大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)的研制

□ 趙俊民

洛陽(yáng)豪智機(jī)械有限公司 河南洛陽(yáng)471125

1 研究背景

目前我國(guó)生產(chǎn)的適合礦山煤礦行業(yè)使用的鉆機(jī)均是小功率鉆機(jī)，所能夠鉆孔的直徑也比較小，由于動(dòng)力較小，所以工作效率低［1］，影響了我國(guó)目前煤礦開(kāi)采的速度，因而急需研制一種大功率、高效率、操作簡(jiǎn)單、噪聲小、使用方便的鉆機(jī)裝備。實(shí)施后，不僅能替代進(jìn)口，而且能出口創(chuàng)匯，項(xiàng)目開(kāi)發(fā)的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益十分顯著。

這一大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)適用于鉆鑿巖石爆破孔、高速公路路基鉆排水孔、城市高大建筑物基坑支護(hù)中鉆土釘孔、房屋和廠(chǎng)房的地基基礎(chǔ)加固注漿孔、物理勘探中的爆破孔，以及鐵路、公路、橋梁、水庫(kù)、山體邊坡支護(hù)中鉆錨桿孔等［2］。這一大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)尤其適用于開(kāi)鑿大孔、深孔，與功率相當(dāng)?shù)钠渌?lèi)型鉆機(jī)相比，不但具有質(zhì)量輕、便于搬移和架空作業(yè)的優(yōu)勢(shì)，還具有如下功能特點(diǎn)［3］。

（1）鉆機(jī)具有兩種鉆進(jìn)速度，即快速推進(jìn)和慢速推進(jìn)，鉆軟煤層時(shí)可用快速推進(jìn)，提高效率；對(duì)于巖石鉆進(jìn)時(shí)可用慢速推進(jìn)速度，保證鉆孔質(zhì)量。

（2）鉆機(jī)可用鉆架配合，實(shí)現(xiàn)水平向前，傾斜向上、向下鉆孔。

（3）采用水排粉（濕式鉆孔），避免粉塵飛揚(yáng)，延長(zhǎng)鉆頭使用壽命。

（4）鉆機(jī)在作業(yè)中，只需操縱手輪，鉆機(jī)就可自行推進(jìn)和快速退回。

（5）鉆機(jī)配備了瓦斯傳感器［4］，在煤礦作業(yè)時(shí)，當(dāng)遇到瓦斯超標(biāo)時(shí)能夠發(fā)出警報(bào)，安全性高。

2 主要研究?jī)?nèi)容

這一大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)綜合了目前國(guó)內(nèi)電動(dòng)鉆機(jī)的總體結(jié)構(gòu)型式和結(jié)構(gòu)優(yōu)點(diǎn)，對(duì)電動(dòng)鉆機(jī)的幾個(gè)主要部件進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)，改變了目前系列巖石電動(dòng)鉆機(jī)在整體式減速箱設(shè)計(jì)中存在的傳動(dòng)軸較長(zhǎng)、剛性差，以及需要在長(zhǎng)殼體內(nèi)設(shè)置中間支撐件的弊端。通過(guò)反復(fù)進(jìn)行分析研究和計(jì)算，最終采用分體式減速箱機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)可以使殼體的加工難度降低，便于維修。同時(shí)這一大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)還采用了雙排套筒滾子鏈條的技術(shù)方案，改善了以前電動(dòng)鉆機(jī)單排套筒滾子鏈條傳動(dòng)不穩(wěn)定的缺點(diǎn)，使這一大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)的結(jié)構(gòu)得到優(yōu)化，各項(xiàng)性能更加穩(wěn)定。由于目前系列巖石電動(dòng)鉆機(jī)全部采用的是單排套筒滾子鏈條［5］，對(duì)推進(jìn)力較小的鉆機(jī)這一結(jié)構(gòu)尚可使用。對(duì)于推進(jìn)力較大的大功率電動(dòng)鉆機(jī)，這一結(jié)構(gòu)所占空間就過(guò)大。針對(duì)大功率電動(dòng)鉆機(jī)存在的以上問(wèn)題，筆者研制的大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)采用分體結(jié)構(gòu)及雙排套筒滾子鏈條等技術(shù)方案，解決了殼體的加工及維修難度和空間不足的限制。

