履带式坑道钻机主要组成与性能分析

2020-06-05 10:09:56 admin 247

通缆钻杆

坑道钻机的结构主要由:履带车体、主机、操纵台、泵站这四大部分组成,其组成部分如图 2-1 所示。

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图 2-1 钻机的组成部分

Fig.2-1 Part components of the rig

其结构布局如图 2-2 所示。由图可知,其高度为1800-3200mm,其长度为 3300mm。

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1-主机,2-操纵台,3-泵站,4-履带车体,5-立柱液压缸

图 2-2 钻机结构布局图

Fig.2-2 Machine structure layout


一、主机

钻机的主机由三部分组成:进给装置、夹持器、回转器,如图2-3所示,图中结构包括夹持器、进给装置、回转器等部件。

(1) 给进装置的组成部分为:两组给进油缸、机身、拖板。为了使工作过程中拉拔力达到要求,油缸选用并列安装两组,活塞固定在机身上面。活塞与动力头连接,当活塞来回往复运动时带动动力头在导轨上面来回移动。机身四周设有液压支撑柱,当钻机工作时,四个液压柱顶在坑道四壁,使得钻机在工作过程当中保持稳定。当钻机拔出钻杆时,四个液压柱可以改变钻机机架的受力和稳定性。

(2) 夹持器固定在机架的前端,用来夹持钻具以及保证钻具的位置不发生移动和偏斜。夹持器结构比较复杂,其结构为碟形弹簧装置与油压夹紧装置。为了使其夹持稳定,在夹持器旁边增加一个副油缸,这样既可以增大夹持力又可以节省空间。夹持器在活塞力和碟簧力的共同作用下可保证夹持的可靠性。

(3) 回转器的安装方式为卡槽式,安装在拖板上。利用油缸对托板的推动力沿着导轨来回往复运动,通过这样的往复运动实现钻具的钻进与拆卸。但是坑道地区狭小,所以导轨长度有限,故对钻杆的长度作出了限制。

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1-夹持器,2-进给系统,3-回转器2-3  主机

Fig.2-3 Host

二、泵站

钻机的动力来源就是泵站。泵站的组成部分为:主油泵、副油泵、冷却器、防爆电机、滤油器、油箱、底座、联轴器。油泵由电动机通过弹性联轴器连接进行工作,操纵台有序的控制各个液压系统并按照要求驱动钻机的各个部件进行工作,其结构如图2-4 所示。

1-油箱,2-防爆电机,3-联轴器,4-主油泵,5-副油泵

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2-4  泵站

Fig.2-4 Pumping station 

三、操作台

操作台由主、副操作台组成,其中主操作台的结构示意图如图2-5所示。主操纵台主的主要功能为:给液压马达提供回转、给副操纵台供油、钻进与退出钻杆、钻杆角度调整、夹持器夹紧与松开、提供油泵供油等基本操作。为了实现快速操作,以及便于操作人员方便掌握,将油泵压力表,进给压力表,起拔压力表等集中安装在油路板内,这些压力表以及操作杆集中安装在一个操作台上面。

副操纵台其结构示意图如图2-6所示。副操纵台的工作动力主要来自于主操作台供给的高压工作油,设置多个液压阀路分别控制各个油缸的动作,其控制的部分有液压马达、四个立柱油缸、转动油缸、移动油缸、调幅油缸等。上述油缸与钻机相互配合,当钻机正常工作时上述油缸停止工作,当钻机整体需要调整方向或移动位置时,上述油缸进入工作状态,所以这几种油缸都起的是辅助作用。

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1-马达操作机构 2-油路压力表 3-起拔操作机构 4-液压泵压力表 5-升降操作机构 6-钻进操作机构 7- 进给压力表 8-夹紧操作机构 9.起拔压力表 10-钻进方式操作机构 11-泵系统压力表 12-节流阀开关机构 13-溢流阀开关机构 14-泵分流操作机构 15-减压阀开关机构

2-5  主操纵台

Fig.2-5 Main control console

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16-绞车操作机构 17-调整角度操作机构 18-夹持器开关机构 19-抱紧装置操作机构 20-马达压力表

21-前进马达操作机构 22-调整角度压力表 23-后退马达操作机构图2-6  副操纵台

Fig.2-6 Auxiliary console

 四、履带车体

履带车体的组成为:履带—上底座—下底座。四个立柱油缸安装在上底座的四角部位。在下盘的中部设置一对履带,履带依靠主机提供动力进行前进或倒退。

 

五、钻机性能分析

 ZDY6000S 型钻机主体布局如图 2-7 所示。该钻机由西安煤科院研制成功,具有自主知识产权的全液压动力头钻机,该钻机性能已经达到国内领先水平,广泛应用于国内各大煤矿。

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2-7钻机结构

Fig.2-7 Rig structure

根据煤矿井下实际工况,钻机需要达到如下性能要求:

(1) 在钻具正常钻进时,液压系统应当提供合理的进给压力。目前钻机主要采用液压系统作为驱动力,当钻具遇到硬质煤层时,液压马达通过反馈,系统必须能够判别并能够提供适当的压力进行钻进。当钻具卡钻或者抱钻时,必须进行反转和拉拔,要保证这些动作的顺利完成,就需要配备相应的液压元件,以及控制系统。配备这些元件和系统之后,在钻进时能够控制钻机进给压力和进给速度,在退出时可以达到使钻具顺利退出所需的拉拔力。

(2) 要实现钻具的顺利安装与拆卸,首先要保证钻杆与动力头快速对接,要使钻机快速完成这个动作:首先得保证动力头与前一根钻杆快速拆卸,其次需要动力头快速移动到钻机导轨的一侧,留出能够安装一根钻杆的空间,再次安装另一根钻杆并使其与动力头对接,最后此钻杆与钻进煤孔钻杆的另一头对接,如此方可顺利安装。

在拆卸钻杆的过程中,首先得保证液压系统具有足够大的起拔拉力,使动力头撤回到导轨一侧,其次拉拔出的钻杆与动力头顺利断开,再次与动力头断开的钻杆与前一根钻杆断开取出钻杆,最后动力头前进,与前一根钻杆对接起拔拉出,如此反复即可实现拆卸钻杆。

(3) 如果是水平钻进,钻具输出的起拔力要大于钻具与煤孔壁摩擦力之和;如果是垂直钻进,起拔力大于摩擦力与重力之和,才能确保在发生抱钻、塌孔时钻杆顺利退出,不至于发生掉钻等事故,以避免不必要的经济损失。此外钻机的起拔拉力也没必要非常大,起拔力过大,导致液压缸等液压元件的功率加大,导致造价昂贵,使得钻机成本加大。

(4) 钻机能够识别钻具的重量,因为在钻机垂直钻进时,每装一根钻杆,就会使得钻头承受一定向下的压力,在此控制系统必须识别出向下的压力以达到合适的数值, 从而通过控制节流阀来控制压力大小。

目前矿用钻机不一定能满足以上几点性能,但在以后研制新型钻机时这些性能都会考虑,还要往自动化,智能化方向发展。

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