ZDY12000全液壓煤礦用履帶式坑道鉆機研制

邢蘇寧,王思聰

(鎮江安達機械有限責任公司,江蘇 鎮江 212005)

ZDY12000全液壓煤礦用履帶式坑道鉆機研制

邢蘇寧,王思聰

(鎮江安達機械有限責任公司,江蘇 鎮江 212005)

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

坑道鉆機;煤礦;履帶式;全液壓

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

煤礦用坑道鉆機有分體式、履帶式兩種形式,4000N·m以上的鉆機大部分為履帶式居多,由于履帶式鉆機移動方便,更換鉆場的輔助時間短,工人比較歡迎,是坑道自己的一種發展趨勢。在履帶式鉆機中又有單履帶車式和雙履帶車式兩種。雙履帶車式鉆機就是把組成鉆機的各個部件分別裝配在兩臺履帶車上,動力頭、機架、桅桿放置在一臺履帶車上,泵站、操縱臺放置在另一臺履帶車上,這種形式的優點在于單個履帶車的外形尺寸小,可獨立靈活移動,適應狹小空間內使用。但是,當扭矩超過6000N·m以上時,由于傳遞扭矩大,動力頭、桅桿的設計必須考慮足夠的強度,加上工作時的震動等影響,其重量、體積都比較大,選配履帶車時必須綜合考慮履帶輪直徑、寬度、接地比壓諸多因素,這樣主機履帶車的規格尺寸、重量都會比較大,由于桅桿安置在履帶車平臺上,鉆桿回轉中心高度受到限制,鉆孔的最低高度及水平角度調整的范圍都受到影響,鉆機重心偏高。另外,由于鉆機工作時履帶不能承受載荷,需用支腿油缸將履帶車頂離地面,油缸需同時承受軸向力和很大的側向力,對油缸的要求比較高,同時,對工作時的穩定性也有一定影響。

針對鉆機現有技術現狀,開發研制了一種目前國內最大扭矩的ZDY12000煤礦用履帶車牽引式坑道鉆機,主要應用于煤礦井下大直徑、長鉆距瓦斯抽放孔的鉆進,鉆進能力大,效率高。

1 整體方案設計

鉆機(圖1、2)設計借鑒了分體式鉆機和履帶式鉆機的優點,采用一臺履帶車和帶滾輪可移動的鉆機本體兩部分構成,液壓泵站、操縱臺放置在履帶車上,履帶車作為鉆機移動時的牽引動力。機架、桅桿、動力頭組成的鉆機本體基本參照分體式鉆機的結構,4根機架立柱上各增加1只油缸,在活塞桿的頂端設有油缸控制的可升降的滾輪,當滾輪支撐鉆機本體時,在履帶車的牽引下,實現移動。鉆機工作時,機架底座直接放置于地面,重心低,工作穩定性好。由于鉆機本體采用的是近似分體鉆機的結構,角度調節范圍大,適應性強。

鉆機為全液壓雙泵傳動形式,主泵為回轉切削提供動力,副泵為動力頭推進油缸、夾持器油缸,鉆機本體升降油缸、機架角度調整油缸、履帶行走馬達提供動力。移動鉆機時,裝于鉆機本體立柱上的4只油缸活塞桿伸出,活塞桿頂部的滾輪接觸地面將鉆機本體托起,在履帶車的牽引下移動,鉆機動力頭主軸回轉軸與履帶車移動方向呈90°,無需調整方位角,便于快速固定鉆機。到達指定位置后立柱油缸活塞桿回縮,滾輪上提,鉆機本體底座平穩地置于地面。

