冻结发凿井中电动挖掘机的应用.pdf

试 验 研 究 试 验 研 究 T e s t a n dR e s e a r c h工程机械第3 9卷2 0 0 8年4月 1冻结法凿井冻土掘进技术现状 半个世纪以来, 我国冻结法凿井技术得到了迅 猛发展并已跨入世界先进行列, 目前我国已建成了 五百余项冻结工程,冻结深度从最早的1 0 5 m发展 到目前的7 0 0 m以上,冻结表土层厚度也由最初的 几十米发展到今天的近6 0 0 m。随着冻结深度的增 加, 冻土进入荒径的范围也相应增加, 势必给冻土的 挖掘带来很大难度, 同时, 由于冻土掘进速度的降 低, 将直接导致冻结送冷时间的延长。因此, 在深表 土冻结井筒施工中, 冻土的挖掘速度越来越成为影 响工期和成本的主要因素。然而, 长期以来, 立井井 筒冻结表土段掘进的机械化程度较低, 用于冻土挖 掘的专业设备很少, 目前国内冻土挖掘方法普遍采 用风镐掘进,即人工操作风镐破土、抓岩机抓土装 罐。 该方法占用人员多、 劳动强度大、 镐钎消耗量大, 因此, 冻结表土掘进时施工速度慢。 2电动挖掘机与中心回转抓岩机配套掘进 技术的应用 2 . 1技术论证 深表土冻结井筒的施工, 如果冻结段采用常规 的风镐与抓岩机配套的掘进方法, 将会因施工速度 缓慢而造成过多的冻土进入荒径, 并且施工速度越 慢, 冻土进入荒径就越多甚至冻实, 形成恶性循环, 因此选择合理的冻土挖掘方法是提高冻结段施工速 度的有效途径。借鉴地面土石方工程中利用挖掘机 挖 装 土和破碎砼的成功经验, 研制出用于井下冻 土掘进施工的电动挖掘机。该电动挖掘机特点是 1 尺寸小, 适用于井下狭小工作面, 在拆除动臂的 情况下, 能在井筒内上下运输;2 技术性能好、 可靠 性高、 便于维修;3 无需频繁搬运, 放在井下工作面 使用, 井筒外壁施工完一次性提升出井;4 可配套 多种工作装置,其中挖斗适用于装土和对未冻土的 挖掘、 刷帮, 破碎锤可对冻土进行冲击破碎;5 挖掘 力大,工作范围广,并可与中心回转抓岩机配合使 用;6 采用防爆电机为液压系统提供动力, 整机可 实现低温工作, 噪声小, 有利于环境保护和井下作业 人员的健康, 可节省添加通风系统的大量资金耗费。 表1是对电力驱动挖掘机与柴油驱动挖掘机进行的 生产对比分析, 可以看出, 立井施工采用电动挖掘机 更具优势。 电动挖掘机外形尺寸和工作范围见图1和图 2。挖掘机动臂可以顺时针旋转6 0 , 此时最大侧挖 距离为7 2 5 m m; 动臂也可逆时针旋转7 0 , 此时最 大侧挖距离为7 5 0 m m。挖掘机质量为5 . 2 t, 挖斗容 积为0 . 2 1 m 3 。 2 . 2操作方法 2 . 2 . 1配套掘进技术核心 电动挖掘机放置在井下工作面,通过履带式行 走机构在工作面移位,利用动臂操作铲斗挖土和刷 帮 或操作破碎锤破土 , 并将土集中在吊桶附近以 利于装罐 也可辅助装罐 ; 吊盘上安装一台中心回 转式抓岩机, 负责将挖掘机集中的土装入吊桶。 通过 挖掘机司机和抓岩机司机的密切配合辅以专职人员 的统一指挥, 两种设备在工作面实现 “双机配合” , 挖 冻结法凿井中电动挖掘机的应用 中国矿业大学机电工程学院马传银李艾民 “ “ “ “ 摘要 介绍了一种专门用于冻结法凿井的新型电动挖掘机, 该电动挖掘机极大提高了冻结法凿井中挖土的生 产效率, 降低了工人的劳动强度, 缩短了建井时间和周期, 利用电机驱动液压马达, 既降低了噪声, 又减小了发动机燃 烧不完全造成的污染。通过用户实际应用, 电动挖掘机大幅度提高了立井井筒冻结表土段的未冻土层的掘进速度, 减 少了冻土向井筒内发展的范围, 缩短了井帮暴露时间, 为安全施工和大段高模板的使用提供了有利条件, 具有广泛的 推广和应用价值。 关键词 冻结法凿井机械化电动挖掘机 2 8 试 验 研 究 试 验 研 究 T e s t a n dR e s e a r c h第3 9卷2 0 0 8年4月工程机械 图1电动挖掘机的外形尺寸 对比项目对比分析结论 设备总投资 电动挖掘机不需要柴油机及其相关附件, 也不需要燃油箱, 但需要电动机, 还增加了供电电缆、 电缆卷筒、 传动装置及电控箱, 考虑到低污染柴油机价格 贵, 综合考虑来看两者设备总投资基本持平。 基本持平 生产费用 生产费包括能源费、 修理费和司机工资, 后一项对两种挖掘机相同, 不予比 较。电能比柴油便宜, 类比瑞典波立登公司所属矿山对电力驱动和柴油机驱动 铲运机生产对比试验, 电动挖掘机比柴油挖掘机能源费低一半。 柴油机需要一笔不低的修理保养费, 而电动机在其服务期间几乎不需任何 维修, 电动机的寿命通常比挖掘机本身的寿命长。 使用电动挖掘机, 井下不需增加通风费用。 