邢蘇寧,王思聰

(鎮(zhèn)江安達(dá)機(jī)械有限責(zé)任公司,江蘇 鎮(zhèn)江 212005)

ZDY12000全液壓煤礦用履帶式坑道鉆機(jī)研制

邢蘇寧,王思聰

(鎮(zhèn)江安達(dá)機(jī)械有限責(zé)任公司,江蘇 鎮(zhèn)江 212005)

本文介紹了ZDY12000全液壓煤礦用履帶車(chē)牽引式坑道鉆機(jī)。從坑道鉆機(jī)的適用性出發(fā),提出了履帶車(chē)牽引鉆機(jī)組合的新思路。

坑道鉆機(jī);煤礦;履帶式;全液壓

隨著煤礦開(kāi)采現(xiàn)代化程度的提高,高產(chǎn)量的大型礦井所占比重越來(lái)越大。為了與大型綜采設(shè)備產(chǎn)能配套,提高生產(chǎn)效率,越來(lái)越多的煤礦提出了長(zhǎng)鉆距、大直徑鉆孔進(jìn)行瓦斯抽放的要求,與之相應(yīng)的是鉆機(jī)的扭矩越來(lái)越大。但是,大扭矩鉆機(jī)的體積、重量必然有所增加,由于綜采工作面的空間有限,大扭矩鉆機(jī)的搬遷、定位相對(duì)于小鉆機(jī)而言難度有所增加,非鉆孔的輔助時(shí)間延長(zhǎng),鉆孔效率受到影響。因此,整體式大扭矩鉆機(jī)在礦井的使用受到很大的局限。

煤礦用坑道鉆機(jī)有分體式、履帶式兩種形式,4000N·m以上的鉆機(jī)大部分為履帶式居多,由于履帶式鉆機(jī)移動(dòng)方便,更換鉆場(chǎng)的輔助時(shí)間短,工人比較歡迎,是坑道自己的一種發(fā)展趨勢(shì)。在履帶式鉆機(jī)中又有單履帶車(chē)式和雙履帶車(chē)式兩種。雙履帶車(chē)式鉆機(jī)就是把組成鉆機(jī)的各個(gè)部件分別裝配在兩臺(tái)履帶車(chē)上,動(dòng)力頭、機(jī)架、桅桿放置在一臺(tái)履帶車(chē)上,泵站、操縱臺(tái)放置在另一臺(tái)履帶車(chē)上,這種形式的優(yōu)點(diǎn)在于單個(gè)履帶車(chē)的外形尺寸小,可獨(dú)立靈活移動(dòng),適應(yīng)狹小空間內(nèi)使用。但是,當(dāng)扭矩超過(guò)6000N·m以上時(shí),由于傳遞扭矩大,動(dòng)力頭、桅桿的設(shè)計(jì)必須考慮足夠的強(qiáng)度,加上工作時(shí)的震動(dòng)等影響,其重量、體積都比較大,選配履帶車(chē)時(shí)必須綜合考慮履帶輪直徑、寬度、接地比壓諸多因素,這樣主機(jī)履帶車(chē)的規(guī)格尺寸、重量都會(huì)比較大,由于桅桿安置在履帶車(chē)平臺(tái)上,鉆桿回轉(zhuǎn)中心高度受到限制,鉆孔的最低高度及水平角度調(diào)整的范圍都受到影響,鉆機(jī)重心偏高。另外,由于鉆機(jī)工作時(shí)履帶不能承受載荷,需用支腿油缸將履帶車(chē)頂離地面,油缸需同時(shí)承受軸向力和很大的側(cè)向力,對(duì)油缸的要求比較高,同時(shí),對(duì)工作時(shí)的穩(wěn)定性也有一定影響。

針對(duì)鉆機(jī)現(xiàn)有技術(shù)現(xiàn)狀,開(kāi)發(fā)研制了一種目前國(guó)內(nèi)最大扭矩的ZDY12000煤礦用履帶車(chē)牽引式坑道鉆機(jī),主要應(yīng)用于煤礦井下大直徑、長(zhǎng)鉆距瓦斯抽放孔的鉆進(jìn),鉆進(jìn)能力大,效率高。

1 整體方案設(shè)計(jì)

