王成軍　韓董董　李剛　李龍　蔣遠遠　李家樂

摘 要：針對礦用錨索切割危險性高且效率低的現(xiàn)狀，設(shè)計了一種可用于煤礦井下的防爆型雙錨索自動下料機，詳細介紹了設(shè)備的結(jié)構(gòu)和工作原理，其切割系統(tǒng)采用磨料射流切割技術(shù)進行錨索下料，較好地解決了井下切割防爆的問題，且錨索的牽引、測量、下料和卸料自動完成，設(shè)備自動化程度和安全性高，操作簡便，滿足設(shè)計要求。

關(guān)鍵詞：錨索下料機；雙錨索；磨料射流；防爆設(shè)計

中圖分類號：TD353；TD355 文獻標志碼：A 文章編號：1672-1098（2014）03-0025-04

錨索因具有長度大、柔性靈活、承載能力高、運輸方便和早期承載等優(yōu)點，已經(jīng)成為煤礦巷道支護的主要方式，而且煤礦生產(chǎn)中錨索的使用量非常大[1-2]。不同的巷道和工作面往往需要不同長度的錨索，而錨索出廠時都是整捆包裝，因此需要根據(jù)實際需求的尺寸對錨索進行切割下料。

目前，錨索下料采用地面展開下料后彎曲固定運輸?shù)骄略僬归_安裝。切割錨索過程中使用的設(shè)備只有切割機為機械化的，在切割錨索線的過程中，拖拉錨索、切割錨索等環(huán)節(jié)都采用人工操作，效率低；錨索展放時外向張力大，容易失控，整捆錨索易松垮，切割長度不準，且常發(fā)生錨索彈出傷人或切割片碎裂崩傷人的事故[3]。

本文采用磨料射流切割技術(shù)對錨索進行下料，提出防爆型雙錨索自動下料機的設(shè)計方案，實現(xiàn)錨索在井下切割下料，無需多次彎曲和展放，避免了錨索彈出傷人和切割機傷人的安全隱患。

2 總體結(jié)構(gòu)設(shè)計

防爆型礦用雙錨索自動下料機的結(jié)構(gòu)包括連通電控氣控液控系統(tǒng)并通過錨索依次連接的放線盤、牽引系統(tǒng)、切割系統(tǒng)、卸料系統(tǒng)以及與放線盤配套安裝的制動器，如圖1所示。放線盤和制動器的數(shù)量均為二，且兩個放線盤安裝時確保其軸線豎直；盤裝的錨索安裝在放線盤上，牽引系統(tǒng)和切割系統(tǒng)安裝在同一個機架上，切割系統(tǒng)位于牽引系統(tǒng)的后端且靠近卸料系統(tǒng)布置。

牽引系統(tǒng)的液壓減速馬達、液壓泵站、切割系統(tǒng)的高壓水泵、夾緊氣缸、噴槍進給氣缸以及卸料系統(tǒng)的卸料氣缸和防爆行程開關(guān)均與電控氣控液控系統(tǒng)相連接。由電控系統(tǒng)協(xié)調(diào)液壓系統(tǒng)和氣動系統(tǒng)實現(xiàn)各工序按順序動作，自動完成錨索的下料作業(yè)。

3 主要結(jié)構(gòu)設(shè)計

3.1 放線盤

放線盤包括底板、支撐輪、托盤、徑向調(diào)節(jié)器、錨索固定塊、側(cè)支柱、壓盤、回轉(zhuǎn)軸和防脫螺釘（見圖2）。由氣缸驅(qū)動的放線盤制動器安裝在放線盤的底板上，在底板的中間位置設(shè)有回轉(zhuǎn)座，回轉(zhuǎn)軸通過軸向止推軸承和徑向軸承支承在回轉(zhuǎn)座上；托盤安裝在回轉(zhuǎn)軸上且在托盤的下方設(shè)有四個萬向支撐輪，在托盤的頂面設(shè)有錨索固定塊用于固定錨索的散端；六個徑向調(diào)節(jié)器的均布安裝在托盤的頂面；壓盤的頂面設(shè)有吊環(huán)，其四周設(shè)有U形滑槽；的底部安裝在徑向調(diào)節(jié)器的滑塊上，通過調(diào)節(jié)絲杠調(diào)節(jié)側(cè)支柱的位置從而改變放線盤的工作直徑。

3.2 牽引與切割系統(tǒng)

如圖3所示，牽引系統(tǒng)包括主機架、牽引箱、鏈傳動裝置、液壓減速馬達、液壓泵站。液壓泵站上隔爆型三相異步電動機功率7.5 kW，牽引箱安裝在主機架的前端頂部，液壓減速馬達通過鏈傳動裝置將動力傳遞給牽引箱中的主動送線輥，從動送線輥壓緊錨索并在主動送線輥的驅(qū)動下牽引錨索。

切割系統(tǒng)包括高壓泵、磨料罐、夾緊氣缸、水射流噴槍、噴槍工作臺和水箱。錨索下料機采用前混合磨料射流切割錨索，所配置的高壓泵為柱塞式乳化液泵，其工作壓力為30 MPa，流量為315 L/min；磨料罐容積為16 L，通過高壓軟管與水射流噴槍相連接，磨料罐的罐體的頂部設(shè)有頂蓋和泄壓閥，罐體的底部設(shè)有混合閥和操作手柄；水箱安裝在噴槍工作臺的正下方，水射流噴槍安裝在噴槍工作臺上，通過進給氣缸驅(qū)動兩個噴槍往復(fù)進給，氣源在井下就近取用，調(diào)壓至0.7 MPa。