电动挖掘机生产费用远 低于柴油挖掘机 设备能力和 生产率 使用电动机的挖掘机, 其过载能力是额定转矩的2倍, 且牵引功率和回转 速度与柴油挖掘机一样, 而柴油机不可能承受高于额定值的负载, 由于具有这 些特点, 电动挖掘机理论上应比同级柴油挖掘机生产率高。 电动挖掘机同样能达到 柴油挖掘机的生产率 作业环境 电动挖掘机不排放废气, 而柴油机会排放出大量对人体有害气体, 严重污染 作业环境。 电动机的热效率也比柴油机高得多, 这样它的热辐射也远低于柴油机。 据测定资料, 在司机座附近, 电动挖掘机的噪声比柴油机驱动挖掘机低2 0 d B。 电动挖掘机优于柴油 挖掘机 机动性电动挖掘机受到拖曳电缆的限制, 机动性不如柴油机驱动的液压挖掘机。电动挖掘机机动性差 表1电力驱动和柴油机驱动的挖掘机对比分析 2 9 试 验 研 究 试 验 研 究 T e s t a n dR e s e a r c h工程机械第3 9卷2 0 0 8年4月 土与装罐同时进行, 共同完成冻结段土层的掘、 装作 业。 2 . 2 . 2电动挖掘机的上下井运输 电动挖掘机的外形尺寸较小, 只要把动臂拆除, 基本可以通过封口盘、 固定盘和吊盘。 电动挖掘机上 下井时, 拆除动臂, 利用钩头提升出井或下放到工作 面。 2 . 2 . 3电动挖掘机的站位与移位 井下空间狭小, 电动挖掘机站位必须合理。 站位 原则是避开吊桶、远离吊桶、靠近井帮或外层井 壁 、 挖掘范围大并利于刷帮、 利于把土集中在吊桶 附近 最好是两吊桶之间 。较为理想的站位点是两 吊桶连线的垂直线上并靠近井帮或外壁,如抓岩机 下方或对侧等。电动挖掘机在井下行走路线是绕圈 距井壁或井帮约0 . 5 m行走,不宜在井筒中间穿 行, 绕圈行走时挖掘机与吊桶、 抓岩机的相互干扰最 小, 便于双机配合作业。以某煤矿风井为例, 电动挖 掘机站位与移位示意见图3。 2 . 2 . 4双机配合作业 电动挖掘机挖土能力强, 而装土速度较慢, 故电 动挖掘机主要任务是挖土和将土集中在吊桶附近形 成 “土堆” 。 抓岩机的任务是装土, 因抓斗摆动速度较 慢,故在吊桶附近装土时容易控制,可提高工作效 率。 挖掘机挖土时抓斗在土堆处抓土, 挖掘机向土堆 摆臂时抓斗向吊桶运动,挖掘机卸土时抓斗向吊桶 卸土, 这样就形成了 “双机三同时” 配合作业法, 即同 时取土、 同时运土、 同时卸土。 当土层较硬而造成挖掘能力小于吊桶提升能力 时,“双机三同时”配合作业很可能在一定时间段内 被打破, 此种情况下, 挖掘机宜重点倾向于挖掘, 而 抓岩机可辅助集中散土。 双机配合作业时, 两者的摆 臂动作应为同向或反向运动, 尽量避免作相向运动, 以防相互碰撞或互相影响。 2 . 3经济技术效果 冻结法凿井中冻结表土段采用电动挖掘机与中 心回转抓岩机配套掘进技术,实践证明具有可观的 经济效益,主要体现在节省劳动力和提高施工速度 等方面。 与普通风镐掘进工艺相比, 工作面劳动力投 入由原来的0 . 7 ～0 . 8人/ m 2减少到 0 . 3 ～0 . 5人/ m 2 , 减少了4 5 左右。当土层硬度较低时施工速度可提 高5 0 以上, 当土层硬度较大时可提高2 0 左右。 电动挖掘机一次下放到工作面后,可以使用到 表土段外壁施工结束, 运输环节少; 该电动挖掘机可 靠性高、 操作方便、 易于维修; 容易与抓岩机实现双 机配合作业, 更大程度地发挥了两者各自的优势, 极 大地提高了施工机械化水平,降低了工人的劳动强 度, 提高了井下工作面的安全系数。 3应用实例和结论 在赵固煤矿风井施工时,一个段高的掘砌平均 循环时间小于1 5 h,最短的一个掘砌循环时间仅为 1 1 h段高2 . 5 m 。该电动挖掘机先后在山西高河煤 矿和淮南矿业集团朱集煤矿的冻结法凿井中得到应 用, 为上述两企业节约资金数百万元, 取得了较好的 图3挖掘机站位与移位示意 图2电动挖掘机的工作范围 3 0 试 验 研 究 试 验 研 究 T e s t a n dR e s e a r c h第3 9卷2 0 0 8年4月工程机械 经济效益和社会效益,实践证明该电动挖掘机在冻 结法凿井以及其它行业均可得到广泛应用。通过应 用实例的介绍和相关问题的分析得出的结论是 1冻结法凿井中电动机挖掘机的应用是可行 的, 并有很高的推广应用价值。 2该技术的应用大幅度提高了立井井筒冻结 表土段尤其是未冻土层的掘进速度,从时间因素上 减少了冻土向井筒内发展的范围,形成施工速度的 良性循环, 同时也缩短了井帮暴露时间, 为安全施工 和大段高模板的使用提供了有利条件。 参考文献 [ 1 ]王志刚, 赵玄栋.浅谈立井混合作业机械化配套施 工[ J ] .建井技术,2 0 0 24 2 8 - 3 2 . [ 2 ]冯旭东, 王厚良.