)；D為斷面右中點(diǎn)）

從表1、表2中的電測(cè)統(tǒng)計(jì)應(yīng)力值，可得知7點(diǎn)處兩種工況電測(cè)應(yīng)力值較大。在第一工況下，最大彎曲應(yīng)力σ_max1=130.8MPa，在第二工況下，最大彎曲應(yīng)力σ_max2=89.8MPa，按20號(hào)無(wú)縫鋼管σ=250MPa，則其安全系數(shù)分別為n₁=250/130.8≈1.91，n₂=250/89.8≈2.78。從靜態(tài)最大彎曲應(yīng)力值分析，一般安全系數(shù)宜取1.6-1.7，所以認(rèn)為此結(jié)構(gòu)偏于安全的。

實(shí)驗(yàn)結(jié)論

動(dòng)臂的強(qiáng)度設(shè)計(jì)既要保證鑿巖機(jī)鉆鑿狀態(tài)工作的穩(wěn)定性，提高鉆孔速度，又要使整機(jī)重量不超過(guò)傘鉆標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限度，適應(yīng)豎井井筒掘進(jìn)機(jī)械配套提升能力的要求。從動(dòng)臂靜態(tài)強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)分析得出如下結(jié)論：

1. 新設(shè)計(jì)的動(dòng)臂結(jié)構(gòu)強(qiáng)度是好的。

2. 為提高7點(diǎn)處的強(qiáng)度，應(yīng)適當(dāng)加強(qiáng)7點(diǎn)的筋板，以減少應(yīng)力。

3. 從電測(cè)扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力值看，數(shù)值是較小的，對(duì)各結(jié)點(diǎn)危險(xiǎn)部位的應(yīng)力狀態(tài)單元體的最大主應(yīng)力影響不大，電算時(shí)，忽略剪應(yīng)力的影響是可行的。