凿岩台车钻臂旋转缸强度分析及结构改进

贾体锋，杜祥虎，王新学

（徐州徐工基础工程机械有限公司，江苏徐州221000）

0 前言

凿岩台车是隧道、矿山施工的专用工程机械，钻臂是凿岩台车钻孔定位及凿岩机的支撑机构，其中旋转缸在凿岩台车定位过程中起旋转作用，其工作性能好坏直接影响钻孔的效率。一旦旋转缸出现故障，整个钻孔作业将无法顺利完成。本文针对旋转缸工作过程中发生的故障进行受力分析，并提出改进方案，通过有限元强度分析进行应力验算。

1 钻臂的结构

凿岩台车钻臂结构如图1所示。其通过钻臂固定座安装在凿岩台车上，凿岩台车定位过程中主要通过前后三角油缸上下左右运动、伸缩臂前后运动、旋转缸旋转运动及拐臂体摆动实现钻孔的定位。

旋转缸其内部结构如图2所示，内轴1 和前端盖2 焊接成一体；齿圈5 为筒体4 的一部分，再与卡箍3 剖口焊接，即齿圈5、筒体4、卡箍3为一体；中间套6（带齿）通过液压驱动沿水平方向移动，通过齿啮合带动内轴1、前端盖2、中间套6 旋转，中间套外件7 与中间套6（键连接）先后一起水平移动；9 为螺母用于锁紧后端盖8，后端盖8（带键）与内轴1 一起旋转。

图2 旋转缸内部结构

2 损坏情况

旋转缸前端盖、后端盖通过螺栓分别与前三角安装座、拐臂体连接，凿孔过程中若操作不当，或旋转缸的内轴1 和前端盖2 焊接不合理，焊缝处会出现疲劳裂纹，并逐步扩展，进而引发疲劳断裂，断裂位置如图3（a）所示，断裂面位置为焊接剖口位置。

检查旋转缸的断裂面后发现，断裂面平整，无明显缺陷，见图3（b），经过分析，焊接处结构易出现焊接缺陷，承受较大的应力时导致该部位出现疲劳裂纹，最终造成零件断裂。……