丁守坤

（中國(guó)煤炭科工集團(tuán)太原研究院有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

錨桿支護(hù)是高產(chǎn)高效礦井使用最為廣泛、安全、經(jīng)濟(jì)、可靠的巷道支護(hù)方式，代表了巷道支護(hù)技術(shù)的發(fā)展方向。CM2-15煤礦用液壓錨桿鉆車是針對(duì)巷道高度范圍在 2.5～4m的礦井而設(shè)計(jì)的兩臂錨桿鉆車的設(shè)計(jì)，是根據(jù)綜掘機(jī)單巷施工時(shí)無(wú)法使用大型錨桿鉆車而設(shè)計(jì)的一款小型機(jī)械化錨桿支護(hù)設(shè)備。主要用于煤礦掘進(jìn)時(shí)煤巷或巖巷的頂板、兩幫的錨桿、錨索支護(hù)。

1 概述

CM2-15液壓錨桿鉆車在結(jié)構(gòu)上采用整體升降平臺(tái)，可以根據(jù)巷道高度情況通過(guò)平臺(tái)升降使作業(yè)人員進(jìn)行上下調(diào)整，從而很方便的實(shí)現(xiàn)巷道內(nèi)不同高度、不同角度錨桿（索）孔、炮眼孔、探測(cè)孔的機(jī)械化施工，同時(shí)能實(shí)現(xiàn)頂幫同時(shí)作業(yè)。大大縮短了支護(hù)作業(yè)時(shí)間，提高了支護(hù)效率。整機(jī)結(jié)構(gòu)合理、緊湊，工作靈活，操作方便。是實(shí)現(xiàn)目前國(guó)內(nèi)巷道掘進(jìn)支護(hù)快速、高效、機(jī)械化的一種首選裝備。

CM2-15煤礦用液壓錨桿鉆車在設(shè)計(jì)上充分考慮功能的多樣化，針對(duì)目前礦井有掘必探的要求，我們利用鉆臂動(dòng)作靈活性增加了施工探測(cè)孔的功能。從而使得該機(jī)不僅能施工錨桿（索）孔，而且處于巷道迎頭的炮眼孔、探水孔及探放瓦斯孔均能方便的進(jìn)行施工作業(yè)，大大擴(kuò)大了設(shè)備的作業(yè)面和適用范圍，同時(shí)也方便了井下作業(yè)，減少了井下設(shè)備種類，優(yōu)化了巷道設(shè)備配置。CM2-15煤礦用液壓錨桿鉆車與掘進(jìn)機(jī)配合使用，適用于中低型礦山巷道掘進(jìn)工作面機(jī)械化作業(yè)。

2 結(jié)構(gòu)與工作原理

CM2-15煤礦用液壓錨桿鉆車整機(jī)由行走部、機(jī)體部、推進(jìn)器（機(jī)載錨桿鉆機(jī)）、前部支撐、鉆臂部、液壓系統(tǒng)、操作系統(tǒng)、電氣系統(tǒng)構(gòu)成。總體結(jié)構(gòu)如圖1所示。

2.1 行走部

圖1 整機(jī)總體Fig.1 Overall machine

行走部是由兩臺(tái)液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)，通過(guò)減速機(jī)構(gòu)驅(qū)動(dòng)鏈輪帶動(dòng)履帶實(shí)現(xiàn)行走，履帶漲緊機(jī)構(gòu)由漲緊輪組和漲緊油缸組成，漲緊輪組通過(guò)漲緊油缸的伸縮運(yùn)動(dòng)可調(diào)整履帶的漲緊程度，履帶架通過(guò)定位槽及8個(gè)M24高強(qiáng)度螺栓固定在機(jī)體兩側(cè)，在履帶的側(cè)面開有方槽，以便漲緊油缸的拆卸，行走減速機(jī)用高強(qiáng)度螺栓與履帶架聯(lián)接。行走部見圖2。

圖2 行走部Fig.2 Walking part

2.2 機(jī)體部

機(jī)體部是該機(jī)進(jìn)行巷道支護(hù)作業(yè)的重要部件，它位于機(jī)組的中間，是以厚鋼板為主材焊接而成的結(jié)構(gòu)件，在機(jī)體前橫梁與平臺(tái)上裝有連桿、支承油缸、升降架組成的升降裝置，升降裝置可帶動(dòng)兩臺(tái)鉆臂作上下1000mm的升降作業(yè)，通過(guò)升降作業(yè)能很好的滿足操作人員的支護(hù)要求，同時(shí)升降平臺(tái)兩側(cè)翻板展開后寬度可達(dá) 3.9m，使得操作人員的作業(yè)環(huán)境及作業(yè)空間大大提高。升降架采用連桿及二級(jí)升降油缸來(lái)控制，操作簡(jiǎn)便，升降平穩(wěn)。在升降平臺(tái)的前部中間裝有前部支撐，升降架左右側(cè)分別裝有鉆臂及推進(jìn)器，互不干涉，可各自獨(dú)立操作。機(jī)體前后橫梁兩側(cè)裝有行走部[1，2]。

