胡海峰,魏斌斌,陸惠明
(浙江杭鉆機(jī)械制造股份有限公司,浙江 杭州 310020)
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ZDY4000LS型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)的研制
胡海峰,魏斌斌,陸惠明
(浙江杭鉆機(jī)械制造股份有限公司,浙江 杭州 310020)
一般傳統(tǒng)鉆機(jī)主要由主機(jī)、操作臺(tái)、泵站三大件組成,質(zhì)量大,搬運(yùn)不方便。ZDY4000LS型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)是一種新型的鉆機(jī),結(jié)構(gòu)布置合理,輔助功能齊全,它能有效地改善中小煤礦鉆孔施工效率,提高鉆掘產(chǎn)量,降低工人勞動(dòng)強(qiáng)度。主要介紹了ZDY4000LS型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)的主要技術(shù)參數(shù)、結(jié)構(gòu)布局特點(diǎn)、液壓系統(tǒng)及生產(chǎn)試驗(yàn)情況。試驗(yàn)應(yīng)用表明,對(duì)于巷道較小或者有運(yùn)輸皮帶限制的煤礦巷道,該鉆機(jī)具有推廣價(jià)值。
坑道鉆機(jī);履帶自行;液壓傳動(dòng)
煤炭是我國(guó)的主要能源,目前國(guó)有重點(diǎn)煤礦的礦井大多數(shù)屬于瓦斯礦井,其中高瓦斯礦井和突出礦井占全國(guó)礦井總數(shù)的44%,預(yù)防和控制瓦斯爆炸事故是實(shí)現(xiàn)煤礦安全生產(chǎn)的關(guān)鍵。為了確保煤礦安全生產(chǎn),國(guó)家煤礦安全監(jiān)察局提出了“先抽后采,監(jiān)測(cè)監(jiān)控,以風(fēng)定產(chǎn)”的十二字方針。所謂先抽后采就是利用煤礦鉆機(jī)鉆孔,預(yù)抽瓦斯,減小瓦斯?jié)舛?,保證安全生產(chǎn)[1-2]。
目前,國(guó)內(nèi)煤礦液壓鉆機(jī)主要以三大件機(jī)型為主,主要由主機(jī)、泵站及操作臺(tái)組成。一般煤礦瓦斯抽放孔孔深在100~300 m左右,鉆機(jī)成孔速度快,搬運(yùn)較為頻繁。因此,采用普通三體式鉆機(jī)需要搬遷、組裝及穩(wěn)固,耗費(fèi)時(shí)間,嚴(yán)重影響鉆孔效率。而市場(chǎng)上大多數(shù)履帶鉆機(jī),存在結(jié)構(gòu)布置不合理、寬度寬,調(diào)角不方便等缺陷,很難被中小煤礦所接受[3-4]。
針對(duì)中小煤礦出現(xiàn)的瓦斯抽放鉆進(jìn)鉆孔效率、鉆機(jī)輔助工作時(shí)間及鉆機(jī)利用率等問(wèn)題,特別研制了ZDY4000LS型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī),該鉆機(jī)具有自主行走、結(jié)構(gòu)布置合理、可靠性高及輔助功能全等突出優(yōu)點(diǎn),特別適用于巷道較小或者有運(yùn)輸皮帶限制的煤礦巷道。
2.1 鉆機(jī)布局
ZDY4000LS型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)為整體布局,如圖1所示,主要由開(kāi)關(guān)1(用戶自配)、移動(dòng)沙箱2(用戶自配)、操作臺(tái)3、動(dòng)力源4、行走裝置5、油箱6、主機(jī)7等部件構(gòu)成。動(dòng)力源、油箱、操作臺(tái)、行走裝置、穩(wěn)固機(jī)構(gòu)、操作臺(tái)各部分之間用高壓軟管連接,共同安裝在履帶底盤上[5-7]。
2.1.1 行走裝置
鉆機(jī)行走裝置主要由履帶總成、車體平臺(tái)、液壓支柱等部件組成。鋼制履帶總成配置柱塞式減速馬達(dá)、剎車制動(dòng)裝置及張緊裝置。車體平臺(tái)采用船形結(jié)構(gòu),在有效避開(kāi)障礙物的前提下,保證行走裝置的整體剛性。行走裝置側(cè)面配置4個(gè)液壓支柱,自帶液壓鎖,實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)工作時(shí)支撐與頂固。
表1 ZDY4000LS型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)技術(shù)參數(shù)
2.1.2 動(dòng)力源
