钻机油缸结构-材料-性能一体化设计

赵伟方; 邵旭; 印文才

doi:10.13436/j.mkjx.202608005

煤矿机械 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (8) : 24 -29. DOI: 10.13436/j.mkjx.202608005

钻机油缸结构-材料-性能一体化设计

赵伟方, 邵旭, 印文才

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摘要

针对传统钻机油缸设计保守、质量偏大、结构与材料设计不匹配等问题，提出一种结构-材料-性能一体化轻量化设计方法。以钻机油缸为研究对象，构建包含轻量化系统层、安全子系统层与使用性能子系统层的多学科设计优化（MDO）框架，将缸筒壁厚、活塞杆直径及材料作为设计变量，建立油缸质量目标函数，采用有限元仿真获取油缸应力与形变作为安全约束条件，结合粒子群算法与序列二次规划算法构建协同优化流程，实现结构与材料参数的全局最优。优化结果表明，油缸质量由101.28 kg降至72.46 kg，下降28.4%，缸筒应力与活塞杆形变峰值分别降低21.0%与19.9%，推拉力性能满足额定工况要求，在保证油缸安全可靠与使用性能的前提下，实现了显著轻量化。