TM+55_200探锚多功能机的研制.pdf

doi 10. 11799/ ce202009032 收稿日期 2019-09-02 基金项目 中国煤炭科工集团有限公司 “青年基金” 项目2016QN013 作者简介 马 凯1982, 男, 江苏徐州人, 副研究员, 现从事煤矿短壁开采装备的研发工作, E-mail makai3890545 163. com。 引用格式 马 凯. TM 55/200 探锚多功能机的研制 [J]. 煤炭工程, 2020, 529 157-160. TM 55/ 200 探锚多功能机的研制 马 凯 中国煤炭科工集团太原研究院有限公司, 山西 太原 030006 摘 要 目前掘进工作面存在着超前钻探、 补打锚杆锚索、 拆装水管等大量辅助工作, 现场使 用单机设备多、 人员劳动强度大。 针对上述问题展开了 TM 55/200 探锚多功能机的研制。 为满足现 场需求, 探锚多功能机设计集成了探放水、 锚索支护、 帮锚支护、 水管抓举、 巷道修复破碎、 输送 带卷绕等多项功能, 并采用了遥控、 局部自动化等操控方式。 通过探锚多功能机的研制应用可达到 减员增效、 提高作业安全的效果。 关键词 探水钻机; 侧帮锚护; 破碎锤; 机械手 中图分类号 TD421 文献标识码 A 文章编号 1671-0959202009-0157-04 Development of multi-function detect-bolting machine MA Kai CCTEG Taiyuan Research Institute, Taiyuan 030006, China Abstract As a lot of auxiliary works are conducted in tunneling face, such as advance drilling, bolting and anchoring, dismantling and assembling water pipes, many kinds of single unit equipment have to be employed, and the human labor intensity is high.In view of the above problems, the TM 55/200 multi-function detect-bolting machine is developed.In order to meet the needs of the tunneling face, the multi-functional detect-bolting machine integrates the functions of water detection and drainage, anchor cable supporting, bolt supporting, water pipe snatching, roadway repairing, conveyor belt winding, in the operation mode of remote control, local automatic control. Application of the multi-function detect-bolting machine can increase the operation efficiency with less staff, and improve operation safety. Keywords water exploring drilling rig; sidewall bolting; breaking hammer; manipulator 煤矿巷道掘进承担着为综采准备工作面的重任, 提高其综合作业效率有着重要意义[1]。 巷道掘进中 除主要的煤炭掘进、 运输及顶锚支护外, 还有超前 钻探、 疏水孔钻探[2-4]、 给排水管的安装铺设、 顶 锚索支护、 帮锚支护、 巷道平整及联巷切槽等大量 辅助工作。 超前钻探若使用自移式液压钻机, 单机 成本高昂, 若使用非自移式钻机, 设备的移动定位 较为麻烦; 给排水管道沿侧帮铺设, 当前施工时需 人工手持液压钻机站在铲车上钻孔、 安装托架。 