ZDY12000全液压煤矿用履带式坑道钻机研制

邢苏宁,王思聪

(镇江安达机械有限责任公司,江苏 镇江 212005)

ZDY12000全液压煤矿用履带式坑道钻机研制

邢苏宁,王思聪

(镇江安达机械有限责任公司,江苏 镇江 212005)

本文介绍了ZDY12000全液压煤矿用履带车牵引式坑道钻机。从坑道钻机的适用性出发,提出了履带车牵引钻机组合的新思路。

坑道钻机;煤矿;履带式;全液压

随着煤矿开采现代化程度的提高,高产量的大型矿井所占比重越来越大。为了与大型综采设备产能配套,提高生产效率,越来越多的煤矿提出了长钻距、大直径钻孔进行瓦斯抽放的要求,与之相应的是钻机的扭矩越来越大。但是,大扭矩钻机的体积、重量必然有所增加,由于综采工作面的空间有限,大扭矩钻机的搬迁、定位相对于小钻机而言难度有所增加,非钻孔的辅助时间延长,钻孔效率受到影响。因此,整体式大扭矩钻机在矿井的使用受到很大的局限。

煤矿用坑道钻机有分体式、履带式两种形式,4000N·m以上的钻机大部分为履带式居多,由于履带式钻机移动方便,更换钻场的辅助时间短,工人比较欢迎,是坑道自己的一种发展趋势。在履带式钻机中又有单履带车式和双履带车式两种。双履带车式钻机就是把组成钻机的各个部件分别装配在两台履带车上,动力头、机架、桅杆放置在一台履带车上,泵站、操纵台放置在另一台履带车上,这种形式的优点在于单个履带车的外形尺寸小,可独立灵活移动,适应狭小空间内使用。但是,当扭矩超过6000N·m以上时,由于传递扭矩大,动力头、桅杆的设计必须考虑足够的强度,加上工作时的震动等影响,其重量、体积都比较大,选配履带车时必须综合考虑履带轮直径、宽度、接地比压诸多因素,这样主机履带车的规格尺寸、重量都会比较大,由于桅杆安置在履带车平台上,钻杆回转中心高度受到限制,钻孔的最低高度及水平角度调整的范围都受到影响,钻机重心偏高。另外,由于钻机工作时履带不能承受载荷,需用支腿油缸将履带车顶离地面,油缸需同时承受轴向力和很大的侧向力,对油缸的要求比较高,同时,对工作时的稳定性也有一定影响。

针对钻机现有技术现状,开发研制了一种目前国内最大扭矩的ZDY12000煤矿用履带车牵引式坑道钻机,主要应用于煤矿井下大直径、长钻距瓦斯抽放孔的钻进,钻进能力大,效率高。

1 整体方案设计

钻机(图1、2)设计借鉴了分体式钻机和履带式钻机的优点,采用一台履带车和带滚轮可移动的钻机本体两部分构成,液压泵站、操纵台放置在履带车上,履带车作为钻机移动时的牵引动力。机架、桅杆、动力头组成的钻机本体基本参照分体式钻机的结构,4根机架立柱上各增加1只油缸,在活塞杆的顶端设有油缸控制的可升降的滚轮,当滚轮支撑钻机本体时,在履带车的牵引下,实现移动。钻机工作时,机架底座直接放置于地面,重心低,工作稳定性好。由于钻机本体采用的是近似分体钻机的结构,角度调节范围大,适应性强。

钻机为全液压双泵传动形式,主泵为回转切削提供动力,副泵为动力头推进油缸、夹持器油缸,钻机本体升降油缸、机架角度调整油缸、履带行走马达提供动力。移动钻机时,装于钻机本体立柱上的4只油缸活塞杆伸出,活塞杆顶部的滚轮接触地面将钻机本体托起,在履带车的牵引下移动,钻机动力头主轴回转轴与履带车移动方向呈90°,无需调整方位角,便于快速固定钻机。到达指定位置后立柱油缸活塞杆回缩,滚轮上提,钻机本体底座平稳地置于地面。

2 钻机主要技术参数

3 钻机主要部件

3.1 履带车载部分

履带车采用液压驱动。由履带底盘、车体平台构成。液压泵站、操纵台置于平台上。液压油泵采用双联恒功率柱塞泵;操纵阀采用多路换向阀。

3.2 液压系统

钻机液压系统主泵、副泵选用串联式恒压变量柱塞泵,结构紧凑且不需二级传动,输出压力大,效率高寿命长。当工作压力超过设定的压力值时,泵的输出流量变小,既降低了溢流阀的工作频次,减少溢流带来的油液发热、液压系统效率下降现象的发生,又避免了由于误调高溢流阀压力造成的电机过载而导致的电机、电路系统发热,保护设备安全、正常使用,杜绝安全隐患。动力头采用变量柱塞马达,转速范围宽,效率高。