立井井筒机械化配套快速施工[ J ] . 建井技术,1 9 9 9 4 6 - 7 . [ 3 ]王敏建, 崔建井.立井井筒表土冻结段施工工法探 讨[ J ] .煤炭技术,2 0 0 51 2 6 - 2 7 . [ 4 ]洪伯潜.特殊凿井技术在我国的发展与前景[ J ] .中 国煤炭,2 0 0 04 6 8 - 7 0 . 通信地址 江苏徐州中国矿业大学机电学院 2 2 1 0 0 8 收稿日期2 0 0 7 - 1 0 - 1 2 混凝土搅拌输送车的拌筒叶片是实现搅拌筒 功能的主体结构, 直接影响搅拌与输送混凝土的性 能, 但其设计计算复杂, 图纸绘制的工作量大。本文 针对这一情况,利用U G的参数表达式生成了螺旋 线在平面上的展开曲线, 提高了设计效率和质量。 1搅拌装置的几何结构及尺寸 图1所示为8 . 5 L P型搅拌车的搅拌装置。拌罐 前锥与圆柱段叶片为平直截面, 前锥叶片与罐壁垂 直焊接,叶片母线3 8 0 m m;圆柱段叶片母线3 8 0 m m,与罐壁成7 4 . 1 1 焊接,后锥段叶片与罐壁成 7 4 . 1 1 , 并且后锥段叶片母线沿出料方向逐渐减小。 螺旋叶片的前后锥采用非等变角对数螺旋线, 中圆 采用等角对数螺旋线。 根据以上尺寸和文献[ 3 ]中介绍的对数螺旋线 的方程, 在U G的T o o l s E x p r e s s i o n对话框中输入如 下表达式 t 0 p s i n d e g t * p i / 2 / 2 t / 2 r r 0 * e x p s i n l / t a n m * n x t - r * s i n l * c o s d e g n y t - r * s i n l * s i n d e g n z t r - 1 6 2 6 * c o s l x t 1 r * s i n l * c o s d e g n y t 1 r * s i n l * s i n d e g n z t 1 r - 1 6 2 6 * c o s l *基金项目 国家自然科学基金资助项目 5 0 5 7 5 1 0 9 混凝土搅拌车罐体和螺旋叶片展开图的实现 * 于世旭仪垂杰郭健翔 邢普 青 岛 理 工 大 学 中国农业大学工学院 “ “ “ “ 摘要 混凝土搅拌输送车的拌筒叶片设计计算复杂, 精确度低, 图纸绘制的工作量大, 效率低。根据搅拌筒的 几何参数, 结合实际, 通过研究具有不可展空间曲面的混凝土搅拌运输车搅拌筒螺旋叶片的曲面方程和展开计算, 给 出对数螺旋线的平面参数表达式。根据推导出的参数方程在U G中绘出外锥对数螺旋线、 罐体与螺旋轨迹和螺旋叶 片的平面展开图, 缩短了设计周期, 提高了设计精度, 为搅拌叶片的实际生产提供了依据。 关键词 混凝土搅拌运输车螺旋叶片螺旋面展开搅拌筒对数螺旋线参数表达式 3 1 C o n s t r u c t i o nMa c h i n e r ya n dE q u i p me n t V o l . 3 9N o . 4 A b s t r a c t s i nE n g l i s h e r e c t e dm o r et h a ns i xh u n d r e d sp i e c e so f b o xb e a m si nB e i - j i n g - T i a n j i nC i t yR a i l w a yc o n s t r u c t i o n ,o n eh u n d r e dm o r ei n Wu h a n - G u a n g d o n g a n d Z h e n g z h o u - X i a n p a s s e n g e r r a i l w a y s . T h e m a c h i n ei s6 7 . 5 m l o n g , 1 8 . 2 m w i d ea n d1 1 . 9 m h i g h , 5 1 2 t i n w e i g h t a n d s u i t a b l e t o e r e c t u n i v e r s a l b o x b e a m s o f 3 2 m , 2 4 ma n d 2 0 ms p a ni np a s s e n g e r r a i l w a yc o n s t r u c t i o n . T h eb r i d g ee r e c t o r a d o p t s a s t r u c t u r e t y p e o f d u a l a p e r t u r e s , d u a