尹繼仁

（晉能控股煤業(yè)集團(tuán)有限公司四臺(tái)礦， 山西 大同 037003）

引言

錨桿鉆機(jī)作為錨桿支護(hù)過程中的主要配套設(shè)備，對地下開采支護(hù)的速度與質(zhì)量影響十分巨大。在日常生產(chǎn)過程中，機(jī)載錨桿鉆機(jī)由于啟動(dòng)、停止以及換向等操作較多，使得錨桿鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)遭受震動(dòng)沖擊頻次較高，液壓系統(tǒng)動(dòng)作不協(xié)調(diào)、噪聲等故障發(fā)生頻繁。經(jīng)分析，主要原因?yàn)閭鹘y(tǒng)的錨桿鉆機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)較為落后，已無法適應(yīng)生產(chǎn)要求。針對這一現(xiàn)象，本文對錨桿鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)研究，通過優(yōu)化錨桿鉆機(jī)液壓系統(tǒng)性能，提升錨桿鉆機(jī)運(yùn)行穩(wěn)定性，保證企業(yè)的安全高效生產(chǎn)。

1 錨桿鉆機(jī)運(yùn)動(dòng)過程分析

錨桿鉆機(jī)的運(yùn)動(dòng)主要分為打頂部錨桿孔與打側(cè)幫錨桿孔兩部分。掘進(jìn)機(jī)切割巷道一段距離后，會(huì)縮回截割頭，掘進(jìn)機(jī)將開動(dòng)前進(jìn)到下一個(gè)掘進(jìn)位置，將掘進(jìn)機(jī)的截割臂停止于巷道中心線位置，即可開始打頂部錨桿孔。首先，控制伸縮液壓缸使錨桿鉆機(jī)向截割頭方向伸出，再控制翻轉(zhuǎn)油缸使錨桿機(jī)豎直，然后人工將錨網(wǎng)放置在錨桿機(jī)支護(hù)架上，啟動(dòng)支護(hù)油缸，使支護(hù)裝置升高并使錨網(wǎng)升高至巷道頂部，此時(shí)，巷道的支護(hù)主要依靠支護(hù)裝置。支護(hù)架上的錨桿機(jī)隨支護(hù)裝置一同上升，達(dá)到指定位置后啟動(dòng)馬達(dá)與推進(jìn)油缸，鉆孔操作開始。當(dāng)推進(jìn)油缸行駛到行程極限后，油缸縮回，退出錨桿。若此時(shí)的錨桿孔無法達(dá)到錨桿支護(hù)設(shè)計(jì)要求時(shí)，人工進(jìn)行錨桿鉆桿接入，然后按上述鉆孔步驟重新操作，直至符合要求。鉆孔完畢后，移動(dòng)伸縮油缸位置，進(jìn)行下一個(gè)鉆孔的施工。

側(cè)幫錨桿孔鉆孔過程與頂錨桿孔鉆孔過程前幾步類似，控制伸縮液壓缸使錨桿機(jī)伸出，再控制翻轉(zhuǎn)油缸使錨桿機(jī)豎直。這時(shí)，側(cè)幫錨桿孔鉆孔需啟動(dòng)側(cè)翻液壓缸，將錨桿鉆機(jī)調(diào)節(jié)為側(cè)幫錨桿支護(hù)所需角度，然后再按頂錨桿孔鉆孔步驟進(jìn)行。完成上述步驟后，縮回各液壓缸，完成頂錨桿孔鉆孔過程[1-3]。

2 錨桿鉆機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 錨桿鉆機(jī)液壓系統(tǒng)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)