3.3 动力头形式的确定

首先对各种液压卡盘的结构及使用效果进行分析。目前,因为装卸钻杆方便,在各种煤矿用坑道钻机中广泛使用的液压卡盘,其结构主要有常开式、常闭式两种,夹持形式有机械夹紧、液压松开,液压夹紧、松开两种。

从使用效果来看,卡盘故障一般表现为夹不住钻杆或卡瓦不能完全打开。夹不住钻杆钻机就不能正常使用,同时会造成卡瓦与钻杆表面的相互摩擦,不仅加剧了卡瓦的磨损进而彻底夹不住钻杆,钻杆表面也会被划伤、拉毛,操作工人一不小心就会被拉毛的钻杆弄伤手,严重时钻杆的机械性能会下降,钻杆将报废不能继续使用,而卡瓦打不开钻杆就不能通过,钻孔就无法正常进行。

分析造成卡盘故障的原因,液压夹紧的卡盘故障多是由于胶囊破损、卡瓦复位弹簧损坏或配油套液压泄漏造成,机械夹紧的卡盘故障是由于夹紧的主要零件碟簧设计刚度不合理,或由于卡盘开闭动作频繁以致碟簧疲劳、碟簧损坏,卡瓦的磨损造成夹紧力不够,碟簧的压缩量也是影响卡瓦径向给进量的非常关键的因素,此外,卡瓦和卡瓦套加工的表面粗糙度、形位公差、热处理均会导致夹紧和松开的故障。无论哪种液压卡盘一旦卡瓦侧面进入煤、石渣都会影响夹紧效果。

从液压卡盘的维护修理方面分析,在工作现场,碟簧和胶囊的更换都比较困难,需要几名工人合作才能完成。扭矩越大,维修难度越高。

综合分析后,我们认为在大扭矩钻机中使用液压卡盘其可靠性和寿命均存在一定不确定性,如果ZDY12000型煤矿用坑道钻机采用液压卡盘,其外形尺寸将非常庞大,整个动力头的重量也将很重。因此,我们设计的ZDY12000型煤矿用坑道钻机的动力头采用变量柱塞马达—行星减速传动—主轴—钻杆的顶驱式结构,主轴直接驱动钻杆,动力头主轴为中空式,中间可以通水,主轴后部设有连接后置水辫的螺纹,根据需要,也可将水辫置于前端。动力头输出实现无级变速,以适应不同地质条件下不同钻头和不同转速的需要。

3.4 夹持机构

夹持机构的作用是钻机工作时对钻杆进行导向扶正,加接和拆卸钻杆时夹住钻杆。本着结构简单、方便实用的原则,借鉴了ZDY548煤矿用坑道钻机夹持机构的原理采用导向器和两个开口垫叉、一只油缸、座板总成组成。座板的一端(近孔口端)设有导向器,钻孔式对钻杆起导向扶正作用。两片座板的中间设有一组定位销,起固定垫叉的作用,近动力头端的垫叉可在油缸的作用下,绕钻杆回转中心旋转一定角度,可方便地装拆钻杆。

4 结语

目前,ZDY12000型煤矿用坑道钻机样机已制造完成,调试和部分性能检测也已完成,不久将进行系统地性能检测。

ZDY12000型煤矿用坑道钻机结合了履带钻机和分体钻机,煤矿用坑道钻机和工程钻机的优点,开拓了煤矿用坑道钻机设计的新思路,为煤矿长距离、大直径钻孔提供了一种新的设备。

ZDY-12000 Fully-Hydraulic Track-Mounted Underground Drilling Rig for Coal Mine

XING Suning,WANG Sicong
(Zhenjiang Anda Manchinery Manufacture CO.,L TD,Zhenjiang,Jiangsu 212005,China)

ZDY-12000 underground drilling rig for Coal mine is mainly used to drill gas drainage hole in excavating working surface of coal mine.This article gives a new way for the design of underground trackmounted drilling rig from its applicability.

underground drilling rig;coal mine;track-mounted;fully-hydraulic

P634.31

A

1009-282X(2011)01-0011-03

2010-12-02

邢苏宁(1960-),女,江苏南京人,高级工程师,1982年毕业于山东矿业学院,主要从事钻机研发工作,Tel:0511-85624758,18906104660。