防爆型矿用双锚索自动下料机的设计

王成军　韩董董　李刚　李龙　蒋远远　李家乐

摘 要：针对矿用锚索切割危险性高且效率低的现状，设计了一种可用于煤矿井下的防爆型双锚索自动下料机，详细介绍了设备的结构和工作原理，其切割系统采用磨料射流切割技术进行锚索下料，较好地解决了井下切割防爆的问题，且锚索的牵引、测量、下料和卸料自动完成，设备自动化程度和安全性高，操作简便，满足设计要求。

关键词：锚索下料机；双锚索；磨料射流；防爆设计

中图分类号：TD353；TD355 文献标志码：A 文章编号：1672-1098（2014）03-0025-04

锚索因具有长度大、柔性灵活、承载能力高、运输方便和早期承载等优点，已经成为煤矿巷道支护的主要方式，而且煤矿生产中锚索的使用量非常大[1-2]。不同的巷道和工作面往往需要不同长度的锚索，而锚索出厂时都是整捆包装，因此需要根据实际需求的尺寸对锚索进行切割下料。

目前，锚索下料采用地面展开下料后弯曲固定运输到井下再展开安装。切割锚索过程中使用的设备只有切割机为机械化的，在切割锚索线的过程中，拖拉锚索、切割锚索等环节都采用人工操作，效率低；锚索展放时外向张力大，容易失控，整捆锚索易松垮，切割长度不准，且常发生锚索弹出伤人或切割片碎裂崩伤人的事故[3]。

本文采用磨料射流切割技术对锚索进行下料，提出防爆型双锚索自动下料机的设计方案，实现锚索在井下切割下料，无需多次弯曲和展放，避免了锚索弹出伤人和切割机伤人的安全隐患。

2 总体结构设计

防爆型矿用双锚索自动下料机的结构包括连通电控气控液控系统并通过锚索依次连接的放线盘、牵引系统、切割系统、卸料系统以及与放线盘配套安装的制动器，如图1所示。放线盘和制动器的数量均为二，且两个放线盘安装时确保其轴线竖直；盘装的锚索安装在放线盘上，牵引系统和切割系统安装在同一个机架上，切割系统位于牵引系统的后端且靠近卸料系统布置。

牵引系统的液压减速马达、液压泵站、切割系统的高压水泵、夹紧气缸、喷枪进给气缸以及卸料系统的卸料气缸和防爆行程开关均与电控气控液控系统相连接。由电控系统协调液压系统和气动系统实现各工序按顺序动作，自动完成锚索的下料作业。

3 主要结构设计

3.1 放线盘

放线盘包括底板、支撑轮、托盘、径向调节器、锚索固定块、侧支柱、压盘、回转轴和防脱螺钉（见图2）。由气缸驱动的放线盘制动器安装在放线盘的底板上，在底板的中间位置设有回转座，回转轴通过轴向止推轴承和径向轴承支承在回转座上；托盘安装在回转轴上且在托盘的下方设有四个万向支撑轮，在托盘的顶面设有锚索固定块用于固定锚索的散端；六个径向调节器的均布安装在托盘的顶面；压盘的顶面设有吊环，其四周设有U形滑槽；的底部安装在径向调节器的滑块上，通过调节丝杠调节侧支柱的位置从而改变放线盘的工作直径。

3.2 牵引与切割系统

如图3所示，牵引系统包括主机架、牵引箱、链传动装置、液压减速马达、液压泵站。液压泵站上隔爆型三相异步电动机功率7.5 kW，牵引箱安装在主机架的前端顶部，液压减速马达通过链传动装置将动力传递给牵引箱中的主动送线辊，从动送线辊压紧锚索并在主动送线辊的驱动下牵引锚索。

切割系统包括高压泵、磨料罐、夹紧气缸、水射流喷枪、喷枪工作台和水箱。锚索下料机采用前混合磨料射流切割锚索，所配置的高压泵为柱塞式乳化液泵，其工作压力为30 MPa，流量为315 L/min；磨料罐容积为16 L，通过高压软管与水射流喷枪相连接，磨料罐的罐体的顶部设有顶盖和泄压阀，罐体的底部设有混合阀和操作手柄；水箱安装在喷枪工作台的正下方，水射流喷枪安装在喷枪工作台上，通过进给气缸驱动两个喷枪往复进给，气源在井下就近取用，调压至0.7 MPa。

