掘进机机载锚杆钻机结构设计研究.pdf

第2 9 卷第7 期煤矿机械 V 0 1 ．2 9 5 1 0 ．7 2 0 0 8 97 月 C o a lM i n eM a c h i n e r y ‘ J u l ．2 0 0 8 盱设计计算嗣 掘进机机载锚杆钻机结构设计研究 周桂英1 。陈洪月2 。刘辉2 ，王铁雷3 1 ．天津科技大学机械学院，天津3 0 0 2 2 2 ；2 ．辽宁工程技术大学机械学院，辽宁阜新1 2 3 0 0 0 ； 3 ．沈阳矿山机械有限公司，沈阳1 1 0 0 4 2 摘要对锚杆钻机的结构进行了设计，通过对掘进机与锚杆钻机之间的安装位置的分析及 掘进机与锚杆钻机连接方式等关键技术的处理，设计一种既能够打巷道顶部锚杆孔、又能打侧帮锚 杆孔的机载式锚杆钻机。 关键词锚杆钻机；安装位置；设计研究 中图分类号T D 4 2 2 ．2 文献标志码A 文章编号1 0 0 3 ．0 7 9 4 2 0 0 8 0 7 0 0 1 1 ．0 2 D e s i g na n dR e s e a r c ho fB o l t e rS t r u c t u r eo nR o a d h e a d e r Z H O U G u i y i n g 。c 1 吲H o n g y u 矿。L I U I I l J r 。W A N G T i e l e r 【1 ．M e c h a n i c a lC o l l e g e - T i a n j i nU n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y 。T i a n j i n3 0 0 2 2 2 ，C h i n a ； 2 ．M e c h a n i c a lC o L l e g eo fL i a o n i n gT e c h n i c a lU n i v e r s i t y - F u x i n1 2 3 0 0 0 。C h i n a ； 3 ．S h e n y a n gM i n i n gM a c h i n e r yC o ．，L t d ．，S h e n y a n g1 1 0 0 4 2 。C h i n a A b s t r a c t 7 n 屺s t r u c t u r eo fb o l t e rw a sd e s i g n e d 。t h r o u g ht 1 1 eb o l t e ri n s t a l l e dl o c a t i o na n a l y s i s ，r o a d h e a d e ra n d l i n ks t y l eo fb o l t e ra n do t h e ri m p o r t a n tt e c h n o l o g ys o l v e ，d e s i g n e dab o l t i n gm a c h i n eO i lr o a d h e a d e rw h i c hc a n b o t hd r i l lt u n n e ls i d ea n dt o pb l o t ’Sh o l e ． K e yw o r d s b o h e r ；i n s t a l l e dl o c a t i o n ；s t u d y 1 掘进机机载锚杆钻机设计原则 根据掘锚联合机组的性能和综掘巷道锚杆支护 的工艺特点，机载式液压锚杆钻机设计应遵循以下原 则 1 单体液压锚杆钻机为关键部件，液压锚杆钻机 的适应性要强； 2 掘进机与液压锚杆钻机应有良好 的配套陛，互不影响各自使用功能，不发生干涉； 3 设计的锚杆钻机应能满足锚一排锚杆孑L ，掘进机移位 一次的要求； 4 液压锚杆钻机液压油路连接简单； 5 机组结构简单、机身矮、钻孔深、操作方便。 2 锚杆钻机结构设计 在巷道的锚杆支护中，锚杆钻机打锚杆孑L 时，工 人大多是在空顶区下对巷道进行打锚杆孑L ，因而需 要对空顶区进行临时支护。此外，在传统的巷道锚 网支护中，铁丝网都是由人工铺设在巷道顶上的，工 人操作繁琐、费时费力。所以在设计锚杆钻机时为 其设置了临时支护装置，它起临时支护及安装锚网 的作用，这套锚杆钻机与单体锚杆钻机不同，它分为 旋转切削机构、推进机构和支护机构。 锚杆钻机主要由主机架、支护装置、一次推进装 置、双倍程推进机构、液压马达及液压马达的辅助装 置组成，如图1 所示。。 1 主机架 主机架是整个锚杆钻机的承载部，主机架两侧 是2 个T 形滑道，一侧作为支护架的滑道，另一侧作 为推进装置的滑道，主机架的底部用于固定支护推 进液压缸和滑道推进装置液压缸。 图1 锚杆钻机结构示意图 1 ．支护装置2 ．主机架3 ．一次推进装置4 ．锚杆钻机液压马达及 辅助装置5 ．双倍程推进液压缸6 ．链条7 ．链轮 2 支护装置 支护装置是由支护架和支护液压缸组成，在钻孔 前将支护液压缸伸长，支护液压缸的活塞杆带动支护 架沿着主机架的滑道上升，支护架将锚网固定在巷道 顶部，对巷道进行支护，防止巷道顶部石块塌落。 3 一次推进装置 一次推进装置由滑道推进液压缸及液压马达滑 道组成，液压马达滑道与推进液压缸的活塞杆固定， 在滑道推进缸的作用下马达滑道沿主机架上升，马 达滑道上升的同时还带动双倍程机构及液压马达上 升，将锚杆钻头送到指定位置。 