矿用对称布置液压锚杆钻机的研制范文

摘要：针对我国煤巷传统锚杆钻机存在结构不对称、受力不均衡、故障率高的问题，设计研发出一套结构合理、维护方便、可靠性高的对称布置锚杆钻机。介绍了它的结构组成、功能和技术参数，阐述了它在总体布置、导向方式、链传动机构和润滑方式上的设计特点。实践结果表明，该钻机可靠性高，提高了锚杆支护的效率，能够满足煤矿的生产要求。

关键词：锚杆钻机；对称布置；导向方式；润滑方式

锚杆支护作为一种经济、快速、安全的巷道支护方式，代表了煤矿巷道支护技术的发展方向［1］。锚杆钻机是锚杆支护作业中专门用于实现钻凿锚杆孔、锚杆安装并紧固锚杆的工作装置［2］，是锚杆支护装备中的核心功能模块，其性能优劣直接影响整机的性能。传统锚杆钻机采用非对称结构型式，在应用中产生多种故障，主要有：①长进给油缸、短进给油缸因受力偏载产生油缸密封、导向套磨损现象，活塞杆变形甚至断裂，油缸漏油、窜液等；②耐磨条磨损不均匀；③短进给油缸连接销、撑杆损坏；④滑架内侧与链条产生磨损，最终导致链条断裂。因此，传统锚杆钻机的偏载结构存在弊端，可靠性低，有必要对锚杆钻机的结构进一步改进，研制一种对称结构布置的对称布置锚杆钻机。

1对称布置锚杆钻机的结构与技术参数

1.1结构组成锚杆钻机的总体结构，本文所介绍的对称布置锚杆钻机主要由支撑柱组件、框架、滑架、链传动机构、进给油缸、导向连接板、钻箱总成组成。

1.11支撑柱组件支撑柱组件主要由支撑柱油缸、套筒和夹钎机构组成，其功能是在进行锚杆支护作业时，支撑柱油缸产生驱动力，将夹钎机构顶起直至压紧煤巷顶板，使整个钻机处于稳定状态，减小钻机振动，便于后续钻孔作业；框架背面上部设有可调节的燕尾机构，为支撑柱的升降提供运行轨道；夹钎机构上安装有触头，当钻箱进给到极限高度时，钻箱上的机械式换向阀与触头碰撞，钻箱停止进给并自然下落。

1.12滑架滑架由润滑顶板、滑轨架组成，滑架后端为外燕尾形、与内燕尾形的前导向压板组成导向平移副，满足滑架上下滑动的功能和作用。内燕尾形结构内设有自润滑材料耐磨板，内燕尾形结构上设有将耐磨板和外燕尾形状构件压在一起并可调节间隙的防松机构。

1.13链传动机构链传动机构的2对链条对称布置于短进给油缸的两侧，链条的两端分别与链条调节机构和导向连接板相连接。导向连接板上设计有链条松紧调节机构，实现链条在一定范围内的张紧功能。整个链传动机构具有钻箱进给行程的倍增功能，实现了有限空间内的钻箱工作行程倍增［3］。

1.14进给油缸进给油缸由两侧对称布置的长进给油缸和位于中间位置的短进给油缸组成，两长进给油缸进油口通过框架内置的油道相通，保证油缸伸缩的同步性。长进给油缸可实现滑架（带动导向连接板、钻箱总成）的升降，此为钻机的一级进给；短进给油缸通过倍增机构的链传动机构实现钻箱的进给，此为钻机的二级进给。长短进给油缸的两次进给完成钻箱预定工作行程的实现。