動(dòng)力源是鉆機(jī)的動(dòng)力輸入端,由電機(jī)和串泵組成。設(shè)計(jì)采用B35電機(jī)安裝形式,通過(guò)連接架連接串泵,內(nèi)部采用梅花形彈性聯(lián)軸器,結(jié)構(gòu)緊湊、實(shí)用。采用板翅式冷卻器,對(duì)液壓油進(jìn)行強(qiáng)制冷卻,有效提高液壓系統(tǒng)效能。
2.1.3 油箱
油箱采用矩形整體式結(jié)構(gòu),與動(dòng)力源并排布置。內(nèi)部設(shè)計(jì)有回油過(guò)濾器、空氣濾芯器、外置式吸油過(guò)濾器、泄油管總成及擋板等。油箱內(nèi)部采用磷化處理,保證油液清潔度。油箱額定容積為300 L。
2.1.4 主機(jī)
主機(jī)是ZDY4000LS型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)的核心工作部件,主要由液壓立柱、機(jī)身、馬達(dá)、動(dòng)力頭、托板、液壓卡盤、液壓夾持器和給進(jìn)油缸等組成。液壓立柱實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)支撐和頂固;機(jī)身內(nèi)部安裝有雙伸出雙作用油缸,通過(guò)托板連接至減速器,實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)給進(jìn)起拔;機(jī)身底下配置液壓升降油缸,實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)自動(dòng)升降調(diào)角;減速器采用兩級(jí)齒輪減速結(jié)構(gòu),通過(guò)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng),輸入至減速箱,通過(guò)主軸傳遞至卡盤,實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)回轉(zhuǎn)。減速器內(nèi)部采用液壓油循環(huán)潤(rùn)滑與冷卻;液壓卡盤采用膠筒式結(jié)構(gòu),通過(guò)配油盤將高壓液壓油輸入至卡盤,夾緊力大,使用壽命長(zhǎng)。液壓卡盤與主軸通過(guò)銷軸連接,可靠傳遞扭矩;液壓夾持器采用復(fù)合式結(jié)構(gòu),通過(guò)碟簧及液壓夾緊、液壓打開(kāi),能實(shí)現(xiàn)機(jī)械擰卸鉆桿。主機(jī)整體安裝于轉(zhuǎn)盤上,通過(guò)回轉(zhuǎn)軸承實(shí)現(xiàn)±90°回轉(zhuǎn),回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)通過(guò)液壓馬達(dá)帶動(dòng)嚙合齒輪實(shí)現(xiàn)自動(dòng)驅(qū)動(dòng)。
1—開(kāi)關(guān);2—移動(dòng)沙箱;3—操作臺(tái);4—?jiǎng)恿υ矗?—行走裝置;6—油箱;7—主機(jī)圖1 ZDY4000LS型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)結(jié)構(gòu)
2.1.5 操作臺(tái)
操作臺(tái)是ZDY4000LS型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)的控制中心,由主操作臺(tái)、行走操作臺(tái)和輔助操作臺(tái)組成。鉆機(jī)主操作臺(tái)控制鉆機(jī)回轉(zhuǎn)、給進(jìn)、起拔、卡盤、夾持器打開(kāi)與夾緊。行走操作臺(tái)控制鉆機(jī)履帶前進(jìn)、后退、轉(zhuǎn)彎及原地旋轉(zhuǎn)。輔助操作臺(tái)控制鉆機(jī)升降調(diào)角、液壓支柱上下頂固及回轉(zhuǎn)平臺(tái)轉(zhuǎn)向方位控制。整個(gè)操作臺(tái)安裝于履帶平臺(tái)后方,遠(yuǎn)離孔口操作,保障操作人員的安全,同時(shí)能方便地觀察鉆機(jī)孔口工作狀態(tài)。
2.2 特點(diǎn)
(1)該鉆機(jī)具有自主行走、轉(zhuǎn)向功能,結(jié)構(gòu)緊湊,便于搬遷運(yùn)輸。
(2)液壓系統(tǒng)為雙油泵系統(tǒng),回轉(zhuǎn)和給進(jìn)的鉆進(jìn)工藝參數(shù)可獨(dú)立調(diào)節(jié),變量馬達(dá)可實(shí)現(xiàn)恒功率調(diào)速,變量油泵可實(shí)現(xiàn)恒轉(zhuǎn)矩調(diào)速。
(3)液壓卡盤和雙向作用式夾持器的配合動(dòng)作,可實(shí)現(xiàn)機(jī)械擰卸鉆桿。