2.3 推進(jìn)器（機(jī)載錨桿鉆機(jī)）

推進(jìn)器由滑道裝置、鏈傳動(dòng)裝置、推進(jìn)油缸、液壓馬達(dá)及鉆桿座等部件組成：

（1）滑道裝置采用鋼板焊接成形，經(jīng)過(guò)熱處理，機(jī)械加工，剛性好，韌性好，精度高，滿足了井下使用的要求。

（2）推進(jìn)油缸安裝于滑道裝置的兩側(cè)，通過(guò)鏈傳動(dòng)機(jī)構(gòu)，獲得鉆孔所需的推進(jìn)行程，油缸位于滑道兩側(cè)還有便于檢修和更換。

（3）回轉(zhuǎn)鉆馬達(dá)與鉆桿座直接連接，在液壓馬達(dá)驅(qū)動(dòng)下，來(lái)提供鉆孔時(shí)所需的動(dòng)力。

2.4 前部支撐

前部支撐裝于升降平臺(tái)前部中間位置，支承方筒在支護(hù)調(diào)整油缸的作用下可有 30°角度變化使支護(hù)更加靈活方便，當(dāng)進(jìn)行支護(hù)時(shí)，操作手柄使支護(hù)在支撐油缸和頂梁伸縮油缸的作用下支護(hù)套筒向上伸出支護(hù)頂梁套筒向左右伸出，來(lái)滿足不同巷道高度和加大支護(hù)面積的使用要求。前部支撐的主要作用是起到臨時(shí)支護(hù)的目的，因此，支護(hù)時(shí)一定要將前部支撐升起，防止頂板塌陷，保護(hù)操作者的安全。

2.5 鉆臂部分

鉆臂部是機(jī)組進(jìn)行錨桿支護(hù)作業(yè)的核心部位，它與推進(jìn)器連接，通過(guò)二者的共同配合，來(lái)完成該機(jī)的鉆孔及緊固錨桿錨索動(dòng)作，它的主要?jiǎng)幼饔校罕凵砩舷律?45°、42°角向外回轉(zhuǎn)、鉆臂方筒整體向前伸縮600mm、鉆臂回轉(zhuǎn)座整體向前伸縮 500mm、推進(jìn)器左右旋轉(zhuǎn) 180°、推進(jìn)器前后旋轉(zhuǎn)180°。它的主要部件有：推進(jìn)器、鉆臂回轉(zhuǎn)座、鉆臂補(bǔ)償機(jī)構(gòu)、大連桿、小連桿、各種油缸、銷子等。鉆臂部見圖3。

圖3 鉆臂Fig.3 Drill arm

2.6 液壓系統(tǒng)

液壓系統(tǒng)是由泵站、操作臺(tái)、油缸、液壓馬達(dá)、油箱、閥組及相互聯(lián)接的管路組成。液壓系統(tǒng)原理圖見圖4。

（1）液壓系統(tǒng)的功能。機(jī)器行走，鉆臂及推進(jìn)器的各種動(dòng)作，升降架的升降，前部支撐的升降，履帶的漲緊和提供打鉆時(shí)所需的動(dòng)力。

（2）油泵和液壓馬達(dá)。泵站是由一臺(tái)45KW防爆電機(jī)，驅(qū)動(dòng)一臺(tái)三聯(lián)齒輪泵，經(jīng)多路換向閥，將壓力油分別送給各執(zhí)行機(jī)構(gòu)，來(lái)完成各部件的動(dòng)作。

（3）操作部分。本機(jī)操作部分裝有各種多路換向閥，其中，行走部液壓泵分別向兩個(gè)液壓馬達(dá)供油，通過(guò)兩個(gè)單聯(lián)換向閥來(lái)控制行走馬達(dá)的正、反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)機(jī)器行走。鉆孔馬達(dá)是在行走部分不工作時(shí)，由液壓泵向兩臺(tái)液壓鉆馬達(dá)供油，通過(guò)兩個(gè)單聯(lián)換向閥來(lái)控制馬達(dá)的正、反轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)鉆孔操作。油缸油路分兩部分，一部分通過(guò)分流集流閥供給司機(jī)處控制平臺(tái)升降的四聯(lián)閥后，再供給控制左鉆臂和推進(jìn)器的八聯(lián)換向閥和雙聯(lián)換向閥，來(lái)操作左側(cè)鉆臂和推進(jìn)器的各種動(dòng)作。另一部分通過(guò)分流集流閥供給司機(jī)處控制支護(hù)動(dòng)作的四聯(lián)閥后，再供給控制右鉆臂和推進(jìn)器的八聯(lián)換向閥和雙聯(lián)換向閥，來(lái)操作右側(cè)鉆臂和推進(jìn)器。