1.2技术参数对称布置锚杆钻机的主要技术参数。

2对称布置锚杆钻机的设计特点

1）在总体布置上，长进给油缸对称布置在滑架两侧，短进给油缸布置在滑架内部中间部位，且短进给油缸链传动机构双链对称布置，这种对称布置的方式，使得结构受力合理，保证了整机不易发生偏载，避免了因结构偏载引起的各种故障。2）在导向方式上，采用燕尾槽导向方式，即套筒与后导向压板、滑架与前导向压板、滑架与导向连接板间采用燕尾槽形导轨机构，这种导向方式刚度大、稳定性好，尤其能够满足井下侧帮支护的需要。3）导向机构具有防松调节功能和自动补偿功能，当耐磨板磨损导致间隙变大后，弹簧自动伸长把耐磨板压住；磨损量太大时，可以调整弹簧预紧力。4）在润滑方式上，对称布置锚杆钻机采用了3种润滑方式：润滑材料自润滑、润滑脂润滑、间歇式自动润滑，保证了整机的润滑效果［4］。①支撑柱升降轨道处的耐磨板、燕尾导向处的耐磨板均选用润滑材料，这种润滑材料中含有适量的石墨，能够保证良好的润滑性能；②各相对运动的零件设计有润滑脂通道，并安装有润滑油杯，为便于维护，可将润滑油杯通过油管外置；③为便于给滑架轨道面和链传动机构的链条提供周期性润滑，减轻人工维护的劳动强度，该钻机设计了间歇式自动润滑，其工作原理如图3所示。钻箱在进给油缸的驱动下以一定的速度运行到顶端，机械式换向阀（钻箱）与触头碰撞后产生瞬时压力脉冲，使润滑顶板上方向阀的P口与A1口相通，于是一定量的液压油从喷油孔喷出，产生润滑作用；压力降低后，方向阀的T口与A1口相通，润滑油停止喷射。所有的喷油孔均布置在润滑顶板上，其中4个喷油孔为滑架的4个燕尾平移副润滑，2个喷油孔为2对链条润滑。每个喷油孔内安装有孔径0􀆰4mm的节流堵，用于限制液压油的喷出量。由于钻箱的进给运动是往复循环式，并且喷油动作自动完成，所以称这种润滑方式为间歇式自动润滑。

3对称布置锚杆钻机的应用

对称布置锚杆钻机在神东矿区乌兰木伦矿进行工业性试验，共支护锚杆4233排，21165根，日最高记录310根（62排），班最高记录155根（31排），工业性试验期间，进给平稳，维护简便，故障率低，提高了锚杆支护的效率。对称布置锚杆钻机在神东矿区大柳塔矿世界首套高效快速掘进系统工业性试验中，运行10个月，支护锚杆11􀆰95万根，钻机维护量小，可靠性高，实现了掘锚平行作业，配合掘锚机创造了当时的煤巷大断面单巷掘进的世界纪录［5－10］。截止目前，该对称布置锚杆钻机已应用于CMM2－25、CMM4－20、CMM4－25、CMM5－25、CMM6－20、CMM8－25、CMM10－30型锚杆钻车，MZHB2－1200－20、MZHB5－1200－25型锚杆转载机组，JM340型掘锚综合机组，完全替代进口产品。高可靠性对称布置钻架的研制对于提高我国锚杆支护装备的技术水平、增强国产煤机装备的市场竞争力具有重要意义。

4结语

对称布置锚杆钻机的成功研制解决了传统锚杆钻机受力不均衡、故障率高的问题，提高了锚杆钻机的可靠性，大大提高了锚钻效率，具有更好的适应性，并且可以集成于掘进机、连采机、锚杆机、破碎机等机载设备上，实现高效的锚杆支护作业，有效缓解了掘、支失衡的矛盾，也为下一步开展锚杆钻机的自动化、智能化研究打下了技术基础。

参考文献：

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［2］徐锁庚．煤矿锚杆支护钻孔设备的现状及发展［J］．矿山机械，2009，37（18）：4－8．

［3］王静．链条固定装置的结构设计［J］．机电产品开发与创新，2014，27（1）：36－37．

［4］王静．CM04型锚杆钻机的结构［J］．煤矿机械，2012，33（1）：178－180．

［5］张小峰．高效快速掘进后配套系统在大柳塔矿的应用［J］．煤炭技术，2016，35（9）：262－263．

［6］张忠国．煤巷快速掘进系统的发展趋势与关键技术［J］．煤炭科学技术，2016，44（1）：55－60．

［7］呼守信．高效快速掘进系统的协调控制［J］．工矿自动化，2017，43（4）：86－88．

［8］康红普．我国煤矿巷道锚杆支护技术发展60年及展望［J］．中国矿业大学学报，2016，45（6）：1071－1081．

［9］曹静．煤矿井下坑道钻机人机工程学应用分析［J］．科技视界，2016（20）：88．

［10］张胜伟，高楠，林青．HXD1C型机车司机操纵台造型优化设计［J］．电力机车与城轨车辆，2012，35（3）：47－48，52.

作者：张东宝1，2；王静1，2 单位：1中国煤炭科工集团太原研究院有限公司，2山西天地煤机煤机装备有限公司