锚杆支护因其具有灵活、易操作、成本低等优点,而被广泛应用于隧道、矿山等地下工程的支护作业中。锚杆钻机作为锚杆支护中最常用的作业装备,其自动化程度低、安全性能差等问题已严重影响到了隧道支护的进度,致使工程整体的施工效率大打折扣。正因如此,开发新型锚杆钻机、对现有锚杆钻机进行分析优化已势成骑虎。本文提出了隧道用自动锚杆钻机,旨在为新型锚杆钻机开发提供理论依据,进而提升锚杆钻机自动化程度、减少松动压力区施工人员的使用数量,从而提高隧道支护效率、降低工人作业风险,最终为提高工程施工效率提供新思路。本文首先对国内外锚杆钻机的发展现状进行了研究,掌握了现有锚杆钻机的工作原理和作业流程,了解了主流钻机的结构特点,分析了其自动化程度低、安全性能差的原因。然后,结合问题原因、根据新的设计要求对隧道用自动锚杆钻机中的自动钻孔装置、自动锚固装置、自动喷注锚固剂装置、自动锚杆仓和工位自动转换架分别进行了设计计算。又分析了主要连接件自动锚杆仓、工位自动转换架的静力学性能和固有频率为后续主要连接件的拓扑优化做准备。接着详细阐述了隧道用自动锚杆钻机如何实现全流程自动化锚固作业,初步分析了隧道用自动锚杆钻机旋转驱动系统的合理性,为隧道用自动锚杆钻机提供了理论可行性依据。最后,对主要连接件进行拓扑优化设计,保证其原有性能前提下,完成轻质化处理。在本文撰写过程中采用Solid Works软件对隧道用自动锚杆钻机进行建模,通过ANSYS软件对隧道用自动锚杆钻机中的主要连接件进行了静力学分析、模态分析、拓扑优化等一系列有限元分析。运用数学建模的方式,建立了隧道用自动锚杆钻机旋转驱动系统的静动态特性方程,利用MATLAB软件对静动态特性曲线进行拟合,由拟合曲线对隧道用自动锚杆钻机旋转驱动系统静动态特性进行了初步的分析。最终通过结构设计计算、主要连接件校核优化、驱动系统静动态特性拟合分析,得到了合理可行的隧道用自动锚杆钻机,为自动锚护装备的开发提供了理论依据、为机械智造的发展灌输了新鲜血液。本文共有图51幅,表10个,参考文献52篇。