圖4 液壓系統(tǒng)Fig.4 Hydraulic system

2.7 水系統(tǒng)

本機(jī)水系統(tǒng)設(shè)有接水口，在液壓錨桿鉆車工作時(shí)，通過(guò)接水口與巷道內(nèi)的水源接通，經(jīng)過(guò)冷卻器冷卻液壓油后，然后分別進(jìn)入兩臺(tái)推進(jìn)器的鉆桿座部，在液壓錨桿鉆車鉆孔過(guò)程中一方面對(duì)鉆頭進(jìn)行冷卻，另一方面降低浮塵。

3 技術(shù)特性與技術(shù)特點(diǎn)

3.1 技術(shù)特性

（1）CM2-15煤礦用液壓錨桿鉆車主要參數(shù)見表1。

表1 主要參數(shù)Tab.1 Main Parameters

（2）技術(shù)路線。CM2-15煤礦用液壓錨桿鉆車采用總體設(shè)計(jì)和部件重點(diǎn)攻關(guān)并行的思路，應(yīng)用虛擬樣機(jī)技術(shù)和傳統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法相結(jié)合的方式，利用 Solidworks、Adams和 Asnsys等軟件的輔助設(shè)計(jì)與分析功能，在樣機(jī)的研制過(guò)程中對(duì)整機(jī)及各元部件性能進(jìn)行分析，降低設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)。 整機(jī)設(shè)計(jì)流程如圖5所示[3]。

圖5 設(shè)計(jì)流程圖Fig.5 Design flow chart

3.2 技術(shù)特點(diǎn)

（1）機(jī)組結(jié)構(gòu)合理，大部件強(qiáng)度好，剛性好。

（2） 機(jī)組全部采用液壓系統(tǒng)控制，方便井下維修與操作。

（3）機(jī)組行走部采用液壓馬達(dá)+減速機(jī)驅(qū)動(dòng)。

（4）機(jī)組裝有兩套用液壓控制進(jìn)行鉆孔的鉆臂及推進(jìn)裝置，且兩鉆臂及推進(jìn)器相互獨(dú)立。

（5）機(jī)組上的兩臺(tái)鉆機(jī)可旋轉(zhuǎn)至不同位置及不同角度施工幫錨桿、炮孔及探測(cè)孔。

（6）在機(jī)組前面，有可升降的前部支撐裝置對(duì)作業(yè)人員進(jìn)行保護(hù)。

（7）在機(jī)組上，裝有可升降的平臺(tái)可使兩鉆臂整體上下升降，以滿足施工要求，并方便作業(yè)人員操作。

（8）在機(jī)組上裝有可左右轉(zhuǎn)動(dòng)和翻動(dòng)的踏板裝置，保證了作業(yè)人員的方便操作與安全。

（9）機(jī)組有采用漲緊輪組和漲緊油缸組成的履帶漲緊裝置[4，5]。

4 結(jié)束語(yǔ)

CM2-15煤礦用液壓錨桿鉆車主要用于煤巷掘進(jìn)工作面作業(yè)，能夠?qū)崿F(xiàn)頂幫同時(shí)支護(hù)、鉆炮孔及探測(cè)孔等功能。最大定位支護(hù)斷面可達(dá)15m2，支護(hù)高度4m，支護(hù)寬度 4.5m。適應(yīng)巷道工作坡度為±12。

CM2-15型礦用液壓鉆車設(shè)計(jì)綜合了國(guó)內(nèi)外現(xiàn)有機(jī)型的優(yōu)缺點(diǎn)，具有國(guó)內(nèi)獨(dú)立的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)，該項(xiàng)目的完成可以填補(bǔ)國(guó)內(nèi)空白 ，提高我國(guó)煤礦和其他工程巷道錨桿支護(hù)工作的機(jī)械化水平，不僅大大地提高了支護(hù)的速度，而且降低了工人的勞動(dòng)強(qiáng)度，改善了作業(yè)環(huán)境，提高了工人施工的安全系數(shù)，提高企業(yè)和礦井的綜合效益。