需 要铲车司机 1 人, 钻孔人员 2 人, 由多人将水管抬 至托架上, 劳动强度较大; 顶锚索补打设备一把为 单体锚索钻机, 需要司机 1 名、 锚护人员 3 人; 侧 帮锚杆支护一般使用两臂锚杆机[5,6]及人工手持气动 锚杆同时补打, 一般需要人员 3 人; 联巷切槽需要 12 人手持风钻作业; 巷道平整修复需要专门的巷 修设备[7,8]; 在设备搬家倒面时, 输送带的收放需要 在顶板悬垂导链装置人工进行卷绕; 在现有工艺流 程中, 巷道掘进工作整体完成后再进行疏放水操作。 由此可知, 上述辅助工作需要 3 4 个专业队伍操 作, 人员超过 10 人, 单机设备多, 工人劳动强度 大, 作业效率低。 针对上述问题, 研制了一种具备探放水、 锚索 支护、 帮锚支护、 水管抓举、 巷道修复破碎、 输送 带卷绕等多项功能的可自行移动的探锚多功能机。 751 第52卷第9期 煤 炭 工 程 COAL ENGINEERING Vol. 52, No. 9 万方数据 卷电缆装置机械手组件侧帮锚护机构 电气系统液压系统 机构 l ，【] 刚【1 ．1 I搿■翻 匣 目商一 。 u - - 健 ￡ 一 I 州 _ [ k 、澜。一1 l 自 ● r _ 广r 1 墨 J 咽目月瑶L 爿I 望豳凰b啊 靠 一 西h l r r 一 ]砸l _ j 该设备操作仅需要 23 人, 可有效提高作业效率, 降低工人劳动强度, 达到减员增效的目的。 其中探 放水机构、 破碎锤机构、 卷带装置等为快换式模块 设计, 可根据实际需要进行选装, 以提高设备的利 用率。 1 主要技术参数及技术特点 1. 1 整机主要技术参数 整机主要技术参数见表 1。 表 1 探锚多功能机技术参数 参数名称数值 适应巷道高度/ mm30004500 主机尺寸/ mm470014002300 地隙/ mm189 主机机重/ t14. 6 装机功率/ kW55 行走速度/ mmin -1 0-20 爬坡能力/ 16 帮锚钻架进给深度/ mm1820 探机钻孔深度/ m200 容缆长度/ m200 1. 2 技术特点 1 采用轻型窄机身履带式底盘, 整机尺寸小, 机动灵活。 2 配置自动卷电缆装置, 运行效率高。 3 采用快换式模块设计, 作业功能全面, 可满 足掘进巷道大部分辅助作业需求。 4 整机及主要功能模块均为遥控操作, 操作人 员较少。 5 探放水机构钻进时钻杆自动接续, 自动化程 度高。 2 整机结构设计 TM55/200 探锚多功能机分为主机部分和快换模 块部分。 探放水机构、 破碎锤机构、 卷皮带装置等 模块均通过底盘上的快换机构与主机连接。 2. 1 主机结构设计 主机部分主要由底盘、 卷电缆装置、 机械手组 件、 侧帮锚护机构、 电气系统、 液压系统等部分组 成, 具体结构如图 1 所示。 2. 1. 1 底盘 探锚多功能机底盘包括履带架、 中间机架、 履 带行走机构、 后稳定支撑机构、 快换机构图 1 中序 号 4等。 底盘是各功能部件及执行机构的安装基 座, 决定了整机布置的合理性。 多功能机机身窄小, 又采用了快换机构, 快换模块中探放水机构重量较 图 1 TM 55/200 探锚多功能机主机部分 大, 快换前后对整机重心影响较大。 因此在底盘设 计中充分考虑了各种工况下整机的稳定性、 通过性、 转向性等, 在轻量化通用履带底盘的基础上, 开发 设计了具有快换机构的多功能机专用底盘。 2. 1. 2 机械手组件 机械手组件如图 2 所示, 设计中借鉴了工程设 备机械手[9,10]和矿用抱柱机结构, 实现抓送水管功 能, 可适应 108mm、 159mm、 219mm 规格的水管抓 举。 抓管机械手需适应从 34. 5m 的巷道高度范围, 跨过运输机抓送水管, 且收回时要完全并回狭小的 机身范围内, 同时具备将整个水管框提起并抓送到 位的能力, 即需具备宽广的抓举重量范围及抓送幅 度。 在抓送水管时抓手要具备夹紧、 摆动、 回转等 多自由度, 以便于调节安装水管。 在设计中利用回 转减速器、 多级伸缩套筒等各种结构形式, 尽量扩 展抓手终端的运动空间; 通过动力学仿真分析合理 分配各级连杆工作长度, 在提高作业范围及改进连 杆、 油缸受力状况之间进行了有效平衡。 图 2 机械手组件 2. 1. 3 侧帮锚护机构 侧帮锚护机构如图 3 所示, 在整机上横向布置, 采用电液控制的湿式钻机, 主要用于巷道两侧帮锚 851 装备技术 煤 炭 工 程 2020 年第 9 期 万方数据 套 杆的补充锚护作业。 侧帮锚护机构采用多级连杆机 构提高锚护覆盖范围。 设计中明确各连杆机构的有 效作业范围, 深入分析了各连杆的运动包络轨迹, 对各项操作进行轨迹优化, 以提高作业效率, 简化 实际操作。 