鉆機(jī)(圖1、2)設(shè)計(jì)借鑒了分體式鉆機(jī)和履帶式鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn),采用一臺(tái)履帶車(chē)和帶滾輪可移動(dòng)的鉆機(jī)本體兩部分構(gòu)成,液壓泵站、操縱臺(tái)放置在履帶車(chē)上,履帶車(chē)作為鉆機(jī)移動(dòng)時(shí)的牽引動(dòng)力。機(jī)架、桅桿、動(dòng)力頭組成的鉆機(jī)本體基本參照分體式鉆機(jī)的結(jié)構(gòu),4根機(jī)架立柱上各增加1只油缸,在活塞桿的頂端設(shè)有油缸控制的可升降的滾輪,當(dāng)滾輪支撐鉆機(jī)本體時(shí),在履帶車(chē)的牽引下,實(shí)現(xiàn)移動(dòng)。鉆機(jī)工作時(shí),機(jī)架底座直接放置于地面,重心低,工作穩(wěn)定性好。由于鉆機(jī)本體采用的是近似分體鉆機(jī)的結(jié)構(gòu),角度調(diào)節(jié)范圍大,適應(yīng)性強(qiáng)。

鉆機(jī)為全液壓雙泵傳動(dòng)形式,主泵為回轉(zhuǎn)切削提供動(dòng)力,副泵為動(dòng)力頭推進(jìn)油缸、夾持器油缸,鉆機(jī)本體升降油缸、機(jī)架角度調(diào)整油缸、履帶行走馬達(dá)提供動(dòng)力。移動(dòng)鉆機(jī)時(shí),裝于鉆機(jī)本體立柱上的4只油缸活塞桿伸出,活塞桿頂部的滾輪接觸地面將鉆機(jī)本體托起,在履帶車(chē)的牽引下移動(dòng),鉆機(jī)動(dòng)力頭主軸回轉(zhuǎn)軸與履帶車(chē)移動(dòng)方向呈90°,無(wú)需調(diào)整方位角,便于快速固定鉆機(jī)。到達(dá)指定位置后立柱油缸活塞桿回縮,滾輪上提,鉆機(jī)本體底座平穩(wěn)地置于地面。

2 鉆機(jī)主要技術(shù)參數(shù)

3 鉆機(jī)主要部件

3.1 履帶車(chē)載部分

履帶車(chē)采用液壓驅(qū)動(dòng)。由履帶底盤(pán)、車(chē)體平臺(tái)構(gòu)成。液壓泵站、操縱臺(tái)置于平臺(tái)上。液壓油泵采用雙聯(lián)恒功率柱塞泵;操縱閥采用多路換向閥。

3.2 液壓系統(tǒng)

鉆機(jī)液壓系統(tǒng)主泵、副泵選用串聯(lián)式恒壓變量柱塞泵,結(jié)構(gòu)緊湊且不需二級(jí)傳動(dòng),輸出壓力大,效率高壽命長(zhǎng)。當(dāng)工作壓力超過(guò)設(shè)定的壓力值時(shí),泵的輸出流量變小,既降低了溢流閥的工作頻次,減少溢流帶來(lái)的油液發(fā)熱、液壓系統(tǒng)效率下降現(xiàn)象的發(fā)生,又避免了由于誤調(diào)高溢流閥壓力造成的電機(jī)過(guò)載而導(dǎo)致的電機(jī)、電路系統(tǒng)發(fā)熱,保護(hù)設(shè)備安全、正常使用,杜絕安全隱患。動(dòng)力頭采用變量柱塞馬達(dá),轉(zhuǎn)速范圍寬,效率高。

3.3 動(dòng)力頭形式的確定

首先對(duì)各種液壓卡盤(pán)的結(jié)構(gòu)及使用效果進(jìn)行分析。目前,因?yàn)檠b卸鉆桿方便,在各種煤礦用坑道鉆機(jī)中廣泛使用的液壓卡盤(pán),其結(jié)構(gòu)主要有常開(kāi)式、常閉式兩種,夾持形式有機(jī)械夾緊、液壓松開(kāi),液壓夾緊、松開(kāi)兩種。

從使用效果來(lái)看,卡盤(pán)故障一般表現(xiàn)為夾不住鉆桿或卡瓦不能完全打開(kāi)。夾不住鉆桿鉆機(jī)就不能正常使用,同時(shí)會(huì)造成卡瓦與鉆桿表面的相互摩擦,不僅加劇了卡瓦的磨損進(jìn)而徹底夾不住鉆桿,鉆桿表面也會(huì)被劃傷、拉毛,操作工人一不小心就會(huì)被拉毛的鉆桿弄傷手,嚴(yán)重時(shí)鉆桿的機(jī)械性能會(huì)下降,鉆桿將報(bào)廢不能繼續(xù)使用,而卡瓦打不開(kāi)鉆桿就不能通過(guò),鉆孔就無(wú)法正常進(jìn)行。

