摘要：随着煤矿现代化水平的提高，传统的辅助运输方式，逐渐成为制约煤矿快速发展的重要问题。传统地面双轨运输小车带来地面铺轨繁琐，投入建设费用高，受巷道变形影响，维护难度大，且安全系数低等缺陷。而采用单轨吊的运输方式很好的解决了上述问题。单轨吊液压钻机主要适用于巷道掘进时钻爆破孔、锚杆孔及安装锚杆。
关键词：单轨吊液压钻机；伸缩臂；结构设计；有限元分析
单轨吊液压钻机主要由悬挂臂梁、伸缩钻臂、钻具、行驶驱动系统、工作平台及工作平台伸缩臂等部件组成。本文主要研究工作平台伸缩臂的设计与分析。该工作平台伸缩臂主要功能是将工作平台与行进臂梁连接起来，并实现将工作平台沿轴推进、摆动和伸缩的动作。
1 工作平台伸缩臂结构设计
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图1 单轨吊液压钻机伸缩臂
1.伸缩内杆 2.伸缩外杆 3.支架 4.液压缸 5.支撑板
伸缩臂作为单轨吊液压钻机的主要结构部件，在钻孔施工过程中必须满足自由度的要求和强度要求。伸缩臂通过支架上的液压缸与悬挂臂梁连接，伸缩臂的上下摆动幅度可达65度。伸缩臂截面设计为矩形截面，可由两块折弯的钢板阻焊而成，简化制造工艺，节约了生产成本。最大伸缩长度为达1200mm，伸缩臂内部装有伸缩液压缸。内壁与外壁之间装有滑块，滑块通过螺栓连接的方式固定于外壁上，保证伸缩臂在伸缩过程中的稳定度和配合精度。
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图2 伸缩臂工况图
如图伸缩臂的运动分为升降运动和伸缩运动，伸缩臂的升降运动主要靠支架上的液压缸驱动，当伸缩臂位置到达65度时，收到工作平台的力最大；伸缩运动主要靠伸缩杆内部的液压缸驱动，伸缩长度达到最大值1200mm时为极限值。综上分析伸缩臂的受力情况是应分析伸缩臂下降至最低位置即65度，伸长到1200mm时的受力值，此位置为伸缩臂受力的极限位置。
2 伸缩臂有限元分析
对伸缩臂不同工况下的受力情况进行分析，不难发现伸缩臂的主要受力部件为液压缸的支撑板即图1中的部件5。为了确保伸缩臂的强度能够满足使用要求需对支撑板进行有限元分析。
由于工作平台的重量作用于伸缩内杆，伸缩内杆通过液压缸固定在支撑板上，故支撑板所受的载荷即工作平台的重力，工作平台m=1800kg，平台上有负重。支撑板耳板应受到20KN的力，作用于耳板通孔内面方向垂直向下。在SolidWorks simulation中对支撑座进行网格划分，添加结束和受力情况后得到应力云图和位移云图如下。
图3 支撑板应力云图
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图4支撑板位移云图
由图3可以看出，应力最大值出现在固定支撑板的螺栓孔处，最大应力值为470.88MPa，大于材料本身的屈服强度。图4可以看出，最大位移处位于耳板的顶部，而最大为位移为0.7mm。
由于最大应力值较大，考虑到井下设备的安全系数要求较高需对受力部件支撑板的结构进行改进，最方便的方法即将板厚做加厚为20mm。将加厚过的支撑板导入SolidWorks simulation中进行有限元分析结果如下。
图5加厚支撑板应力云图
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图6 加厚支撑板位移云图
由图5、图6可见，支撑板加厚以后的最大应力和最大位移的位置没有变，但是数值明显减小，最大应力值为272.99MPa，最大位置为0.26mm。应力与位移值均满足要求，故方案可行。
参考文献:
［1］陆雪峰. 锚杆支护作业平台的设计与仿真研究[D]. 山东科技大学. 2011．
［2］郝长春．基于液压缸的移动悬臂设计[J]．中国高新技术企业，2012(12)．