(4)兩支液壓支柱安裝于轉(zhuǎn)盤上方,通過(guò)兩支液壓缸的調(diào)整并將鉆機(jī)穩(wěn)固在鉆場(chǎng)中。同時(shí)配有節(jié)套,能適應(yīng)不同高度的巷道。底下4個(gè)液壓支柱固定于行走裝置側(cè)面,通過(guò)操作臺(tái)遠(yuǎn)程操作,實(shí)現(xiàn)鉆機(jī)穩(wěn)固。
(5)回轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)采用液壓馬達(dá)帶動(dòng)回轉(zhuǎn)軸承,通過(guò)操作臺(tái)遠(yuǎn)程操作,可以實(shí)現(xiàn)±90°回轉(zhuǎn)。
(6)機(jī)身通過(guò)液壓升降油缸升降,傾角調(diào)節(jié)方便。
(7)更換不同直徑的卡盤、夾持器卡瓦組可夾持不同直徑的鉆桿。
(8)液壓元件均采用國(guó)內(nèi)外優(yōu)質(zhì)產(chǎn)品,保證整機(jī)性能穩(wěn)定可靠。
3.1 原理
該鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)為雙泵供油的開(kāi)式循環(huán)系統(tǒng),液壓系統(tǒng)原理[8-10]如圖2所示。
1—電動(dòng)機(jī);2—主泵;3—副泵;4—主泵截止閥;5—副泵截止閥;6—主泵吸油過(guò)濾器;7—副泵吸油過(guò)濾器;8—液位液溫計(jì);9—空氣濾芯器;10—油箱;11—回油過(guò)濾器;12—冷卻器;13—節(jié)流閥;14—主泵壓力表;15—單向閥;16—液控單向閥;17—主泵安全閥;18—液控閥;19—手動(dòng)換向閥;20—副泵安全閥;21—副泵壓力表;22—手動(dòng)換向閥;23—順序閥;24—減壓閥;25—手動(dòng)換向閥;26—液控?fù)Q向閥;27—單向閥;28—液控單向閥;29—卡盤壓力表;30—壓力管路過(guò)濾器;31—梭閥;32—正轉(zhuǎn)調(diào)壓閥;33—夾持器;34—馬達(dá);35—卡盤;36—梭閥;37—給進(jìn)起拔壓力表;38—單向節(jié)流閥;39—油缸;40—多路換向閥;40A—調(diào)壓閥;41—多路換向閥;41A—調(diào)壓閥;41B—調(diào)壓閥;41C—節(jié)流閥;42—回轉(zhuǎn)馬達(dá);43—升降油缸;44—立柱油缸;45—后支腿;46—前支腿;47—履帶馬達(dá)圖2 ZDY4000LS型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)液壓系統(tǒng)原理
該鉆機(jī)液壓操作系統(tǒng)主要由履帶行走多路換向閥40、切換閥、主機(jī)多路換向閥41、馬達(dá)換向閥19、鉆進(jìn)卸鉆功能閥25、給進(jìn)后退換向閥22、集成閥塊等組成。主泵2為鉆機(jī)動(dòng)力頭回轉(zhuǎn)馬達(dá)動(dòng)力源,副泵3為給進(jìn)、起拔、卡盤35、夾持器33、履帶行走47及其他輔助機(jī)構(gòu)提供供油動(dòng)力。
電動(dòng)機(jī)1帶動(dòng)主油泵2,經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)、截止閥4吸入低壓油,經(jīng)集成閥塊輸出,主要供馬達(dá)旋轉(zhuǎn)工作。液壓馬達(dá)正轉(zhuǎn)時(shí),一部分液壓油可以通過(guò)單向閥補(bǔ)油至液壓卡盤35工作,實(shí)現(xiàn)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時(shí)與卡盤的聯(lián)動(dòng)功能,同時(shí)保證卡盤可靠夾緊鉆桿鉆進(jìn);液壓馬達(dá)反轉(zhuǎn)時(shí),一部分液壓油可以通過(guò)單向閥31補(bǔ)油至液壓卡盤工作,一部分液壓油可以補(bǔ)油至夾持器33工作,實(shí)現(xiàn)馬達(dá)旋轉(zhuǎn)時(shí)與卡盤夾持器的聯(lián)動(dòng)功能,同時(shí)保證卡盤與夾持器可靠擰卸鉆桿。
電動(dòng)機(jī)1帶動(dòng)副油泵3,經(jīng)過(guò)濾網(wǎng)、截止閥5吸入低壓油,進(jìn)入履帶行走閥40、切換閥、主機(jī)閥41,再進(jìn)入集成閥塊輸出,主要供履帶行走、給進(jìn)起拔和卡盤夾持器工作以及液壓支柱、回轉(zhuǎn)馬達(dá)和升降油缸工作。
