F型傘形鉆架動臂的斷面結(jié)構(gòu)形式是通過SAP5大形結(jié)構(gòu)分析程序有限元法電算結(jié)果分析對比選用的，為驗證動臂電算結(jié)果的可靠性，根據(jù)電算設(shè)計的動臂結(jié)構(gòu)圖，對動臂進行了靜態(tài)應(yīng)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(yīng)力存在可行性。
動臂受力工況分析
傘鉆動臂受力最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)，稱為第一工況。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，計算最大載荷為：G1max=Gt+Ga+Gr+Gh
式中 G1max——第一工況時，動臂承受的最大載荷
Gt——推進器重量
Ga——鑿巖機重量
Gr——釬桿重量
Gh——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(yù)緊力和有變化的鑿巖機的沖擊力。那么，此時的計算最大載荷為：G2max=-G1max+Fp1+Fp2
式中 G2max——第二工況時，動臂承受的最大載荷
Fp1——鑿巖機的沖擊力
Fp2——補償油缸對工作面的預(yù)緊力
以上兩種工況作為動臂靜態(tài)強度最大載荷情況，也作為靜態(tài)強度實驗的模擬載荷。
應(yīng)變測試實驗過程
動臂模擬加載裝置
圖1為第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(yīng)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(jié)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(yīng)力狀態(tài)的斷面。
圖3為電算動臂力學(xué)模型結(jié)點圖。根據(jù)貼片選擇原則，在結(jié)點7斷面處W軸正向貼有檢驗扭轉(zhuǎn)應(yīng)力的貼片，在結(jié)點12、13斷面處W軸正向貼有應(yīng)變花，以檢驗動臂側(cè)面剪應(yīng)力的影響。對電算標定的4、7、8、9、10、11各斷面，按主應(yīng)力為已知方向選用箔式應(yīng)變單片，對12、13斷面選用箔式應(yīng)變花。
加載方法
1. 第一工況按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(yīng)變測試
表1、表2為全部實驗采集的應(yīng)變值和部分換算的應(yīng)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(yīng)力值，可得知7點處兩種工況電測應(yīng)力值較大。在第一工況下，最大彎曲應(yīng)力σmax1=130.8MPa，在第二工況下，最大彎曲應(yīng)力σmax2=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)最大彎曲應(yīng)力值分析，一般安全系數(shù)宜取1.6-1.7，所以認為此結(jié)構(gòu)偏于安全的。
實驗結(jié)論
動臂的強度設(shè)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(yīng)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(jié)論：
1. 新設(shè)計的動臂結(jié)構(gòu)強度是好的。
2. 為提高7點處的強度，應(yīng)適當加強7點的筋板，以減少應(yīng)力。
3. 從電測扭轉(zhuǎn)剪應(yīng)力值看，數(shù)值是較小的，對各結(jié)點危險部位的應(yīng)力狀態(tài)單元體的最大主應(yīng)力影響不大，電算時，忽略剪應(yīng)力的影響是可行的。