l c o n t i n u o u s b e a m s t o p r e s e n tl o w g r a v i t yc e n t e ra n db e t t e rs t a b i l i t y .I t sc a n t i l e v e r t h r o u g h a p e r t u r e t y p e i s s i m p l e , r e l i a b l e , s t a b l e a n d s a f e . I t s b e a m e r e c t i n gp r o c e s s i s s i m p l ef o r o p e r a t o r s a n dh i g hi np r o d u c t i v i t y . U n d e r s t r i c t c o n s t r u c t i o nm a n a g e m e n t , f i v ep i e c e s o f b o xb e a m s c a nb ee r e c t e di no n ed a ya n dt h eh i g h e s t e r e c t i n gr a t ei so n e p i e c e i n 1 1 0 m i n u t e s . K e y w o r d s B r i d g e e r e c t o rS t r u c t u r eT e c h n i c a l p a r a me t e r Mo d e l MG 5 0 0B e a mH o i s t e r T h e m a i n f r a m e o f m o d e l M G 5 0 0 b e a mh o i s t e r m a i n l y a d o p t s d u a l b o x b e a m s a n d i t s t w o o u t r i g g e r s c o n s i s t o f o n e r i g i d a n d o n e f l e x i - b l e s t r u c t u r e . I t s l i f t i n g c a p a c i t y i s 5 0 0 t . M a i nc a r r i e r t r a v e l s w i t h h e a v yl o a da n dat r o l l e yt r a v e l s w i t ht h eb o xb e a mi nt r a n s v e r s e d i r e c t i o n . A l l t r a v e l m e c h a n i s ma d o p t s v a r i a b l ef r e q u e n c yt e c h - n o l o g ya n dt h eb a s i cm a c h i n ei su n d e rP L Cc o n t r o l . M o n o r a i l s c h e m e i s e m p l o y e d f o r t h e c a r r i e r a n d t r o l l e y t r a v e l s . C o n s i d e r i n g t h e d i f f e r e n t a p p l i c a t i o n r e q u i r e m e n t s i n d i f f e r e n t b e a my a r d , s p a n a n dh e i g h t o f t h e b e a mh o i s t e r c a nb e c h a n g e dt h r o u g hc h a n g i n g s e c t i o n l e n g t h o f t h e m a i n b e a ma n d o u t r i g g e r s o r n e w l y f a b r i c a t e d s e c t i o n s . T h em a x i m u ms p a ni s3 3ma n dt h em a x i m u ml i f t i n g h e i g h t i s 3 4 m . Wh e n t w o s e t s o f m o d e l M G 5 0 0 o p e r a t e i n c o - o p - e r a t i o n , h o i s t