多路換向閥40,主要供給履帶行走及主機(jī)切換閥,該閥為過(guò)橋多路換向閥。第一片閥為主機(jī)功能切換閥,中位工作時(shí),副泵液壓油至履帶行走閥片及多路換向閥41工作,可實(shí)現(xiàn)履帶行走獨(dú)立控制及輔助功能控制;前位工作時(shí),副泵液壓油至集成閥塊,控制卡盤夾持器及給進(jìn)起拔聯(lián)動(dòng)工作。第二片閥至第三片閥為履帶行走控制閥,動(dòng)作該閥片至前位時(shí),履帶前進(jìn);動(dòng)作該閥片至后位,履帶后退;一前一后工作時(shí),可實(shí)現(xiàn)履帶原地旋轉(zhuǎn)。
多路換向閥41,主要供給主機(jī)升降、主機(jī)回轉(zhuǎn)及鉆機(jī)液壓支柱頂固。第一片閥是控制主機(jī)回轉(zhuǎn)的手柄,該閥片自帶調(diào)壓閥,能實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程控制回轉(zhuǎn)馬達(dá)控制壓力。第二片閥控制主機(jī)升降的手柄,該閥片自帶單向節(jié)流閥,能遠(yuǎn)程調(diào)節(jié)鉆機(jī)主機(jī)升降速度;升降油缸自帶液壓鎖,能起到保壓鎖緊功能。第三片閥是控制上液壓支柱升降的手柄,該閥片自帶液壓鎖,能起到保壓支護(hù)功能。第四及第五片是控制下液壓支柱的手柄,同樣,這兩個(gè)閥片也自帶液壓鎖,能起到鉆機(jī)支撐時(shí)保壓功能,防止鉆機(jī)松動(dòng)。
集成閥塊將馬達(dá)換向閥19、鉆進(jìn)卸鉆功能閥25、給進(jìn)后退換向閥22、液控?fù)Q向閥及其他輔助功能閥于一體,結(jié)構(gòu)緊湊,操作方便。
3.2 工作狀態(tài)
(1)當(dāng)“馬達(dá)換向手柄19”處于正轉(zhuǎn),“鉆進(jìn)卸鉆功能手柄25”處于下鉆狀態(tài)。
動(dòng)作“給進(jìn)后退換向手柄22”,當(dāng)手柄處于給進(jìn)狀態(tài),卡盤立即夾緊,夾持器松開(kāi),馬達(dá)正轉(zhuǎn),鉆機(jī)向前鉆進(jìn);當(dāng)手柄處于起拔狀態(tài),卡盤立即松開(kāi),夾持器夾緊,馬達(dá)停轉(zhuǎn),動(dòng)力頭快速后退。
(2)當(dāng)“馬達(dá)換向手柄19”處于正轉(zhuǎn),“鉆進(jìn)卸鉆功能手柄25”處于起鉆狀態(tài)。
動(dòng)作“給進(jìn)后退換向手柄22”,當(dāng)手柄處于起拔狀態(tài),卡盤立即夾緊,夾持器松開(kāi),馬達(dá)正轉(zhuǎn),鉆機(jī)快速后退起拔鉆桿;當(dāng)手柄處于給進(jìn)狀態(tài),卡盤立即松開(kāi),夾持器夾緊,馬達(dá)停轉(zhuǎn),鉆機(jī)往前快速給進(jìn);當(dāng)手柄處于中位狀態(tài),卡盤立即夾緊,夾持器夾緊,“馬達(dá)換向手柄19”置于反轉(zhuǎn),鉆機(jī)立即可以卸鉆桿。
3.3 新操作臺(tái)特點(diǎn)
(1)操作簡(jiǎn)單,馬達(dá)、卡盤、夾持器與給進(jìn)起拔全聯(lián)動(dòng),操作簡(jiǎn)單,動(dòng)作靈活。
(2)操作臺(tái)內(nèi)部采用集成閥塊形式,體積小,質(zhì)量輕。
(3)操作臺(tái)只有3個(gè)手柄,從左至右,第一個(gè)是馬達(dá)換向手柄19,第二個(gè)是鉆進(jìn)卸鉆功能手柄25,第三個(gè)是給進(jìn)后退換向手柄22。
ZDY4000LS型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)在我公司的蕭山工業(yè)園區(qū)試驗(yàn)臺(tái)進(jìn)行了扭矩、轉(zhuǎn)速、給進(jìn)起拔力、升降、回轉(zhuǎn)、行走、爬坡、液壓支柱保壓性能及其鉆機(jī)整體穩(wěn)定性等測(cè)試工作(如圖3所示)。經(jīng)測(cè)試,鉆機(jī)基本參數(shù)滿足設(shè)計(jì)需求,爬坡能力達(dá)到了20°,駐車可靠,轉(zhuǎn)彎靈活,鉆機(jī)調(diào)角方便,整機(jī)工作穩(wěn)定。
圖3 ZDY4000LS型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)