2 鉆機主要技術參數

3 鉆機主要部件

3.1 履帶車載部分

履帶車采用液壓驅動。由履帶底盤、車體平臺構成。液壓泵站、操縱臺置于平臺上。液壓油泵采用雙聯恒功率柱塞泵;操縱閥采用多路換向閥。

3.2 液壓系統

鉆機液壓系統主泵、副泵選用串聯式恒壓變量柱塞泵,結構緊湊且不需二級傳動,輸出壓力大,效率高壽命長。當工作壓力超過設定的壓力值時,泵的輸出流量變小,既降低了溢流閥的工作頻次,減少溢流帶來的油液發熱、液壓系統效率下降現象的發生,又避免了由于誤調高溢流閥壓力造成的電機過載而導致的電機、電路系統發熱,保護設備安全、正常使用,杜絕安全隱患。動力頭采用變量柱塞馬達,轉速范圍寬,效率高。

3.3 動力頭形式的確定

首先對各種液壓卡盤的結構及使用效果進行分析。目前,因為裝卸鉆桿方便,在各種煤礦用坑道鉆機中廣泛使用的液壓卡盤,其結構主要有常開式、常閉式兩種,夾持形式有機械夾緊、液壓松開,液壓夾緊、松開兩種。

從使用效果來看,卡盤故障一般表現為夾不住鉆桿或卡瓦不能完全打開。夾不住鉆桿鉆機就不能正常使用,同時會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而徹底夾不住鉆桿,鉆桿表面也會被劃傷、拉毛,操作工人一不小心就會被拉毛的鉆桿弄傷手,嚴重時鉆桿的機械性能會下降,鉆桿將報廢不能繼續使用,而卡瓦打不開鉆桿就不能通過,鉆孔就無法正常進行。

分析造成卡盤故障的原因,液壓夾緊的卡盤故障多是由于膠囊破損、卡瓦復位彈簧損壞或配油套液壓泄漏造成,機械夾緊的卡盤故障是由于夾緊的主要零件碟簧設計剛度不合理,或由于卡盤開閉動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量的非常關鍵的因素,此外,卡瓦和卡瓦套加工的表面粗糙度、形位公差、熱處理均會導致夾緊和松開的故障。無論哪種液壓卡盤一旦卡瓦側面進入煤、石渣都會影響夾緊效果。

從液壓卡盤的維護修理方面分析,在工作現場,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,我們認為在大扭矩鉆機中使用液壓卡盤其可靠性和壽命均存在一定不確定性,如果ZDY12000型煤礦用坑道鉆機采用液壓卡盤,其外形尺寸將非常龐大,整個動力頭的重量也將很重。因此,我們設計的ZDY12000型煤礦用坑道鉆機的動力頭采用變量柱塞馬達—行星減速傳動—主軸—鉆桿的頂驅式結構,主軸直接驅動鉆桿,動力頭主軸為中空式,中間可以通水,主軸后部設有連接后置水辮的螺紋,根據需要,也可將水辮置于前端。動力頭輸出實現無級變速,以適應不同地質條件下不同鉆頭和不同轉速的需要。

3.4 夾持機構

夾持機構的作用是鉆機工作時對鉆桿進行導向扶正,加接和拆卸鉆桿時夾住鉆桿。本著結構簡單、方便實用的原則,借鑒了ZDY548煤礦用坑道鉆機夾持機構的原理采用導向器和兩個開口墊叉、一只油缸、座板總成組成。座板的一端(近孔口端)設有導向器,鉆孔式對鉆桿起導向扶正作用。兩片座板的中間設有一組定位銷,起固定墊叉的作用,近動力頭端的墊叉可在油缸的作用下,繞鉆桿回轉中心旋轉一定角度,可方便地裝拆鉆桿。

4 結語

目前,ZDY12000型煤礦用坑道鉆機樣機已制造完成,調試和部分性能檢測也已完成,不久將進行系統地性能檢測。

ZDY12000型煤礦用坑道鉆機結合了履帶鉆機和分體鉆機,煤礦用坑道鉆機和工程鉆機的優點,開拓了煤礦用坑道鉆機設計的新思路,為煤礦長距離、大直徑鉆孔提供了一種新的設備。

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,高級工程師,1982年畢業于山東礦業學院,主要從事鉆機研發工作,Tel:0511-85624758,18906104660。