大功率多功能電動鉆機的研制

□ 趙俊民

洛陽豪智機械有限公司 河南洛陽471125

1 研究背景

目前我國生產的適合礦山煤礦行業使用的鉆機均是小功率鉆機，所能夠鉆孔的直徑也比較小，由于動力較小，所以工作效率低［1］，影響了我國目前煤礦開采的速度，因而急需研制一種大功率、高效率、操作簡單、噪聲小、使用方便的鉆機裝備。實施后，不僅能替代進口，而且能出口創匯，項目開發的社會經濟效益十分顯著。

這一大功率多功能電動鉆機適用于鉆鑿巖石爆破孔、高速公路路基鉆排水孔、城市高大建筑物基坑支護中鉆土釘孔、房屋和廠房的地基基礎加固注漿孔、物理勘探中的爆破孔，以及鐵路、公路、橋梁、水庫、山體邊坡支護中鉆錨桿孔等［2］。這一大功率多功能電動鉆機尤其適用于開鑿大孔、深孔，與功率相當的其它類型鉆機相比，不但具有質量輕、便于搬移和架空作業的優勢，還具有如下功能特點［3］。

（1）鉆機具有兩種鉆進速度，即快速推進和慢速推進，鉆軟煤層時可用快速推進，提高效率；對于巖石鉆進時可用慢速推進速度，保證鉆孔質量。

（2）鉆機可用鉆架配合，實現水平向前，傾斜向上、向下鉆孔。

（3）采用水排粉（濕式鉆孔），避免粉塵飛揚，延長鉆頭使用壽命。

（4）鉆機在作業中，只需操縱手輪，鉆機就可自行推進和快速退回。

（5）鉆機配備了瓦斯傳感器［4］，在煤礦作業時，當遇到瓦斯超標時能夠發出警報，安全性高。

2 主要研究內容

這一大功率多功能電動鉆機綜合了目前國內電動鉆機的總體結構型式和結構優點，對電動鉆機的幾個主要部件進行了優化設計，改變了目前系列巖石電動鉆機在整體式減速箱設計中存在的傳動軸較長、剛性差，以及需要在長殼體內設置中間支撐件的弊端。通過反復進行分析研究和計算，最終采用分體式減速箱機構，這種機構可以使殼體的加工難度降低，便于維修。同時這一大功率多功能電動鉆機還采用了雙排套筒滾子鏈條的技術方案，改善了以前電動鉆機單排套筒滾子鏈條傳動不穩定的缺點，使這一大功率多功能電動鉆機的結構得到優化，各項性能更加穩定。由于目前系列巖石電動鉆機全部采用的是單排套筒滾子鏈條［5］，對推進力較小的鉆機這一結構尚可使用。對于推進力較大的大功率電動鉆機，這一結構所占空間就過大。針對大功率電動鉆機存在的以上問題，筆者研制的大功率多功能電動鉆機采用分體結構及雙排套筒滾子鏈條等技術方案，解決了殼體的加工及維修難度和空間不足的限制。

3 主要性能指標

大功率多功能電動鉆機主要性能指標見表1。

表1 大功率多功能電動鉆機主要性能指標

4 結構及傳動原理

大功率多功能電動鉆機主要由電動機、兩級減速箱、導軌等機構組成［6］。電動機和減速箱組成一體稱為主機，主機上的鏈輪與固定在導軌上的鏈條嚙合，實現電動鉆機的前進和后退。通過調整變速箱背部的變速機構，可選擇最適合掘進層的鑿速。

4.1 結構

（1）主機在導軌上的運行方式。主機部分與導軌部件的連接機構形式如圖1所示，導軌由兩根槽鋼和連接銷焊接而成，前端固定有鉆桿支承座和鏈條掛鉤，后端有可調節鏈條張緊力的螺桿。

▲圖1 主機部分與導軌部件的連接機構形式

（2）軸承及潤滑方式。主軸、單頭蝸桿和雙頭蝸桿軸各部位軸承和減速箱內轉動件的潤滑均采用3號鋰基脂潤滑，減速箱內的加油量為其空腔容積的三分之二。

（3）供水裝置。大功率多功能電動鉆機主軸前端固定有供水座，壓力水通過閥門和主軸水孔及空心鉆桿，由鉆頭出水孔進入孔底，排沖巖渣。

4.2 傳動原理

傳動系統結構如圖2所示。減速箱主要有三根輸出軸［7］，一根帶動裝有鉆桿的主軸旋轉，另外兩根是對稱分布的蝸桿軸。電動機通過雙頭蝸桿蝸輪系統和摩擦片式離合器，驅動鏈輪旋轉，實現大功率多功能電動鉆機的快速退回。電動機通過單頭蝸桿蝸輪系統和摩擦片式離合器，驅動鏈輪旋轉，使大功率多功能電動鉆機自動鉆進。轉動手輪，改變單頭蝸桿上雙聯齒輪Z6、Z8嚙合位置，可實現兩種鉆進速度的互換。

