煤矿用架柱式大功率气动钻机的设计.pdf

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煤矿支护
2013年第2期
石庄中杯我论文
煤矿用杂崔式大功率气劬铉机的设计
刘占宏王树盘
「石家庄中媟备制造股份有限公司,河北石家庄050035
摘要介绍了煤矿用大功率气动钻机的整体方案、关键部位的设计原理和结构,
分析了其工作原理,为进一步改进设计和参考设计提供了依据。
关键词煤矿大功率气动钴机
和阀体不同的配合位置可实现两种马达的无
前言
级调速,最终达到钻机转速、钴机推进力与
速的最佳匹配。用螺旋钻杆回转钴进或根
随着我国煤矿开采技术的不断进步,对据工矿实际需要临时调整。
煤矿安全的要求已达到前所未有的高度。国
回转器马达和回转马达均采用了单独的
家及各地煤炭管理机构对于“有掘必探、有消声器,回转马达并在齿轮箱体底部托板内
采必探、先探后掘、先探后采”的十六字方增设了金属网格板消声,使噪音降到90dB
针要求越来越严,探孔的深度也有越来越(A)以下,基本上解决了气动钻机噪声大
深,与之配套的大功率气动的钻机的研究也的问题。钴机主轴配有水套,可直接给钻孔
取得了非常大的进步。本文介绍了石家庄中通水。整机效果如图1所示。
煤装备制造股份有限公司研制的架柱式大功
率气动钻机的设计方案及结构特点。
1整体方案
煤矿用架柱式大功率气动钻机采用分组
式布局,整机由主机、操纵台、消音器三大
部分组成。各部分之间用软胶管相连,便于
在井下不同场地灵活摆布。在运输条件差的
时候,主机还可进一步解体。架柱采用框架
图1钴机整体实物图
结构,拆卸方便,钻孔高度、角度调节方
便,架柱采用内注式液压支柱固定,稳固牢2关键部位设计
固,可减除额外配备乳化液泵站、液压泵站
的繁琐。
2.1主机设计
钻机以压缩空气为动力,气动回转马达
主机由回转器、行走总成、导向台、钻
和给进马达独立工作。压缩空气经油雾器除杆导向架、支架和钻套等组成。
尘雾化后,进人两个换向阀,分别控制回转
(1)回转器总成设计
马达和进给马达。换向阀阀体周方向选用
回转器总成由回转马达、减速箱组成,
了轴向的小圆通气孔均匀分布的结构,阀芯回转马达采用气动方式?气体的可压缩性使
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气马达有明显的“弹性”机械特性。当工作不大,但切削效果也不太理想。在钻削区,
负载阻力增加,输出转速降低,输出转矩提钻速与推力呈线性关系,钻速快而比功最
高。同时,气马达的进气量易进行调整,能小,是切削破岩的最佳区域。在该区域内推
根据负载状态及时改变。钴机的转矩T、输力p和钻速ν的关系可用下式来描述。
出功N、耗气量Q和转速n之间的关系曲
线如图2所示,从图中可以看出其转矩一转
速是软特性。
Q-f(n)
f (n)
图2钴机性能参数关系曲线图
气动马达功率为
ovni
60
10
图3行走总成示意图
式中:N一气动马达输出功率,kW;
k'(p-p')
P一气动马达平均工作压力,MPa;
式中:k'-与f有关的比例系数(当f=2~
马达气室数
6时,k'=10-1.35f;当f=6-16时,k'
v一马达气室有效容积;
3.1-0.19f),单位:mm/(kN?min)
气动马达转速,r/min
p'一针削初始推力(当p'=35f时,
设计方案确定采用马达为齿轮式马达,P=k'+25f),单位:kN。
适用风压0.4~0.63MPa,最大输出功率为
设计方案中行走马达采用齿轮式马达,
6kW。马达有2个进气口和1个排气口,可适用风压0.4~0.63MPa,最大输出功率为
以实现正反转。马达通过输出齿轮轴与械速2kwW,最大推进力18kN。马达同样设计2
箱连接,减速箱2级减速输出转速、转矩。
个进气口和1个排气口,可以实现正反转,
(2)行走总成
达到推进和撤出钻具的功能。马达通过输出
行走总成由行走马达和减速箱组成。域齿轮轴与减速箱连接。
速箱采用涡轮、蜗杄传动方式,保证传动部
(3)减速机构
分结构紧凑,实现较高的减速比传动,既保
减速机构如图4所示。减速机构6包括
证控制推进速度在一个合理的范闱内,同时安装在减速机构壳体内的一级被动齿轮13
实现较大的推进功率。
蜗杄10、蜗轮12和输出齿轮轴11。气动马
根据破岩学理论,钻削破岩可分为四个达的输出轴20与一级被动齿轮啮合,一级
区。在研磨区钴速与推力呈线性关系,此时被动齿轮13安装在蜗杆10的一端,蜗杆
加大推力钻头并不能正常切削岩石而处于研10通过两轴承安装在减速机构6内。蜗杆
虅状态,故钴速增加很小,而功率消耗很与蜗轮配合,蜗轮上连接与齿条啮合的齿轮
大。在阻塞区内钻速随着推力的增加而下轴。减速机构与气动马达的壳体连接成一
降,而消耗的功率则随着推力的増加而上升体,它们与气动钴机同时固定安装在一块导
很快,显然在阻塞区内也无法正常切削。在向台18上,它们一起沿导轨前后移动。
研磨切削过渡区,推力与钻速是非线性关2.2操纵台设计
系,钻速随推力增加而增加,虽然功率增加
操纵台(如图5所示)是钻机的控制装