i n g a n d l o a d i n g / u n l o a d i n g o p e r a t i o n f o r p r e f a b r i c a t e d , d u a l t r a c k , w h o l e s e c t i o na n dp r e s t r e s s i n g b o x c o n c r e t e b e a m s i n 2 0 m , 2 4 ma n d 3 2 ms p a n c a n b e h a n d l e d . K e y w o r d s D e d i c a t e dp a s s e n g e r r a i l w a y B e a mh o i s t e rS t r u c t u r eP e r f o r ma n c e A p p l i c a t i o n o fE l e c t r i cE x c a v a t o ri n We l lD r i l l i n g b y F r e e z i n gMe t h o d An e wt y p e e l e c t r i c e x c a v a t o r d e d i c a t e d i n w e l l d r i l l i n g b y f r e e z i n g m e t h o d i s d e s c r i b e d . Wi t h t h e e x c a v a t o r , e a r t h m o v i n g p r o d u c t i v i t y i n w e l l d r i l l i n g b y f r e e z i n g m e t h o d i s s i g n i f i c a n t l y i n c r e a s e d , l a b o r s t r e n g t hi sr e d u c e da n dt i m ea n dp e r i o dt oc o n s t r u c t aw e l l i s s h o r t e n e d . A d o p t i n g a e l e c t r i c m o t o r d r i v e nh y d r a u l i c m o t o r s , n o t o n l yi s t h en o i s ed e c r e a s e db u t a l s ot h ep o l l u t i o nd u et oi n c o m - p l e t e c o m b u s t i o no f e n g i n e i s r e d u c e d . P r a c t i c a l u s e r a p p l i c a t i o n s h o w st h a t , w i t ht h ee x c a v a t o r , t u n n e l l i n gs c h e d u l eo nu n f r o z e n s o i l l a y e r i ns u r f a c es o i l o f av e r t i c a l w e l l b a r r e l i sg r e a t l yi n - c r e a s e d , p r o g r e s s i n gr a n g eo f f r o z e ns o i l i n t ow e l l b a r r e l i s n a r - r o w e d a n d e x p o s u r e t i m e o f w e l l w a l l i s s h o r t e n e d , w h i c h p r o v i d e s p o s i t i v ec o n d i t i o n s f o r s a f ec o n s t r u c t i o na n da p p l i c a t i o no f l a r g e s e c t i o nm o u l d i n gb o a r d ; a n dd e m o n s t r a t e s b r o a d s p r o m o t i o na n d a p p l i c a t i o n v a l u e s . K e y w o r d s We l l d r i l l i n gb yf r e e z i n gme t h o