5 使用方法及注意事項

5.1 使用方法

（1）根據工作面的高度、寬度及巖石孔的排列，確定大功率多功能電動鉆機架設位置。

（2）先將鏈條安裝在主機上（圖3），然后將大功率多功能電動鉆機安裝在導軌上，鏈條兩端固定在導軌上，并調整導軌后端的螺桿，使鏈條獲得一定張緊力，再將導軌固定，在各滑動面添加潤滑油后，即可進行鉆孔操作。

（3）鉆孔前，將手輪調到空檔位置，空運轉5 min，確認大功率多功能電動鉆機無異常現象，并且在主軸旋轉方向與減速箱上箭頭方向一致時，再裝上鉆桿、鉆頭，接通水源。

（4）在開鉆時，將手輪按箭頭方向緩慢旋轉，輕輕接上離合器。當鉆頭體全部進入巖石后，再使離合器完全嚙合正常鉆進。當鉆到所需深度時，應反向轉動手輪。停止鉆進后，再按箭頭反向旋轉手輪，主機迅速退回，然后將手輪轉到空檔位置，再停機進行拆卸鉆桿。

（5）鉆桿在連接前，鉆桿螺紋部分應將表面清理干凈并涂上黃油，以便于拆卸。鉆桿的裝拆使用隨機配備的管鉗操作。

（6）水源流量為30 L/min， 壓力為0.3～0.4 MPa，可直接與自來水管接通，也可利用水位差供水；在鉆煤層深孔時，水源流量為45～50 L/min。

5.2 注意事項

（1）大功率多功能電動鉆機使用時應連接具有良好漏電保護性能的綜保裝置，每班工作前檢查漏電保護性能及電機絕緣狀況，嚴禁電機在漏電狀態下工作［8］。

（2）操作人員須熟悉大功率多功能電動鉆機的性能、結構、操作方法及一般安全事項［9］。

（3）操作人員必須穿絕緣鞋，帶絕緣手套。

（4）新的大功率多功能電動鉆機使用4 h后，應調整單頭、雙頭蝸桿前后軸承間隙。

（5）通過松開圖4中的M14螺母，擰緊M14螺釘，頂緊軸承外圈，使軸承間隙變小，反之松開M14螺釘，緊固M14螺母，使軸承間隙變大，實現軸承間隙的調整。

（6）大功率多功能電動鉆機的安裝必須牢固。

（7）使用的鉆頭應是銳利的，在使用過程中必須嚴格執行先供水、后開鉆。

▲圖4 調整軸承間隙示意圖

（8）在鉆較硬巖石時，應采用低速鉆進；在鉆煤層、軟巖石時可采用高速鉆進。大功率多功能電動鉆機需變速時，必須先停機，然后轉動手輪來實現變速。

（9）在鉆孔時嚴禁操作手輪反轉，避免鉆桿連接處螺紋的松動，造成鉆桿掉入孔中 。

（10）在鉆孔中，若突然發生鉆桿被卡或鉆桿彎曲，應立即松開離合器，退回鉆桿，檢查鉆頭是否有崩片或刃口磨損過大等情況，以決定是否更換鉆頭。若遇局部硬巖層時，亦可操作離合器緩慢推進。

（11）大功率多功能電動鉆機應在電動機額定電流下使用，長期超負荷使用容易損壞機件，燒毀電動機［10］。

（12）發生下列情況時應禁止使用：①減速箱內聲音不正常，如有碰擊聲等；②電動機運轉聲音不正常，如發生有尖叫聲等；③在煤礦井下作業時，若瓦斯超標，瓦斯探測系統發出警報時。

（13）不要在工作現場拆開大功率多功能電動鉆機。

（14）大功率多功能電動鉆機每鉆進約200 m時，需要打開減速箱體上的加油孔，補充適量鋰基潤滑脂。

6 結束語

筆者研制的大功率多功能電動鉆機經客戶使用，普遍反映良好，深受中小型煤礦作業者的歡迎。