3.3 卸料系统

如图4所示，卸料系统由横梁、上挡板、下挡板、挡板开启装置、防爆行程开关、卸料导向架和尾支架组成。尾支架通过地脚螺栓固定在地基上，横梁采用矿用工字钢，横梁与安装在两侧的上挡板和下挡板构成了待下料锚索的临时性存放空间，防爆行程开关安装在横梁的尾部；挡板开启装置通过螺钉安装在横梁的顶部，挡板开启装置与下挡板通过铰链相连接；上挡板与横梁及下挡板均通过铰链相连接；卸料导向架呈等腰三角形结构，用于导向卸料。横梁与尾支架以及挡板开启装置、防爆行程开关、卸料导向架和横梁之间均采用可拆卸连接方式，便于运输和安装。

挡板开启装置由T形支架、卸料气缸、Z形连杆组成，两组卸料气缸和Z形连杆对称安装在T形支架上，通过卸料气缸的伸缩实现上、下挡板的打开与关闭。

3.4 电器控制系统

电器控系统由PLC、延时继电器、电磁换向阀、防爆行程开关和气缸限位开关组成，延时继电器的具体时间可根据现场经验调定。下料时，PLC发出指令启动液压减速马达，待下料锚索在主、从动送线托辊的作用下向卸料系统移动，当定长锚索触碰防爆行程开关时，发出电信号，液压减速马达停转；夹紧气缸伸出压紧锚索，高压泵启动，进给气缸驱动两个射流喷枪切割锚索，切割行程完成后，气缸限位开关发出电信号，进给气缸停止，同时挡板开启装置的卸料气缸伸出，上、下挡板打开，锚索沿着卸料导向架卸料，延时3 s后卸料气缸复位，夹紧气缸提起，液压减速马达工作，开始下一个工作循环。

4 双锚索自动下料机的优点

1） 安装简便，安全系数高。采用行车吊装锚索盘，剪去包装带，锁紧锚索头后即可实现一人独立操作，锚索的牵引、切割和卸料自动完成，安全系数大大提高；采用高压水射流切割锚索，避免了砂轮切割碎片和切屑伤人的情况。

2） 实现锚索下料的自动控制和机械化作业，完全代替人力劳动；

3） 锚索下料效率高，每小时可完成80 根锚索加工任务（原来7～8人一天下料400根锚索），完全满足矿井支护的需要；

4） 放线盘工作直径和卸料长度均可根据需要灵活调节。设备控制集中、操作简单、安装维护方便，使用寿命长；

5） 水射流切割技术和电气防爆措施的采用，实现了锚索井下下料作业，给锚索运输提供便利，省去了锚索下料后的反复弯曲和展放操作，从源头上解除了锚索弹出伤人的安全隐患。

6） 经济效益明显提高。加工22×6.8 m及以上长度的锚索相比采购成品每根节约成本约72元。一个中型煤矿每月使用22×6.8 m及以上长度的锚索约5 000根，除降低劳力成本外，每年可节约材料费430余万元。

5 结束语

经淮南矿业集团潘一矿等单位试用证实，设计的防爆型双锚索自动下料机是可行的，日下料900根，不仅下料速度提高为单锚索切割机的1.8倍，实现了锚索自动、快速、高效切割下料的目的；而且井下切割省去了二次折弯装运环节，避免了安全隐患。更重要的是大大减少了人力和物力的投入，提高了经济效益，解决了井下锚索下料的技术难题，简化了锚索储运工序，消除了危险因素，实现了安全生产，具有较高的推广价值。

参考文献：

[1] 张玉增.一种锚索切割装置：中国， 201220194571.X[P].2012-12-19.

[2] 张竹康，刘俊锋，战仕发.数控全自动锚索切割机的研制[J].广西轻工业，2008（04）：33-34.

[3] 张松波.安全高效锚索自动切断机的设计和应用[J].中国西部科技，2013，12 （01）：34-35.

[4] 剡昌锋，李有堂，芮执元，等.高速剪切设备的概念设计[J].机床与液压，2004 （08）：112-113.

[5] 王成军，沈豫浙.应用创造学[M].北京：北京大学出版社，2010：10-150.

[6] 蒯苏苏，马履中.TRIZ理论机械创新设计工程训练教程[M].北京：北京大学出版社，2011：8-200.

（责任编辑：李 丽）