随着现代煤矿开采技术的不断发展,煤巷施工对掘进设备的要求越来越高。掘锚一体机作为煤巷掘进与锚杆支护一体化设备,鉴于它高速高效的掘进效率和安全、环保、舒适的工作环境的特点,已成为当今世界的发展趋势。本文研究的掘锚一体机适用于可实现一次性最大截割高度为5.5m、宽度为4.9～6.2m（换扩展部）的超高巷道。高巷道掘锚一体机的截割装置作为整机最关键的核心部件,在保证结构强度满足设计要求的前提下,适当降低截割装置重量,不仅有效地节约了生产成本,还为产品的创新设计提供了依据。本文以高巷道掘锚一体机截割装置的关键结构件为研究对象,为了提升其可靠性同时实现轻量化设计,利用Altiar.hypermesh软件,结合3种典型工况,采用极限载荷法分别对截割臂和滑移架进行了结构强度仿真分析并进行试验测试,验证有限元模型的准确性,通过Opti Struct求解器对其进行多工况拓扑优化,将优化后结构与优化前对比,验证了优化方案的可行性。主要开展以下研究工作:1、利用Altiar.hypermesh仿真软件,对高巷道掘锚一体机截割臂和滑移架在掏槽截割、下拉截割和截割臂举升3种典型工况下进行了结构强度仿真分析,得到截割臂和滑移架均满足结构强度要求,并有较大轻量化空间,但存在相对较薄弱点,需对这些薄弱点进行加强,减缓应力峰值。2、通过DH5902N坚固型高性能多通道数据采集系统对截割装置进行静态应力测试,得到了截割臂、滑移架和滚筒安装架关注点分别在特定静载工况下的应力值,与有限元仿真结果进行对标,验证了有限元模型的准确性。3、通过Opti Struct求解器分别对截割臂和滑移架沿3种不同拔模方式进行了多工况拓扑优化。分别以截割臂和滑移架为设计空间,以网格密度为设计变量,以体积分数（volume frac）为约束条件,以加权柔度（weighted comp）最小为优化目标,得到同时满足偏载掏槽截割、偏载下拉截割和截割臂举升3种典型工况下的优化结构,优化后结构与原结构仿真分析对比后得到,截割臂和滑移架均消除了部分应力集中点,同时截割臂优化后结构较原结构减重约600kg（11.3%）,滑移架优化后结构较原结构减重105kg（3%）。本文以高巷道掘锚一体机截割装置关键结构件为基础,基于Opti Struct软件对其进行多工况拓扑优化,验证了方法的可行性,达到了服役结构件轻量化设计的目的,为煤矿产品设计提供较大的理论创新与实践指导意义。