3 主要性能指標(biāo)

大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)主要性能指標(biāo)見(jiàn)表1。

表1 大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)主要性能指標(biāo)

4 結(jié)構(gòu)及傳動(dòng)原理

大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)主要由電動(dòng)機(jī)、兩級(jí)減速箱、導(dǎo)軌等機(jī)構(gòu)組成［6］。電動(dòng)機(jī)和減速箱組成一體稱(chēng)為主機(jī)，主機(jī)上的鏈輪與固定在導(dǎo)軌上的鏈條嚙合，實(shí)現(xiàn)電動(dòng)鉆機(jī)的前進(jìn)和后退。通過(guò)調(diào)整變速箱背部的變速機(jī)構(gòu)，可選擇最適合掘進(jìn)層的鑿速。

4.1 結(jié)構(gòu)

（1）主機(jī)在導(dǎo)軌上的運(yùn)行方式。主機(jī)部分與導(dǎo)軌部件的連接機(jī)構(gòu)形式如圖1所示，導(dǎo)軌由兩根槽鋼和連接銷(xiāo)焊接而成，前端固定有鉆桿支承座和鏈條掛鉤，后端有可調(diào)節(jié)鏈條張緊力的螺桿。

▲圖1 主機(jī)部分與導(dǎo)軌部件的連接機(jī)構(gòu)形式

（2）軸承及潤(rùn)滑方式。主軸、單頭蝸桿和雙頭蝸桿軸各部位軸承和減速箱內(nèi)轉(zhuǎn)動(dòng)件的潤(rùn)滑均采用3號(hào)鋰基脂潤(rùn)滑，減速箱內(nèi)的加油量為其空腔容積的三分之二。

（3）供水裝置。大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)主軸前端固定有供水座，壓力水通過(guò)閥門(mén)和主軸水孔及空心鉆桿，由鉆頭出水孔進(jìn)入孔底，排沖巖渣。

4.2 傳動(dòng)原理

傳動(dòng)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2所示。減速箱主要有三根輸出軸［7］，一根帶動(dòng)裝有鉆桿的主軸旋轉(zhuǎn)，另外兩根是對(duì)稱(chēng)分布的蝸桿軸。電動(dòng)機(jī)通過(guò)雙頭蝸桿蝸輪系統(tǒng)和摩擦片式離合器，驅(qū)動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn)，實(shí)現(xiàn)大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)的快速退回。電動(dòng)機(jī)通過(guò)單頭蝸桿蝸輪系統(tǒng)和摩擦片式離合器，驅(qū)動(dòng)鏈輪旋轉(zhuǎn)，使大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)自動(dòng)鉆進(jìn)。轉(zhuǎn)動(dòng)手輪，改變單頭蝸桿上雙聯(lián)齒輪Z6、Z8嚙合位置，可實(shí)現(xiàn)兩種鉆進(jìn)速度的互換。

5 使用方法及注意事項(xiàng)

5.1 使用方法

（1）根據(jù)工作面的高度、寬度及巖石孔的排列，確定大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)架設(shè)位置。

（2）先將鏈條安裝在主機(jī)上（圖3），然后將大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)安裝在導(dǎo)軌上，鏈條兩端固定在導(dǎo)軌上，并調(diào)整導(dǎo)軌后端的螺桿，使鏈條獲得一定張緊力，再將導(dǎo)軌固定，在各滑動(dòng)面添加潤(rùn)滑油后，即可進(jìn)行鉆孔操作。

（3）鉆孔前，將手輪調(diào)到空檔位置，空運(yùn)轉(zhuǎn)5 min，確認(rèn)大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)無(wú)異?，F(xiàn)象，并且在主軸旋轉(zhuǎn)方向與減速箱上箭頭方向一致時(shí)，再裝上鉆桿、鉆頭，接通水源。

