F型傘形鉆架動臂的斷面結構形式是通過SAP5大形結構分析程序有限元法電算結果分析對比選用的，為驗證動臂電算結果的可靠性，根據(jù)電算設計的動臂結構圖，對動臂進行了靜態(tài)應變測試。經(jīng)過模擬靜態(tài)負載實驗，證實了動臂靜態(tài)強度的可靠性和忽略偏載剪應力存在可行性。

動臂受力工況分析

傘鉆動臂受力*大的情況是在鉆鑿井筒的周邊孔時，此時有兩種工況：

1. 推進器處于懸空狀態(tài)，稱為*一工況。此時，動臂承受的載荷主要是推進器重量、鑿巖機重量、釬桿重量、液壓操縱臺重量等，計算*大載荷為：G_1max=G_t+G_a+G_r+G_h

式中 G_1max——*一工況時，動臂承受的*大載荷

G_t——推進器重量

G_a——鑿巖機重量

G_r——釬桿重量

G_h——液壓操作臺重量

2. 鑿巖機處在鉆鑿炮孔的過程中，稱為第二工況。此時動臂承受的載荷除有推進器重量、鑿巖機重量、釬桿重量及液壓操縱臺重量以外，還有補償油缸對工作面的預緊力和有變化的鑿巖機的沖擊力。那么，此時的計算*大載荷為：G_2max=-G_1max+F_p1+F_p2

式中 G_2max——第二工況時，動臂承受的*大載荷

F_p1——鑿巖機的沖擊力

F_p2——補償油缸對工作面的預緊力

以上兩種工況作為動臂靜態(tài)強度*大載荷情況，也作為靜態(tài)強度實驗的模擬載荷。

應變測試實驗過程

動臂模擬加載裝置

圖1為*一工況動臂模擬加載裝置，圖2為第二工況動臂模擬加載裝置。為簡化實驗部件，原動臂、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行，用標準碼加載。測量儀器采用聚航科技生產(chǎn)的JHYC靜態(tài)應變儀，多通道測量、軟件式操作、功能強大、精度高。

貼片位置選擇原則

1. 能夠代表電算標定的14個結點中主要的斷面位置。

2. 能夠包括危險斷面、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力狀態(tài)的斷面。

圖3為電算動臂力學模型結點圖。根據(jù)貼片選擇原則，在結點7斷面處W軸正向貼有檢驗扭轉應力的貼片，在結點12、13斷面處W軸正向貼有應變花，以檢驗動臂側面剪應力的影響。對電算標定的4、7、8、9、10、11各斷面，按主應力為已知方向選用箔式應變單片，對12、13斷面選用箔式應變花。

加載方法

1. *一工況按2000N、4000N、5000N三級加載。

2. 第二工況按1000N、2000N、3000N三級加載。

動臂的靜態(tài)應變測試

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

從表1、表2中的電測統(tǒng)計應力值，可得知7點處兩種工況電測應力值較大。在*一工況下，*大彎曲應力σ_max1=130.8MPa，在第二工況下，*大彎曲應力σ_max2=89.8MPa，按20號無縫鋼管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)*大彎曲應力值分析，一般安全系數(shù)宜取1.6-1.7，所以認為此結構偏于安全的。

實驗結論

動臂的強度設計既要保證鑿巖機鉆鑿狀態(tài)工作的穩(wěn)定性，提高鉆孔速度，又要使整機重量不超過傘鉆標準規(guī)定的限度，適應豎井井筒掘進機械配套提升能力的要求。從動臂靜態(tài)強度實驗分析得出如下結論：

1. 新設計的動臂結構強度是好的。

2. 為提高7點處的強度，應適當加強7點的筋板，以減少應力。

3. 從電測扭轉剪應力值看，數(shù)值是較小的，對各結點危險部位的應力狀態(tài)單元體的*大主應力影響不大，電算時，忽略剪應力的影響是可行的。