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凿岩机岩石钻进试验装置设计研究

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摘要:模拟凿岩机实际工况,研制一套凿岩机岩石钻进性能试验台,通过测试凿岩机凿孔速度来反映凿岩机凿孔性能。介绍了试验台各部分组成及结构、液压系统及测控系统的设计,重点是激光位移传感器在凿孔速度测试中的应用。

关键词:凿岩机;钻进;试验装置

引言

目前,凿岩设备在煤矿支护及开采过程中广泛应用,钻进速度是考核凿岩设备性能的关键指标,钻进速度测定容易,方法简单,不用其他仪器,而且钻速本身就是钻进效果的重要指标。生产企业多采用秒表及钢尺作为测量手段,人为误差较大,受操作者因素影响也大,其最终指标往往相差很大,不能客观反映凿岩设备实际钻进速度,且对凿岩设备钻进过程中设备本身其他指标没有考核分析,不能全面反映凿岩设备性能指标。本试验装置正是基于模拟凿岩机实际工作方式配合压力、流量、温度、钻速测控系统全面验证凿岩机凿孔性能及可靠性。

1试验装置概述

凿岩机岩石钻进装置主要依据MT/T198-1996《煤矿用液压凿岩机通用技术条件》及MT/T903-2002《煤矿用气动凿岩机通用技术条件》标准,用于模拟凿岩机在井下的作业工况,通过对同等类型和硬度的岩石在相同工况下进行凿孔作业来测试凿岩机的凿孔速度测量及输入动力参数测量,判断钻进性能是否满足标准要求。其主要测试原理如图1所示。图1凿岩机岩石钻进装置测试原理图凿岩设备岩石钻进试验装置包含机械台架、配套监控系统、液压控制系统、测控系统等,装置主要参数:钻机速度0~10m/min,全方位钻进平台工作范围15m2;承受冲击能大于1000J。

2机械台架

凿岩试验台主要由可调节凿岩机运行平台、可调节岩石运行平台。其中可调节凿岩机运行平台由凿岩机安装托盘、推进器、导轨、推进油缸、钢丝绳倍速机构、扶钎器、四连杆升降机构结构件、四连杆升降机构推进缸等组成。可调节岩石运行平台由岩石承载框架结构件、双头平移油缸、平移燕尾槽、岩石后顶紧缸及岩石上顶紧缸等组成。被钻进岩石安装在可调节岩石运行平台,由后顶紧缸及上顶紧缸顶紧,通过双头油缸和燕尾槽实现左右平移,凿岩机通过安装托盘固定在凿岩机安装台架推进器上,通过推进油缸及钢丝绳倍速机构实现前后运动,钻杆通过扶钎器固定,推进器通过四连杆机构推进缸推动四连杆机构实现上下升降,继而通过上述动作实现全方位钻进。具体结构如图2所示。图2凿岩试验台1.可调节岩石台架2.可调节凿岩机运行台架3.凿岩机因可调节凿岩机运行台架实际使用过程中,承受凿岩机产生的冲击能及钻进推力,受力较为集中,通过SolidWorks三维绘图软件对台架进行应力及位移量分析,施加推进力为65kN,凿岩机冲击能为500J,验证结论为使用安全,应力云图及位移云图如图3和图4所示。

3液压系统

该台架由试验室液压泵站提供动力,主要涉及冲击回路、回转回路及辅助回路,冲击回路提供被试液压凿岩机冲击动力,回转回路提供被试液压凿岩机回转动力,辅助回路为台架调节提供动力。液压系统图如图5所示。

4测控系统

测控系统将电控系统和测试系统集中于1个控制台和操作界面。其中电控系统包括控制台、电控元件等,能对试验台辅助系统及被试件的工况进行现场控制、控制室电脑界面控制;在紧急情况下,现场控制优先于电脑界面控制,并可在空压机、试验现场、控制室对气动系统进行急停;测试系统可实现凿岩机工作气压、耗气量、液体压力、液体流量、推进力、温度、噪声、凿孔速度等指标的自动采集,并自动生成原始记录;在试验现场、控制室均可实现数据采集,远端通过网络界面可监测到测试界面。测控系统框图如图6所示,气动凿岩机测控界面如图7所示,液压凿岩机测控界面如图8所示。

5试验台主要特点

该试验台能实现凿岩机钻进参数全项目测量,实时监测钻进速度、钻进推进力、钻进噪声、冲击、回转系统压力、流量、温度等性能参数,并通过PLC系统实现软件控制及参数、报告输出。图6测控系统框图图7气动凿岩机测控界面图8液压凿岩机测控界面首次采用高精度激光位移传感器配合计时器,实现钻进速度实时监测测量,最大程度避免了人为测量误差。

6结语

由于目前市场竞争条件尚不规范,产品生产企业水平参差不齐,相当数量的企业是小规模、作坊式的生产,产品性能很难得到保证。而验证凿岩设备的性能最重要的指标就是钻进效果,可以用来指导实际生产并作为设备验证的重要参考指标。但目前相当多的生产企业不具备将凿岩设备岩石钻进实验作为常规出厂检验手段的条件。通过该装置的研制,可以为生产企业提供凿岩设备岩石钻进试验中主要指标参数测定,为产品质量鉴定提供指标性建议。并通过分析影响凿岩设备凿孔速度的因素,正确评价产品质量,寻求改进产品性能。

作者:荆建宽 单位:煤炭科学技术研究院有限公司

岩土力学杂志责任编辑:张雨    阅读:人次
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