d Me c h a n i z a t i o nE l e c t r i c e x c a v a t o r R e a l i z a t i o n o fU n f o l d e d D r a w i n g sf o rD r u m B o d ya n d S p i r a l V a n e s o f C o n c r e t e Mi x i n gT r u c k T h e d r u mv a n e s o f c o n c r e t e m i x i n g t r u c ka r e c o m p l i c a t e di nd e - s i g na n dc a l c u l a t i o ns o t h e y a r e l o wi na c c u r a c y . D r a w i n g p l o t t i n g v o l u m e i s h u g e a n dl o wi ne f f i c i e n c y . A c c o r d i n g t o g e o m e t r yd i - m e n s i o n s o f t h e d r u ma n di na s s o c i a t i o nw i t hp r a c t i c e , e x p r e s s i o n f o r p l a n e p a r a m e t e r s o f l o g a r i t h ms p i r a l c o r di s p r e s e n t e dt h r o u g h ar e s e a r c ho ne q u a t i o na n du n f o l d i n gc a l c u l a t i o no f s p i r a l v a n e s w h i c ha r eo f u n f o l d i n gc u r v e ds p a c i a l s u r f a c ei nm i x i n gd r u mo f c o n c r e t e m i x i n g t r u c k . A c c o r d i n g t o t h e d e r i v e dp a r a m e t e r e q u a - t i o n , l o g a r i t h ms p i r a l c o r do f o u t e r c o n e , u n f o l d e dp l a n e d r a w i n g s o f d r u m , s p i r a l t r a c ka n ds p i r a l v a n e s a r ep l o t t e di nU G . D e s i g n p e r i o di ss h o r t e n e da n dd e s i g na c c u r a c yi si n c r e a s e d . B a s i sf o r p r a c t i c a l m a n u f a c t u r e o f m i x i n g v a n e s i s p r o v i d e d . K e y w o r d s C o n c r e t e mi x i n gt r u c k S p i r a l v a n eS p i r a l p l a n e u n f o l d i n g Mi x i n gd r u m L o g a r i t h ms p i r a l c o r d P a r a me t e r e x p r e s s i o n A n a l y s i so nS o i l D i s c h a r g i n gC o n t r o l o fA u g e rC o n v e y o r o nS o i l P r e s s u r e B a l a n c i n gS h i e l d S o i l p r e s s u r e b a l a n c i n g s h i e l d i s a k i n d o f l a r g e - s c a l e c o n s t r u c t i o n e q u i p m e n t d e d i c a t e di nu n d e r g r o u n dt u n n e l b o r i n gi ns o f t s o i l .