液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包含的部件包括手動(dòng)換向閥、三球通閥、分流集流閥、伸縮液壓缸、液壓鎖、側(cè)翻液壓缸、翻轉(zhuǎn)液壓缸、支護(hù)液壓缸、液壓馬達(dá)以及雙倍程進(jìn)給液壓缸。本文以EBZ-160 型掘進(jìn)機(jī)為研究對象進(jìn)行設(shè)計(jì)。EBZ-160 型掘進(jìn)機(jī)的機(jī)載錨桿鉆機(jī)液壓系統(tǒng)按油路進(jìn)行設(shè)計(jì)可分為馬達(dá)連接油路設(shè)計(jì)與液壓缸連接油路設(shè)計(jì)兩部分。

馬達(dá)連接油路主要是通過分流集流閥、手動(dòng)換向閥以及三通球閥與EBZ-160 型掘進(jìn)機(jī)的一運(yùn)馬達(dá)油路相連接的，其原理示意圖如圖1 所示。其中，三通球閥的主要作用為換向，當(dāng)三通球閥處于右側(cè)位置時(shí)，分流集流閥將與一運(yùn)馬達(dá)管路接通，左側(cè)位置則斷開。分流集流閥的主要作用為分流，當(dāng)分流集流閥聯(lián)通時(shí)，分流集流閥可對油液分流，使油液同時(shí)進(jìn)入兩個(gè)馬達(dá)，對兩個(gè)馬達(dá)起到供油作用。同時(shí)，也可起到一定的流量調(diào)節(jié)作用。手動(dòng)換向閥的作用為對馬達(dá)進(jìn)行換向操作。

圖1 液壓馬達(dá)原理示意圖

液壓缸的連接油路包括支護(hù)液壓缸連接油路設(shè)計(jì)、翻轉(zhuǎn)液壓缸連接油路設(shè)計(jì)以及雙行程推進(jìn)液壓缸連接油路設(shè)計(jì)三部分。其中，由于伸縮液壓缸以及側(cè)翻液壓缸與翻轉(zhuǎn)液壓缸油路相同。支護(hù)液壓缸連接油路如圖2-1 所示，翻轉(zhuǎn)液壓缸連接油路如圖2-2 所示，雙行程推進(jìn)液壓缸連接油路如圖2-3 所示。

圖2 液壓缸的連接油路設(shè)計(jì)示意圖

支護(hù)液壓缸的主要作用為將對巷道進(jìn)行臨時(shí)支護(hù)的支護(hù)架推至巷道頂部。若巖石發(fā)生松動(dòng)或脫落等現(xiàn)象，會(huì)使液壓缸發(fā)生縮回，從而導(dǎo)致意外事故的發(fā)生，故本文進(jìn)行了液壓鎖設(shè)置，防止事故的發(fā)生。

翻轉(zhuǎn)液壓缸油路采用了手動(dòng)換向閥與平衡閥設(shè)計(jì)。平衡閥的作用為對翻轉(zhuǎn)液壓缸進(jìn)行背壓建立，提高液壓缸的工作穩(wěn)定性。手動(dòng)換向閥主要進(jìn)行翻轉(zhuǎn)液壓缸伸出與縮回的調(diào)節(jié)作用。

