錨索自動(dòng)加工生產(chǎn)線的研制與應(yīng)用

劉建榮，劉寶開，張德軍，陳洪利，李金飛

（內(nèi)蒙古上海廟礦業(yè)有限責(zé)任公司，鄂托克前旗 016215）

內(nèi)蒙古上海廟礦區(qū)屬于富水軟巖地質(zhì)條件，其支護(hù)方式為“錨網(wǎng)噴+錨索+單層鋼筋網(wǎng)反底拱+鋼筋混凝土碹+壁后注漿”[2]，錨索作為煤礦巷道支護(hù)的主要材料，每年榆樹井煤礦與新上海一號(hào)煤礦每年約需6萬(wàn)套錨索，內(nèi)蒙古德信礦業(yè)技術(shù)服務(wù)有限責(zé)任公司承擔(dān)礦區(qū)的錨索加工任務(wù)，為實(shí)現(xiàn)錨索加工的自動(dòng)化、高效化，特研制了錨索自動(dòng)化加工生產(chǎn)線。

1 錨索自動(dòng)加工生產(chǎn)線研制前狀況

錨索作為礦井巷道支護(hù)的主要材料，特別是上海廟礦區(qū)又是富水軟巖地質(zhì)條件，錨索的長(zhǎng)度一般不低于7米，原材料采用φ17.8mm的鋼絞線進(jìn)行加工，平均每根重量約12kg，在加工時(shí)需要人工將鋼絞線拽出，工人使用尺子量好尺寸后，使用砂輪機(jī)人工切割、人工搬運(yùn)。傳統(tǒng)的錨索加工存在工人勞動(dòng)強(qiáng)度大、產(chǎn)品加工尺寸不標(biāo)準(zhǔn)、切割片崩碎與鋼絞線彈出傷人等安全隱患、加工效率低、加工成本高等問(wèn)題。

2 錨索自動(dòng)加工生產(chǎn)線研制的原因

為解決這類問(wèn)題，德信公司技術(shù)人員通過(guò)考察調(diào)研，研制出全自動(dòng)化錨索加工裝置，通過(guò)加工具有防護(hù)罩的鋼絞線轉(zhuǎn)盤、加工鋼絞線自動(dòng)傳輸裝置、改造砂輪切割系統(tǒng)、加工成品錨索導(dǎo)料裝置、研制氣動(dòng)動(dòng)力系統(tǒng)、研制電氣控制系統(tǒng)，形成整套錨索全自動(dòng)加工裝置，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)上料、自動(dòng)切割、精確控制、自動(dòng)導(dǎo)料、自動(dòng)計(jì)數(shù)等功能。

3 系統(tǒng)簡(jiǎn)介

3.1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖

圖1 錨索自動(dòng)加工生產(chǎn)線結(jié)構(gòu)示意圖

說(shuō)明：錨索自動(dòng)加工生產(chǎn)線由鋼絞線轉(zhuǎn)盤、鋼絞線自動(dòng)輸送裝置、自動(dòng)切割裝置、錨索導(dǎo)料裝置、壓風(fēng)動(dòng)力系統(tǒng)、電氣控制系統(tǒng)六部分組成。

3.2 工藝路線圖

圖2 工藝路線圖

4 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

4.1 鋼絞線轉(zhuǎn)盤

為保證鋼絞線轉(zhuǎn)盤的強(qiáng)度及穩(wěn)定性，底托盤采用厚8mm切割成直徑1000mm的雙層圓形鋼板，兩層鋼板間的立柱根據(jù)上料最大重量使用Φ89mm高200mm焊管進(jìn)行支撐，其中頂層鋼板中間留取Φ108mm直托輥的卡槽。

頂部使用Φ12mm圓鋼焊接成直徑1000mm圓形，轉(zhuǎn)動(dòng)裝置采用Φ108mm托輥，外部使用6根Φ12mm圓鋼焊接形成防彈防護(hù)罩，其中底托盤鋼板按照防彈防護(hù)罩圓鋼的焊接間距，焊接6個(gè)Φ16mm高度100mm圓管，便于防彈防護(hù)罩的拆卸，以便叉車上料。見下圖：

圖3 鋼絞線轉(zhuǎn)盤結(jié)構(gòu)示意圖

4.2 鋼絞線自動(dòng)輸送裝置

采用電機(jī)及減速器作為鋼絞線拉線的動(dòng)力來(lái)源，頂部采用與鋼絞線直徑相匹配的齒輪作為壓線裝置防止鋼絞線彈出，根據(jù)所需加工的長(zhǎng)度、電機(jī)的運(yùn)行速度、限位開關(guān)等，由時(shí)間繼電器進(jìn)行控制電機(jī)的啟動(dòng)，拉至規(guī)定長(zhǎng)度至導(dǎo)料裝置，輸送電機(jī)自動(dòng)停止（見圖2）。

4.3 自動(dòng)切割裝置

改造砂輪切割機(jī)，在砂輪切割機(jī)的手柄上安裝氣缸，當(dāng)鋼絞線拉至規(guī)定長(zhǎng)度后，輸送電機(jī)停止，氣缸收縮，將砂輪機(jī)手柄下拉，實(shí)現(xiàn)自動(dòng)切割，切割時(shí)間設(shè)定在10-40秒進(jìn)行設(shè)定，如設(shè)定40秒，超過(guò)40秒未切割完成，系統(tǒng)提示故障停機(jī)。切割完成后，氣缸復(fù)位，等待下一次動(dòng)作（見圖1）。