現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)在河南神火集團(tuán)完成。鉆孔施工情況如下:根據(jù)礦煤層條件、地質(zhì)結(jié)構(gòu)特點(diǎn),采用?73 mm的螺旋高強(qiáng)鉆桿加接保直組合穩(wěn)定鉆具配備復(fù)合片鉆頭進(jìn)行鉆進(jìn)2個(gè)近水平孔深孔,孔深分別是210和240 m。歷經(jīng)6天的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn),完成了2個(gè)試驗(yàn)鉆孔的施工,其中117號(hào)試驗(yàn)鉆孔孔深210 m、終孔直徑94 mm;118號(hào)試驗(yàn)鉆孔孔深240 m、終孔直徑94 mm,8 h平均時(shí)效60 m,在鉆進(jìn)過(guò)程中,鉆機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)正常。工業(yè)性試驗(yàn)驗(yàn)證了ZDY4000LS型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī)的鉆進(jìn)、行走和輔助功能等性能,檢驗(yàn)了液壓系統(tǒng)的性能及可靠性。
針對(duì)煤礦瓦斯抽放鉆孔需求及現(xiàn)有履帶式鉆機(jī)存在的問(wèn)題,研制了ZDY4000LS型煤礦用履帶式全液壓坑道鉆機(jī),該鉆機(jī)整機(jī)寬度小,可以在中小巷道工作;鉆機(jī)行走方便,爬坡能力強(qiáng);自帶液壓支柱固定方便,可以適合不同巷道高度;鉆機(jī)自帶回轉(zhuǎn)液壓馬達(dá),調(diào)角方便。生產(chǎn)試驗(yàn)表明,該鉆機(jī)具有良好的可靠性和操控性,搬遷移位、調(diào)角及頂固方便快速,操作系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單,聯(lián)動(dòng)可靠。該鉆機(jī)的研制成功,提高了煤礦井下瓦斯抽放鉆機(jī)的整體技術(shù)水平,提升了煤礦井下瓦斯抽采的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益??捎糜谕咚故鹿蕬?yīng)急救援、瓦斯抽放等煤礦安全技術(shù)領(lǐng)域。
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Development of ZDY4000LS All-hydraulic Crawler Tunnel Drilling Rig for Coal Mine/
HUHai-feng,WEIBin-bin,LUHui-ming
(Zhejiang Hangzhou Drilling Machine Manufactory Co., Ltd., Hangzhou Zhejiang 310020, China)
Traditional drilling rig is mainly composed of major structure, work station and pump station, the heavy weight makes inconvenient transportation. ZDY4000LS all-hydraulic crawler tunnel drilling rig is a new one for coal mine, which has reasonable structure layout and complete auxiliary functions. It can effectively improve the drilling efficiency in small and medium-sized coal mines, increase drilling production and reduce labor intensity of workers. This paper introduces ZDY4000LS all-hydraulic crawler tunnel drilling rig about its main technical parameters, structure layout characteristics and hydraulic system. The application shows that this drilling rig has popularization value for the tunnels which are narrow or being restricted by conveying belt.
tunnel drilling rig; track self-propelled; hydraulic transmission
2016-08-13;
2017-05-04
胡海峰,男,漢族,1983年生,從事煤礦鉆探設(shè)備研發(fā)及試驗(yàn)工作,浙江省杭州市凱旋路385號(hào)杭鉆大廈16樓,huhaifeng_1219@163.com。
P634.3+1
A
1672-7428(2017)06-0028-05