雙倍程推進(jìn)液壓缸主要是對鉆機(jī)馬達(dá)進(jìn)行推進(jìn)作用，與三位六通換向閥直接連接即可[4-6]。

2.2 液壓缸參數(shù)確定與選型

2.2.1 液壓缸行程

液壓缸行程參數(shù)的確定包括伸縮液壓缸行程、雙倍程液壓缸行程、翻轉(zhuǎn)液壓缸行程以及支護(hù)液壓缸行程四部分。其中，伸縮液壓缸行程主要與掘進(jìn)機(jī)截割頭伸縮距離有關(guān)，需使錨桿鉆機(jī)與截割臂工作互不干涉。EBZ-160 型掘進(jìn)機(jī)截割頭伸縮距離為500 mm，經(jīng)綜合分析伸縮液壓缸行程設(shè)定為800 mm；雙倍程液壓缸的行程主要與一次成孔深度有關(guān)，其數(shù)值應(yīng)為成孔深度的一半，實(shí)際成孔深度要求為1400 mm，故選取雙倍程液壓缸行程為700 mm；翻轉(zhuǎn)液壓缸的主要作用為對錨桿鉆機(jī)進(jìn)行翻轉(zhuǎn)，其行程計(jì)算原理圖如圖3-1 所示。巷道高為4.8 m 時(shí)，翻轉(zhuǎn)液壓缸所需轉(zhuǎn)角最大，為防止翻轉(zhuǎn)油缸與伸縮滑板干涉，取翻轉(zhuǎn)角度為115°，則翻轉(zhuǎn)液壓缸行程為OB-OA=750 mm；支護(hù)液壓缸的行程與巷道高度有關(guān)，當(dāng)巷道高度為4800 mm 時(shí)，其計(jì)算原理圖如圖3-2 所示。截割臂與水平面夾角為25°，翻轉(zhuǎn)液壓缸角度為115°，伸縮液壓缸行程為800 mm，通過計(jì)算則b=800 mm；當(dāng)巷道高為2400 mm 時(shí)，其計(jì)算原理圖如圖3-3 所示。截割頭與水平夾角為15°，為防止鉆機(jī)與頂棚的干涉，應(yīng)使支護(hù)裝置縮回一段距離。經(jīng)計(jì)算，該縮回行程為300 mm。故支護(hù)液壓缸行程為平衡位置伸出800 mm，縮回300 mm。

圖3 液壓缸行程計(jì)算原理圖

2.2.2 液壓缸穩(wěn)定性計(jì)算

由于活塞桿與導(dǎo)向套、缸壁之間的間隙以及設(shè)備負(fù)載偏心、自重等因素，液壓缸在壓縮狀態(tài)會(huì)產(chǎn)生縱向彎曲現(xiàn)象，故液壓缸在實(shí)際工作中需滿足受壓狀態(tài)下的穩(wěn)定性要求。

液壓缸的實(shí)際壓縮載荷與極限載荷的關(guān)系式為：

式中：nk為安全系數(shù)，通常取3；F 為液壓缸實(shí)際壓縮載荷，經(jīng)分析，F(xiàn)=75000 N；Fk為液壓缸極限載荷。則液壓缸極限載荷最小應(yīng)為Fk=225000 N。

3 液壓系統(tǒng)測試

按上述設(shè)計(jì)方案對錨桿鉆機(jī)液壓系統(tǒng)進(jìn)行設(shè)計(jì)研究并應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)后發(fā)現(xiàn)，錨桿鉆機(jī)液壓系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)可靠。應(yīng)用于某煤礦實(shí)際生產(chǎn)1 年內(nèi)未發(fā)生動(dòng)作不協(xié)調(diào)、噪聲等故障現(xiàn)象，符合液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，可應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)之中[7-10]。

4 結(jié)論

錨桿鉆機(jī)是巷道錨桿支護(hù)的主要配套設(shè)備，對錨桿支護(hù)效果的好壞影響巨大。隨著煤炭開采環(huán)境的日益復(fù)雜，傳統(tǒng)的錨桿鉆機(jī)液壓系統(tǒng)性能已無法滿足實(shí)際的生產(chǎn)需求。針對這一現(xiàn)象，本文對錨桿鉆機(jī)的液壓系統(tǒng)進(jìn)行了針對性的設(shè)計(jì)研究，通過分析得出了以下結(jié)論：

1）錨桿鉆機(jī)液壓系統(tǒng)故障頻發(fā)的主要原因?yàn)橐簤合到y(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)較為落后，需進(jìn)行改進(jìn)設(shè)計(jì)。

2）按上述方案完成錨桿鉆機(jī)液壓系統(tǒng)設(shè)計(jì)并應(yīng)用于實(shí)際后發(fā)現(xiàn)，系統(tǒng)運(yùn)行平穩(wěn)，1年內(nèi)未發(fā)生噪聲與動(dòng)作不協(xié)調(diào)等故障，液壓系統(tǒng)性能得到了提升。