翟群杰

(安徽省地矿局327地质队，安徽 合肥 230011)

0 引 言

随着引水、排(渗)水工程的大量开展，水平钻探设备得到了一定规模的应用。水平钻机是受限空间内水平钻探作业的主要设备，但在施工过程中由于作业条件的限制，往往需要根据现场情况进行改造。由于应用领域较窄、生产厂家少，水平钻机长时间没有大的改进。笔者通过ANSYS-Workbench使用有限元方法对钻机机架进行模态和刚度分析，为后续改进设计提供依据。

1 水平钻机的工作原理

水平钻机一般分为动力部分和主机部分。动力部分主要为液压泵站，主机部分包括机头、机架、机尾、活塞杆、滑架、大油缸和动力头部分等，简易结构如图1所示。施工时，机头孔口对准需要布置水平管的点位，大油缸带动滑架在机架上往机头方向做前进运动时，实现套管的顶进动作；大油缸带动滑架在机架上往机尾方向做前进运动时，实现套管的拖拉动作。

2 水平钻机的模态分析

2.1 模态分析方法

模态分析是研究结构动态特性的一种近似方法，模态分析是将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。模态分析的最终目标是识别出系统的模态参数，为结构系统的振动特性分析、振动故障诊断和预报以及结构动力特性的优化设计提供依据[1]。

文中通过模态分析，得出水平钻机的前6阶模态和振型。令水平钻机机架动力学方程[2]为：