图 3 中曲线 a 为钻架回转中心点的运行 轨迹, 曲线 b 为钻架钻杆顶点在机身右侧的运动包 络轨迹左侧运动轨迹未标示出, 据此可得到侧帮 锚护的工作范围。 图 3 侧帮锚护机构 侧帮锚护机构主要技术参数 钻机进给长度 1820mm, 最大进给力 28kN, 钻进速度 0 20m/ min, 钻机转速 50050r/ min。 2. 1. 4 卷电缆装置 多功能机由拖曳电缆提供电源, 设计配备了机 载自动卷电缆装置。 该装置可容纳一定长度的电缆, 随设备后退前进自动收放电缆。 卷电缆装置由液压 马达、 卷缆滚筒、 排缆机构、 满缆保护等部件组成。 卷缆装置的收放缆动作由卷缆阀自动控制, 可时刻 保持电缆有一定的张紧力, 防止设备行走时倾轧电 缆。 卷缆装置容缆量为 200m。 2. 1. 5 液压系统 探锚多功能机的液压系统比较复杂, 分为行走 回路、 卷缆回路、 加油张紧回路、 侧帮锚护回路、 探放水控制回路、 破碎锤控制回路、 机械手控制回 路、 平台及辅助控制回路等, 另外还为锚索张拉机 具提供了控制油路。 液压系统采用 1 个负载敏感变 量泵供液, 控制马达、 油缸共计 40 余个。 2. 1. 6 电控系统 电控系统是探锚多功能机的控制中枢, 用来对 泵电机以及多个电磁阀实施控制, 具有短路、 过载、 断相、 过热、 漏电监视、 漏电闭锁等保护功能。 电 控系统主要由主电控箱、 操作箱、 显示箱、 电磁阀 驱动器、 遥控接收机、 远程控制箱、 主控制器、 传 感器、 电磁阀等部件组成。 探锚多功能机的机械手、 侧帮锚护、 探放水机构、 破碎锤机构等多个工作机 构均为遥控操作, 其中探放水机构钻杆接续等工作 部分实现了自动化操作 。 2. 2 快换模块设计 快换模块主要包括探放水机构、 破碎锤机构以 及卷皮带装置等功能模块。 各模块通过主机底盘上 的快换机构实现快速拆卸更换。 安装了探放水机构 的探锚多功能机整机如图 4 所示。 以下重点介绍探 放水机构、 破碎锤机构的结构设计。 图 4 安装了探放水机构的整机 2. 2. 1 探放水机构 探放水机构是探锚多功能机的核心机构, 集锚 索支护、 疏放水、 探水三项功能于一体, 总体结构 如图 5 所示。 图 5 探放水机构 探放水机构采用湿式钻孔, 配备自动钻架, 可 机载 8 根探杆钻杆, 钻进作业时钻杆可自动接续。 探放水机构设计采用了回转减速器及两级提升机构, 提高了钻机适应范围。 钻进时采用支撑机构撑顶, 提高了钻进稳定性及安全性。 针对锚索支护与探水 钻探工况、 钻杆直径的较大差别, 专项研究设计了 适应多钻杆尺寸系列的自动钻架料杆仓及机械手、 同时适应探水钻机及湿式锚索钻机工况的供水装置 以及基于该供水装置的钻杆自动接续及拆卸机构。 探放水机构主要技术参数为 钻孔深度 200m, 探水钻杆直径 50mm, 转矩 1200320Nm, 转速 80280r/ min, 最大进给/ 起拔力 45kN, 单次推进 行程 1000mm, 主轴倾角-10 90, 工作台回转角 951 2020 年第 9 期 煤 炭 工 程 装备技术 万方数据 ＼＼＼．一f．／．．／／ ＼＼．＼．八，。，．／／ 90。 2. 2. 2 破碎锤机构 破碎锤机构如图 6 所示, 主体结构借鉴了挖掘 机工作机构[11-13], 通过安装底座与主机进行快换连 接, 主要用于巷道平整及联巷切槽等辅助工作。 破 碎锤机构采用回转减速器、 多连杆机构、 摆动油缸 等结构方式, 有效工作范围较广。 图 6 中曲线 c 为 破碎锤回转中心点的运行轨迹, 据此可得到破碎锤 的破碎作业范围。 图 6 破碎锤机构 3 结 语 通过对 TM 55/200 探锚多功能机研制背景及主 要结构的设计说明可以看出, 该设备具备探放水、 锚索支护、 帮锚支护、 水管抓举、 巷道修复破碎、 皮带卷绕等多项功能, 操作仅需要人员 23 人, 可 有效提高作业效率、 降低工人劳动强度、 降低设备 采购使用成本等。 后续将基于安全作业规程要求, 结合探锚多功能机能力及特点, 优化工艺流程, 将 原分散的辅助作业进行集中化、 区域化处理, 以充 分利用探锚多功能机的能力, 提高系统作业效率。 探锚多功能机将具有广阔的市场应用前景。 参考文献 [1] 赵学社. 煤矿高效掘进技术现状与发展趋势 [J]. 煤炭科学 技术, 2007, 354 1-10. 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