（4）在開(kāi)鉆時(shí)，將手輪按箭頭方向緩慢旋轉(zhuǎn)，輕輕接上離合器。當(dāng)鉆頭體全部進(jìn)入巖石后，再使離合器完全嚙合正常鉆進(jìn)。當(dāng)鉆到所需深度時(shí)，應(yīng)反向轉(zhuǎn)動(dòng)手輪。停止鉆進(jìn)后，再按箭頭反向旋轉(zhuǎn)手輪，主機(jī)迅速退回，然后將手輪轉(zhuǎn)到空檔位置，再停機(jī)進(jìn)行拆卸鉆桿。

（5）鉆桿在連接前，鉆桿螺紋部分應(yīng)將表面清理干凈并涂上黃油，以便于拆卸。鉆桿的裝拆使用隨機(jī)配備的管鉗操作。

（6）水源流量為30 L/min， 壓力為0.3～0.4 MPa，可直接與自來(lái)水管接通，也可利用水位差供水；在鉆煤層深孔時(shí)，水源流量為45～50 L/min。

5.2 注意事項(xiàng)

（1）大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)使用時(shí)應(yīng)連接具有良好漏電保護(hù)性能的綜保裝置，每班工作前檢查漏電保護(hù)性能及電機(jī)絕緣狀況，嚴(yán)禁電機(jī)在漏電狀態(tài)下工作［8］。

（2）操作人員須熟悉大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)的性能、結(jié)構(gòu)、操作方法及一般安全事項(xiàng)［9］。

（3）操作人員必須穿絕緣鞋，帶絕緣手套。

（4）新的大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)使用4 h后，應(yīng)調(diào)整單頭、雙頭蝸桿前后軸承間隙。

（5）通過(guò)松開(kāi)圖4中的M14螺母，擰緊M14螺釘，頂緊軸承外圈，使軸承間隙變小，反之松開(kāi)M14螺釘，緊固M14螺母，使軸承間隙變大，實(shí)現(xiàn)軸承間隙的調(diào)整。

（6）大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)的安裝必須牢固。

（7）使用的鉆頭應(yīng)是銳利的，在使用過(guò)程中必須嚴(yán)格執(zhí)行先供水、后開(kāi)鉆。

▲圖4 調(diào)整軸承間隙示意圖

（8）在鉆較硬巖石時(shí)，應(yīng)采用低速鉆進(jìn)；在鉆煤層、軟巖石時(shí)可采用高速鉆進(jìn)。大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)需變速時(shí)，必須先停機(jī)，然后轉(zhuǎn)動(dòng)手輪來(lái)實(shí)現(xiàn)變速。

（9）在鉆孔時(shí)嚴(yán)禁操作手輪反轉(zhuǎn)，避免鉆桿連接處螺紋的松動(dòng)，造成鉆桿掉入孔中 。

（10）在鉆孔中，若突然發(fā)生鉆桿被卡或鉆桿彎曲，應(yīng)立即松開(kāi)離合器，退回鉆桿，檢查鉆頭是否有崩片或刃口磨損過(guò)大等情況，以決定是否更換鉆頭。若遇局部硬巖層時(shí)，亦可操作離合器緩慢推進(jìn)。

（11）大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)應(yīng)在電動(dòng)機(jī)額定電流下使用，長(zhǎng)期超負(fù)荷使用容易損壞機(jī)件，燒毀電動(dòng)機(jī)［10］。

（12）發(fā)生下列情況時(shí)應(yīng)禁止使用：①減速箱內(nèi)聲音不正常，如有碰擊聲等；②電動(dòng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)聲音不正常，如發(fā)生有尖叫聲等；③在煤礦井下作業(yè)時(shí)，若瓦斯超標(biāo)，瓦斯探測(cè)系統(tǒng)發(fā)出警報(bào)時(shí)。

（13）不要在工作現(xiàn)場(chǎng)拆開(kāi)大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)。

（14）大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)每鉆進(jìn)約200 m時(shí)，需要打開(kāi)減速箱體上的加油孔，補(bǔ)充適量鋰基潤(rùn)滑脂。

6 結(jié)束語(yǔ)

筆者研制的大功率多功能電動(dòng)鉆機(jī)經(jīng)客戶(hù)使用，普遍反映良好，深受中小型煤礦作業(yè)者的歡迎。