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ZMS60型多功能手持式气动锚杆钻机的研制

2010-07-11 16:20:47 阅读38 评论0 字号：大中小

来源：凿岩机械气动工具王连军　李明旭　吴三友　陈国杰　张来喜

摘要　针对当前煤巷树脂锚杆支护技术快速发展的要求，研制了一种集 “钻孔、搅拌、拧托盘螺母”于一身的ZMS60型多功能手持式帮锚杆钻机。介绍了其工作原理、结构特点、基本参数、性能、使用效果及与国内外同类产品的比较。
关键词：　高扭矩　多功能　手持式　气动锚杆钻机

1　问题的提出及分析。

随着煤矿树脂锚杆支护技术的迅速推广应用，煤巷顶、帮、底板的钻(钻孔)、装(装药卷、安装锚杆)工作量愈来愈大，质量要求愈来愈严格，迫切需要高性能的锚孔钻装设备。目前，煤巷顶板锚杆的钻装配套机具比较齐全，采用的机载锚杆钻机及单体式锚杆钻机，国产化程度较高，基本上满足了国内生产需要。而帮、底锚杆的钻装仍旧使用电动煤钻和人力手动扳手。虽然近几年陆续有多个大矿务局引进了澳大利亚产气动帮锚杆钻机，但由于其价格昂贵，配件供应难如人意，满足不了国内煤矿的需要。

现行钻锚杆孔、安装锚杆和搅拌锚固剂主要用MSZ-12型湿式电动煤钻，由于电动煤钻重量大(湿式16.5kg；干式13.5kg)，工人操作很不方便；扭矩小(额定扭矩20N.m)，满足不了锚杆紧固的扭矩要求。

这些问题的存在，致使锚杆支护的速度跟不上掘进速度，锚杆支护的质量得不到保障，主动支护的优越性得不到发挥，动力难以实现单一化，严重影响了煤矿安全与生产的顺利进行。为从根本上解决这些问题，我们研制了ZMS60型多功能手持式气动锚杆钻机。

2　结构设计及特点

2.1　动力源的确定
　　钻机从动力形式上分电动、液压、气动三种，不同动力的回转式钻机有不同的基本特性。
　　液压钻机具有扭矩大、破岩能力强的优点。缺点是：液压件、密封件质量要求高，受热容易失效导致泄漏，可靠性差，需要专门泵站配套，管路多，需要回油管，重量重。
　　电动钻机直接以电为动力，不需能量转换，能量利用率高。但电动机功率仅为1.2kW，转矩-转速特性较硬，因此钻孔扭矩小、钻速慢、重量重，不能满足安装锚杆的要求。由于其功率的增大受防爆电机重量的限制，现在手持式电机功率多为1.2kW。
　　气动锚杆钻机以压缩空气为动力驱动气动马达，再带动回转机构进行钻装。气动马达的软特性使气动锚杆钻机有如下特点：
　　(1)钻进阻力增大时，转速下降而转矩提高，能自动保证良好的钻进效果。
　　(2)当岩石钻进阻力过大，钻机趋于停止转动时，有高扭矩输出。钻机被卡住时，卸载后又能恢复工作而机件不损坏。
　　(3)气动钻机单位功率的重量小，能满足手持式的要求，安全可靠，适应有爆炸危险的恶劣环境。
　　三种动力的钻机特性对比见表1。