分析造成卡盤(pán)故障的原因,液壓夾緊的卡盤(pán)故障多是由于膠囊破損、卡瓦復(fù)位彈簧損壞或配油套液壓泄漏造成,機(jī)械夾緊的卡盤(pán)故障是由于夾緊的主要零件碟簧設(shè)計(jì)剛度不合理,或由于卡盤(pán)開(kāi)閉動(dòng)作頻繁以致碟簧疲勞、碟簧損壞,卡瓦的磨損造成夾緊力不夠,碟簧的壓縮量也是影響卡瓦徑向給進(jìn)量的非常關(guān)鍵的因素,此外,卡瓦和卡瓦套加工的表面粗糙度、形位公差、熱處理均會(huì)導(dǎo)致夾緊和松開(kāi)的故障。無(wú)論哪種液壓卡盤(pán)一旦卡瓦側(cè)面進(jìn)入煤、石渣都會(huì)影響夾緊效果。

從液壓卡盤(pán)的維護(hù)修理方面分析,在工作現(xiàn)場(chǎng),碟簧和膠囊的更換都比較困難,需要幾名工人合作才能完成。扭矩越大,維修難度越高。

綜合分析后,我們認(rèn)為在大扭矩鉆機(jī)中使用液壓卡盤(pán)其可靠性和壽命均存在一定不確定性,如果ZDY12000型煤礦用坑道鉆機(jī)采用液壓卡盤(pán),其外形尺寸將非常龐大,整個(gè)動(dòng)力頭的重量也將很重。因此,我們?cè)O(shè)計(jì)的ZDY12000型煤礦用坑道鉆機(jī)的動(dòng)力頭采用變量柱塞馬達(dá)—行星減速傳動(dòng)—主軸—鉆桿的頂驅(qū)式結(jié)構(gòu),主軸直接驅(qū)動(dòng)鉆桿,動(dòng)力頭主軸為中空式,中間可以通水,主軸后部設(shè)有連接后置水辮的螺紋,根據(jù)需要,也可將水辮置于前端。動(dòng)力頭輸出實(shí)現(xiàn)無(wú)級(jí)變速,以適應(yīng)不同地質(zhì)條件下不同鉆頭和不同轉(zhuǎn)速的需要。

3.4 夾持機(jī)構(gòu)

夾持機(jī)構(gòu)的作用是鉆機(jī)工作時(shí)對(duì)鉆桿進(jìn)行導(dǎo)向扶正,加接和拆卸鉆桿時(shí)夾住鉆桿。本著結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、方便實(shí)用的原則,借鑒了ZDY548煤礦用坑道鉆機(jī)夾持機(jī)構(gòu)的原理采用導(dǎo)向器和兩個(gè)開(kāi)口墊叉、一只油缸、座板總成組成。座板的一端(近孔口端)設(shè)有導(dǎo)向器,鉆孔式對(duì)鉆桿起導(dǎo)向扶正作用。兩片座板的中間設(shè)有一組定位銷(xiāo),起固定墊叉的作用,近動(dòng)力頭端的墊叉可在油缸的作用下,繞鉆桿回轉(zhuǎn)中心旋轉(zhuǎn)一定角度,可方便地裝拆鉆桿。

4 結(jié)語(yǔ)

目前,ZDY12000型煤礦用坑道鉆機(jī)樣機(jī)已制造完成,調(diào)試和部分性能檢測(cè)也已完成,不久將進(jìn)行系統(tǒng)地性能檢測(cè)。

ZDY12000型煤礦用坑道鉆機(jī)結(jié)合了履帶鉆機(jī)和分體鉆機(jī),煤礦用坑道鉆機(jī)和工程鉆機(jī)的優(yōu)點(diǎn),開(kāi)拓了煤礦用坑道鉆機(jī)設(shè)計(jì)的新思路,為煤礦長(zhǎng)距離、大直徑鉆孔提供了一種新的設(shè)備。

ZDY-12000 Fully-Hydraulic Track-Mounted Underground Drilling Rig for Coal Mine

XING Suning,WANG Sicong
(Zhenjiang Anda Manchinery Manufacture CO.,L TD,Zhenjiang,Jiangsu 212005,China)

ZDY-12000 underground drilling rig for Coal mine is mainly used to drill gas drainage hole in excavating working surface of coal mine.This article gives a new way for the design of underground trackmounted drilling rig from its applicability.

underground drilling rig;coal mine;track-mounted;fully-hydraulic

P634.31

A

1009-282X(2011)01-0011-03

2010-12-02

邢蘇寧(1960-),女,江蘇南京人,高級(jí)工程師,1982年畢業(yè)于山東礦業(yè)學(xué)院,主要從事鉆機(jī)研發(fā)工作,Tel:0511-85624758,18906104660。