煤矿钻孔是煤层开采、瓦斯抽采、卸压、切顶等施工作业的重要手段,而钻机作为煤矿钻孔作业中的重要机械设备,其性能、智能化程度将直接影响开采能力。目前大部分煤矿钻机功能相对单一,对不同工况适应能力较差,进而导致成孔质量差以及施工效率低等问题。因此,亟需开发一款能够在煤矿巷道内适应不同工况的钻进设备。针对以上存在问题及研究意义,本文提出了一种新型的煤矿多功能钻机,并对钻机结构设计、关键部分相关特性分析、关键结构优化设计及液压系统设计与仿真展开了研究。本文开展的研究内容如下:基于多功能钻机的不同工况使用要求,确定了多功能钻机总体系统方案与基本性能参数,同时对钻机各部分结构进行了设计计算并确定各部分驱动方式,此外还设计了钻机辅助装置,最终装配出多功能钻机的整机三维模型。分析了多功能钻机施工工况与工作原理,确定了钻机的四种作业工况。采用ANSYS对四种作业工况下的钻机关键部件如钻进臂等进行了静力学分析,从理论上验证所设计结构的安全性;通过模态分析,得到了钻进臂的前6阶固有频率与振型图,验证了所设计的钻进臂在钻孔作业中不会出现共振现象。根据对多功能钻机关键部件特性分析可知,需要对整体结构强度影响较小的关键部件如推进架进行拓扑优化,并基于最小柔度为目标采用变密度法在Workbench中进行优化,验证分析了优化后结构强度、刚度与固有频率满足设计要求。为了进一步细化拓扑优化后推进架结构尺寸,采用Design Exploration优化模块对推进架进行了参数化优化,并验证分析了优化后模型在减轻钻机重量的基础上又达到了轻量化设计的目的。对多功能钻机进行液压系统设计、液压元件选型,并分析各回路工作原理。利用AMESim软件对多功能钻机关键部分液压系统回路进行了动态仿真分析,从而验证了液压元件选型计算及系统原理的正确性与可靠性。此外将液压系统优化改进为电液比例控制系统,通过试凑法调整PID参数来控制液压系统响应输出,并通过仿真验证了该系统具有较好的跟随特性与良好的抗干扰能力。完成了样机试制,制定了试验方案并开发了爬坡、钻孔试验平台,测试了钻机的行走、爬坡性能,分析结果表明钻机的行走性能、爬坡性能能够满足设计要求,同时测量了钻机推进速度与转速的性能参数,验证了液压系统中钻进回路的可靠性与稳定性。该论文有图100幅,表17个,参考文献100篇。