4.4 錨索導(dǎo)料裝置

錨索切割加工完成后，導(dǎo)料裝置收到信號(hào)后，底部?jī)蓺飧淄瑫r(shí)伸長(zhǎng)，將錨索卸至底部?jī)?chǔ)存位置后，氣缸復(fù)位，等待下一次動(dòng)作（見圖1）。

4.5 壓風(fēng)動(dòng)力系統(tǒng)

錨索自動(dòng)加工生產(chǎn)線的切割、導(dǎo)料均使用壓風(fēng)動(dòng)力系統(tǒng)，使用電磁換向閥控制氣缸進(jìn)行收縮控制，完成切割、導(dǎo)料[1]。

4.6 電氣控制系統(tǒng)

本著實(shí)用簡(jiǎn)單的原則，電氣控制系統(tǒng)由PLC控制程序、觸摸屏、編碼器、時(shí)間繼電器、交流接觸器、電壓表、電流表、壓力表、空氣開關(guān)等電氣開關(guān)組成，采用36V控制電壓，由一組啟停按鈕進(jìn)行控制[1]。

控制柜上初始界面顯示“內(nèi)蒙古上海廟礦業(yè)有限責(zé)任公司錨索加工生產(chǎn)線控制系統(tǒng)”字樣，右下角有“進(jìn)入”字樣，點(diǎn)擊后進(jìn)入工作界面（見圖4）。

窗口界面顯示手動(dòng)/自動(dòng)、啟動(dòng)、切割、導(dǎo)料、復(fù)位、急停、設(shè)置按鈕，右上角顯示運(yùn)行/故障狀態(tài)顯示，中部有設(shè)定長(zhǎng)度、加工根數(shù)設(shè)定，下部有實(shí)際長(zhǎng)度、實(shí)際根數(shù)數(shù)據(jù)顯示功能，具有正在運(yùn)行、正在送料、正在切割、正在導(dǎo)料、自動(dòng)工作、手動(dòng)工作狀態(tài)顯示功能。

工作流程（手動(dòng)狀態(tài)）：開機(jī)后點(diǎn)擊自動(dòng)/手動(dòng)按鈕，狀態(tài)欄顯示手動(dòng)工作后，設(shè)定錨索加工長(zhǎng)度，點(diǎn)擊啟動(dòng)，點(diǎn)擊送料，當(dāng)實(shí)際長(zhǎng)度達(dá)到設(shè)定長(zhǎng)度后，輸送裝置停止，點(diǎn)擊切割按鈕，進(jìn)行切割，切割后點(diǎn)擊導(dǎo)料按鈕，錨索自動(dòng)導(dǎo)向儲(chǔ)存位置，加工的實(shí)際數(shù)量在界面顯示。

工作流程（自動(dòng)狀態(tài)）：開機(jī)后點(diǎn)擊自動(dòng)/手動(dòng)按鈕，狀態(tài)欄顯示自動(dòng)工作后，設(shè)定錨索加工長(zhǎng)度，設(shè)定加工根數(shù)，點(diǎn)擊啟動(dòng)，生產(chǎn)線自動(dòng)運(yùn)行，當(dāng)出現(xiàn)故障后，右上角界面顯示故障，處理后點(diǎn)擊啟動(dòng)系統(tǒng)按原設(shè)計(jì)方案自動(dòng)運(yùn)行，也可點(diǎn)擊復(fù)位功能進(jìn)行重新設(shè)定。

圖4 加工生產(chǎn)線控制界面

5 關(guān)鍵技術(shù)創(chuàng)新點(diǎn)

能耗低，鋼絞線轉(zhuǎn)盤裝置采用機(jī)械轉(zhuǎn)盤設(shè)計(jì)，使用時(shí)無(wú)能耗；整條生產(chǎn)線功率為4.5kW。

結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單實(shí)用、操作方便，生產(chǎn)線總長(zhǎng)約10米，占地空間少，能夠?qū)崿F(xiàn)自動(dòng)上料、自動(dòng)切割、自動(dòng)導(dǎo)料等功能，各組件可拆卸，維護(hù)維修簡(jiǎn)單。

整條生產(chǎn)線1人操作，對(duì)操作人員技術(shù)要求較低，研制前需要3人協(xié)同每小時(shí)平均加工30根，生產(chǎn)線使用后1人每小時(shí)平均加工60根，人均工效提升6倍。

6 結(jié)語(yǔ)

錨索自動(dòng)加工生產(chǎn)線自投入德信公司使用后，性能穩(wěn)定可靠、生產(chǎn)效率大幅提升，實(shí)現(xiàn)了快速、高效生產(chǎn)錨索，降低了生產(chǎn)成本，同時(shí)實(shí)現(xiàn)全過(guò)程的安全生產(chǎn)。

[1] 張竹康，劉俊峰，戰(zhàn)仕發(fā).數(shù)控全自動(dòng)錨索切割機(jī)的研制[J].廣西輕工業(yè)，2008，4；33-34.

[2] 夏宇君，張海亮，郭磊等.富水軟巖大斷面巷道支護(hù)工藝[J].建井技術(shù)，2014，35（3）：4-6.