表1

根据上述性能比较，针对煤矿的特点，参考目前国内外同类先进技术，我们选用气动马达的结构为齿轮式。另外，为了降低手持式工具的重量，一对齿轮选用改性非金属材料制成。使用至一定时间后，一对齿轮翻转180°，可以增加使用寿命。
2.3　减速部的确定及特点
　　为了把气动马达的转速降至设计要求，设计了一减速器以降低转速，增大输出扭矩。考虑到手持式工具要求尽量轻的特点，我们优化结构，吸取国外先进技术，采用后置式变位齿轮减速机构，{zd0}限度地减小了气动锚杆钻机的尺寸与重量。钻杆与气动马达同心。该钻机具有体积小、重量轻、易操作的特点。
2.4　湿式密封结构及特点
　　采用压力补偿式耐磨聚胺脂密封圈，水道设置在有机壳体内，减少外设管路，有效避免了损伤。
2.5　多功能性
　　根据锚杆支护的需要，设计的气动锚杆钻机要能同时满足钻孔、搅拌及托盘螺母的拧紧。
2.6　防爆性
　　按照强制性国家标准　GB　3813《煤矿用金属材料摩擦火花安全性试验方法和判定规则》的要求，采用煤科总院重庆分院与北京有色金属冶炼厂的专利产品--FHZL- 503A作为壳体，安全防爆。
2.7　组成
　　手持式气动锚杆钻机由齿轮马达、减速部、湿式密封部、进气部、进水手把等组成。结构见图1。

3-1.gif (12154 字节)

3-2.gif (3193 字节)

图2

齿轮轴输出的扭矩M经减速部减速后增大，达到设计要求。若减速比是i，则输出轴上的扭矩为i.M。输出轴可与麻花钻杆、六方钻杆或搅拌套联接，从而实现钻孔、树脂药卷的搅拌、托盘螺母的预紧等功能。

4　手持式气动锚杆钻机技术参数

使用气压：0.45～0.63　MPa
　　扭矩：＞60　N.m
　　输出转速：0～1000　r/min
　　{zd0}输出功率：1.63　kW
　　整机重量：7.5　kg
　　为了降低该钻机噪声，采取二次降噪措施，增设消音隔墙，使气流在机壳内膨胀、扩散、碰撞后再排至大气。

5　与国内外同类产品性能对比

主要性能指标对比见表3。

表3

生产厂家	Alminco公司				Firely公司	眼镜王蛇	俄罗斯	日本	煤科总院抚顺分院	山东煤研所
型号规格	CUBF4		CUBF4L		HAND BORER	RD1500			QHFZ-25	ZMS60
	干式	湿式	干式	湿式		湿式	干式	干式	干式	湿式
额定功率(kW)	2.7	2.7	2.7	2.7			1.5	2	2.4	1.63
耗气量(m3/min)	＜4	＜4	＜4	＜4		1.7	2		≤ 2.8	＜2.7
正常转速(r/min)	1　000	1　000	550	550	1200	0～1　400	600	700 ～800	0～600	500-700
{zd0}扭矩(N.m)	44	44	80	80		68	46.7	89	70	68
工作气压(MPa)	0.4	0.4	0.4	0.5	0.58		0.5～0.6		≥0.45	0.4～0.63
钻进速度 (m/min)	0.3 ～5	0.3 ～5							1.0	2～5
噪声〔dB(A)〕	＜91	＜91	＜91	＜91					＜100	88.7
重量(kg)	8	10	8	10		9.35	15	7.25	15	7.5

6　结束语

ZMS60型多功能手持式气动锚杆钻机轻便、简单、防爆、可靠、高效、多能，是我国现代化矿井煤巷、半煤岩巷的必备机具之一。先后在南屯、邢台等煤矿进行的工业试验表明：
　　(1)该机性能可靠、湿式钻孔速度快，能够同时完成钻孔、搅拌及托盘螺母的预紧，做到 “一机多能”。
　　(2)实现了动力单一化。
　　(3)重量轻、转速高、扭矩大、xx防爆，大大减轻了工人的劳动强度，操作方便。　　(4)使用该产品后，支护速度快，锚杆支护性能得到了保证。
　　该锚杆钻机的研制成功和推广使用将在煤矿生产中发挥愈来愈大的作用。

作者单位:王连军　李明旭　　　山东济南　山东省煤炭科学研究所　250031
　吴三友　陈国杰　张来喜　　　山东济南　济南交通高等专科学校机械厂　　250031

参　考　文　献

　［1］南京工学院.机械原理.北京：高等教育出版社，1991.
　［2］东北工学院.气压传动.北京：机械工业出版社，1984.
　［3］李富成.直齿轮气马达主要参数设计计算.凿岩机械与风动工具，1981(1)

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