4 双倍程推进机构 由于巷道截面限制，如果锚杆钻机尺寸过大，将 锚杆钻机加载到掘进机后，锚杆钻机运动范围将会 受到影响，有时甚至根本无法运动。为了节省空间， 减小锚杆钻机的整体长度，使用双倍程推进机构实 万方数据 V 0 1 ．2 9 N o ．7掘进机机载锚杆钻机结构设计研究周桂英，等第2 9 卷第7 期 现钻机推进。推进机构安装在锚杆钻机马达滑道中 间。锚杆钻头的推进力由双倍程推进液压缸提供， 液压缸的缸筒与马达滑道的底板固定连接，活塞杆 与链轮轴铰接，链轮轴安装在马达滑道的滑槽内，沿 滑槽滑动，链条一端连接在马达滑道的底板上，另一 端连接在液压马达上。液压缸推动链轮沿滑槽上 升，链轮在上升同时旋转并带动链条上升，链条拉动 液压马达沿滑道上升。通过使用动滑轮式链轮，使 马达的行程达到液压缸行程的2 倍，实现一次成孔。 3 掘进机机载锚杆钻机的主要技术规格 1 适用巷道范围 巷道高度／m 2 ．4 ～4 ．8 巷道宽度／m 3 ～5 巷道面积／m 27 ．2 ～2 4 适应围岩抗压强度／k P a 、 8 0 0 普氏岩石硬度系数f 8 巷道断面形状矩形、梯形、拱形等。 2 机构伸展范围 锚杆钻机最大翻转角／ 。 1 2 0 锚杆钻机最大伸展角／ 。 1 1 0 钻孔直径Ⅳ哪2 8 、3 2 、4 2 钻孔深度 一次钻孑L 深度 ／m 1 3 锚杆钻技术参数 钻机转速／r m i n 。1 4 0 0 钻机输出扭矩／N m 1 8 0 最大推进力／k N 6 ．0 4 掘进机机载锚杆钻机关键技术的处理 1 锚杆钻机的安装位置 为了使掘进机与锚杆钻机结合后能够协调工 作，在设计、安装过程中必须解决以下问题锚杆钻 机与掘进机之间稳定连接；掘进机与锚杆钻机不会 发生运动干涉；由于巷道的空间有限，要尽量减小整 个支护机构的尺寸；要求锚杆钻机能够在掘进机掘 进范围内都能满足打锚杆孔；支护结构相对简单，操 作方便。考虑到以上问题，决定将锚杆钻机安装在 截割臂的上盖板上 见图2 。 图2 机载式锚杆钻机 1 ．锚杆钻机2 ．伸展液压缸3 ．传动轴4 ．推进板5 ．翻转液压 缸6 ．差补液压缸7 ．上盖板8 ．掘进机 在掘进机的盖板上开设一条直线滑道，滑道与 推进板下的销轴间为槽连接，推进板在两差补液压 缸的作用下既可以沿滑道向前滑动，又可以绕自身 的销轴转动，锚杆钻机铰接在推进板上的传动轴上， 伸展一端铰接在锚杆钻机上，一端铰接在传动轴上。 打顶部锚杆孑L 时，利用翻转液压缸将锚杆钻机竖起， 同时对巷道顶部进行打锚杆孔，然后利用截割臂的 左右摆动及调整差补油缸来确定下2 个锚杆孔的位 置，实现对顶部打一排锚杆孔。打侧帮锚杆孑L 时，利 用伸展油缸将锚杆钻机调整到合适位置，然后再利 用截割臂的升降及差补油缸的推进来打一排侧帮锚 杆孔。 该方案的优点整机的机构比较简单、紧凑；受 力合理；锚杆钻机活动范围大、动作灵活，既可以打 顶部锚杆，又可以打侧帮锚杆，并且通过调整截割臂 的位置，可以实现打巷道整个断面的锚杆孑L 。 2 锚杆钻机动力源的选择 机载锚杆钻机可以与掘进机共用泵站，也可单 独设置泵站。由于E B Z 一1 6 0 型掘进机本身带有锚 杆钻机油路接口，所以这里可以直接利用掘进机的 泵站作为动力源，而不需为锚杆钻机系统重新配备 动力源。掘进机与锚杆钻机共用泵站不仅节约了空 间，并且使锚杆钻机液压管路的连接也变得相对简 单。 5 结语 把掘进机与锚杆钻机有机地结合在一起，不仅 使钻孔过程变得稳定，而且掘进机与锚杆钻机共用 一个液压泵，无需另外为锚杆钻机配备动力源，减少 了巷道内液压管道的数目，解决了以往巷道拥挤的 现状，它的最大优点是使掘进机具有了锚孔的功能， 解决了掘进机截割与巷道支护之间时间跨度较长的 难题，极大地提高了掘进速度。 参考文献 1 1 ] 徐锁庚．综掘工作面乳化液锚杆钻机组设计分析[ J ] ．煤矿机械， 2 0 0 4 ，2 5 1 3 5 ． [ 2 ] 何满潮，袁和生．中国煤矿锚杆支护理论与实践[ M ] ．北京科学 出版社。2 0 0 4 ． [ 3 ] M aNJ ，H uCs ，L i uXc ，e ta 1 ．T h el 砌e r g r ∞n ds t r e t Ⅺd e s 岫m e t h o d 0 fc o a le n t r yb o l ts u p p o r t i n g [ a ] ．G r o u n dP r e s s u r ea n dS t r u m ∞a t r o l 。 1 9 9 7 ，1 4 3 ／4 1 9 5 1 9 7 ． [ 4 ] 成大先．机械设计手册[ K ] ．北京化学工业出版社，2 0 0 4 ． [ 5 ] 张惠德．掘进机械化成套设备选型手册[ K ] ．北京煤炭工业出版 社．1 9 9 0 ． 作者简介周桂英 1 9 5 5 一 ，女，辽宁阜新人，副教授，1 9 7 8 年 毕业于辽宁工程技术大学矿山机电专业，现任教于天津科技大学机 械学院，主要从事机械动态设计与计算机仿真的研究与教学工作，电 话0 2 2 6 0 2 7 3 2 0 5 ，电子信箱蛔 嘁．e d u ．a 1 ． 一1 2 一 收稿日期2 0 0 8 - 0 1 ．2 1 万方数据