3.3 卸料系統(tǒng)

如圖4所示，卸料系統(tǒng)由橫梁、上擋板、下?lián)醢?、擋板開啟裝置、防爆行程開關(guān)、卸料導(dǎo)向架和尾支架組成。尾支架通過地腳螺栓固定在地基上，橫梁采用礦用工字鋼，橫梁與安裝在兩側(cè)的上擋板和下?lián)醢鍢?gòu)成了待下料錨索的臨時性存放空間，防爆行程開關(guān)安裝在橫梁的尾部；擋板開啟裝置通過螺釘安裝在橫梁的頂部，擋板開啟裝置與下?lián)醢逋ㄟ^鉸鏈相連接；上擋板與橫梁及下?lián)醢寰ㄟ^鉸鏈相連接；卸料導(dǎo)向架呈等腰三角形結(jié)構(gòu)，用于導(dǎo)向卸料。橫梁與尾支架以及擋板開啟裝置、防爆行程開關(guān)、卸料導(dǎo)向架和橫梁之間均采用可拆卸連接方式，便于運輸和安裝。

擋板開啟裝置由T形支架、卸料氣缸、Z形連桿組成，兩組卸料氣缸和Z形連桿對稱安裝在T形支架上，通過卸料氣缸的伸縮實現(xiàn)上、下?lián)醢宓拇蜷_與關(guān)閉。

3.4 電器控制系統(tǒng)

電器控系統(tǒng)由PLC、延時繼電器、電磁換向閥、防爆行程開關(guān)和氣缸限位開關(guān)組成，延時繼電器的具體時間可根據(jù)現(xiàn)場經(jīng)驗調(diào)定。下料時，PLC發(fā)出指令啟動液壓減速馬達，待下料錨索在主、從動送線托輥的作用下向卸料系統(tǒng)移動，當定長錨索觸碰防爆行程開關(guān)時，發(fā)出電信號，液壓減速馬達停轉(zhuǎn)；夾緊氣缸伸出壓緊錨索，高壓泵啟動，進給氣缸驅(qū)動兩個射流噴槍切割錨索，切割行程完成后，氣缸限位開關(guān)發(fā)出電信號，進給氣缸停止，同時擋板開啟裝置的卸料氣缸伸出，上、下?lián)醢宕蜷_，錨索沿著卸料導(dǎo)向架卸料，延時3 s后卸料氣缸復(fù)位，夾緊氣缸提起，液壓減速馬達工作，開始下一個工作循環(huán)。

4 雙錨索自動下料機的優(yōu)點

1） 安裝簡便，安全系數(shù)高。采用行車吊裝錨索盤，剪去包裝帶，鎖緊錨索頭后即可實現(xiàn)一人獨立操作，錨索的牽引、切割和卸料自動完成，安全系數(shù)大大提高；采用高壓水射流切割錨索，避免了砂輪切割碎片和切屑傷人的情況。

2） 實現(xiàn)錨索下料的自動控制和機械化作業(yè)，完全代替人力勞動；

3） 錨索下料效率高，每小時可完成80 根錨索加工任務(wù)（原來7～8人一天下料400根錨索），完全滿足礦井支護的需要；

4） 放線盤工作直徑和卸料長度均可根據(jù)需要靈活調(diào)節(jié)。設(shè)備控制集中、操作簡單、安裝維護方便，使用壽命長；

5） 水射流切割技術(shù)和電氣防爆措施的采用，實現(xiàn)了錨索井下下料作業(yè)，給錨索運輸提供便利，省去了錨索下料后的反復(fù)彎曲和展放操作，從源頭上解除了錨索彈出傷人的安全隱患。

6） 經(jīng)濟效益明顯提高。加工22×6.8 m及以上長度的錨索相比采購成品每根節(jié)約成本約72元。一個中型煤礦每月使用22×6.8 m及以上長度的錨索約5 000根，除降低勞力成本外，每年可節(jié)約材料費430余萬元。

5 結(jié)束語

經(jīng)淮南礦業(yè)集團潘一礦等單位試用證實，設(shè)計的防爆型雙錨索自動下料機是可行的，日下料900根，不僅下料速度提高為單錨索切割機的1.8倍，實現(xiàn)了錨索自動、快速、高效切割下料的目的；而且井下切割省去了二次折彎裝運環(huán)節(jié)，避免了安全隱患。更重要的是大大減少了人力和物力的投入，提高了經(jīng)濟效益，解決了井下錨索下料的技術(shù)難題，簡化了錨索儲運工序，消除了危險因素，實現(xiàn)了安全生產(chǎn)，具有較高的推廣價值。

參考文獻：

[1] 張玉增.一種錨索切割裝置：中國， 201220194571.X[P].2012-12-19.

[2] 張竹康，劉俊鋒，戰(zhàn)仕發(fā).數(shù)控全自動錨索切割機的研制[J].廣西輕工業(yè)，2008（04）：33-34.

[3] 張松波.安全高效錨索自動切斷機的設(shè)計和應(yīng)用[J].中國西部科技，2013，12 （01）：34-35.

[4] 剡昌鋒，李有堂，芮執(zhí)元，等.高速剪切設(shè)備的概念設(shè)計[J].機床與液壓，2004 （08）：112-113.

[5] 王成軍，沈豫浙.應(yīng)用創(chuàng)造學(xué)[M].北京：北京大學(xué)出版社，2010：10-150.

[6] 蒯蘇蘇，馬履中.TRIZ理論機械創(chuàng)新設(shè)計工程訓(xùn)練教程[M].北京：北京大學(xué)出版社，2011：8-200.

（責任編輯：李 麗）