煤矿钻机动力头减速箱体静力学与模态分析

孟祥辉

doi:10.13436/j.mkjx.202609027

煤矿机械 ›› 2026, Vol. 47 ›› Issue (9) : 147 -151. DOI: 10.13436/j.mkjx.202609027

煤矿钻机动力头减速箱体静力学与模态分析

孟祥辉

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摘要

针对煤矿钻机动力头减速箱体的开裂问题，以额定扭矩6 000 N·m钻机动力头铸钢ZG200-400箱体为研究对象，建立参数化有限元模型。根据钻机实际工况加载额定扭矩6 000 N·m与轴向推力120 kN，对比研究了7 mm与15 mm两种壁厚方案，基于有限元法对7 mm和15 mm壁厚的铸钢箱体进行强度与模态分析。结果表明，2种壁厚箱体的最大应力分别为159.4 MPa与107.1 MPa，均集中于输出轴孔与耳座连接区域，且远低于材料屈服强度（200 MPa），满足静强度安全要求；7 mm壁厚箱体的一阶固有频率（135.47 Hz）落入低速齿轮啮合频带，其四阶（359.92 Hz）、五阶（403.68 Hz）和六阶（464.97 Hz）固有频率与高速齿轮啮合频带重叠，存在明确的共振风险，这是导致箱体疲劳开裂的主要原因，而15 mm壁厚箱体因刚度显著增强，其一阶固有频率提升至225.75 Hz，增幅达66.7%，成功避开了所有主要工作激振频率，各阶模态频率均大幅提高。因此，在煤矿用钻机所需的紧凑空间限制下，增加壁厚是提升结构固有频率、规避共振的有效可行途径。研究结果为钻机动力头减速箱体结构优化提供了理论依据。