第二章掘进机械

第二章掘进机械主讲：冷军发随着回采工作面综合机械化程度的提高，要求巷道掘进速度相应加快，以保证采掘比例协调和矿井的高产稳产。矿井巷掘进程序。掘进设备按掘进工艺分为钻眼爆破法掘进设备和综合机械化掘进设备。完成钻爆法掘进工序所需设备：钻(凿)孔机械、装载机械、转载机械及修整巷道机械等。钻爆法：钻(凿)孔机械是在煤岩体上钻(凿)孔的机械，装载机械是将爆落的煤岩装入矿车或其他运输设备中的机械；第二章掘进机械§2-1概述一、掘进机械的分类§2-1概述转载机械承接由装载机械卸入的煤岩，并将其卸入矿车或其他运输设备内的机械；巷道支护设备是将巷道支护构件或加固材料敷设到巷道顶板和侧帮上的机械；修整巷道设备用于巷道挑顶、卧底、刷帮等作业。综合机械化掘进设备直接用掘进机完成破落煤岩、装载、转载及支护等工序，实现工序的平行作业。掘进机破落煤岩体，以装载、转运机构把煤岩输送至后配套运输设备。支护方式可选用金属支架、锚喷支护。与钻眼爆破法相比，综合机械化掘进设备优点：安全、快速、高效——掘进机械化发展方向。综合机械化掘进设备：悬臂式掘进机、连续采煤机、掘锚联合机组、全断面掘进机。§2-1概述§2-2钻孔机械与装载机械用钻眼爆法掘进巷道时，钻凿炮眼机具的总称称为钻孔机械；爆破后碎落下来的煤岩用装载设备运离工作面，实现这一功能的设备统称为装载机械。凿岩机冲击破碎原理：工作时活塞做高频往复运动，冲击钎尾。在冲击力的作用下，用楔状的钎头将岩石压碎并凿入一定深度，钎杆转过一定角度，形成凹痕。由钎头上产生的水平分力将岩石剪碎，形成一定深度的圆形钻孔。1-凿岩机缸体；2-活塞；3-钎杆；4-钎头§2-2钻孔机械与装载机械一、钻孔机械（一）气动凿岩机结构简单、工作可靠、使用安全，应用较早且较多。按操作方式不同分手持式、气腿式和导轨式。按频率分低频凿岩机(冲击频率42Hz以下)和高频凿岩机(冲击频率42Hz以上)。按转钎机构分内回转式凿岩机和外回转式凿岩机。§2-2钻孔机械与装载机械§2-2钻孔机械与装载机械手持式气动凿岩机以手托持，无其他支承，靠凿岩机自重或操作者施加的推压力推进凿岩。功率小、机重较轻，手持作业劳动强度大、钻孔速度慢，钻凿小直径浅孔。如Ｙ3、Ｙ26.气腿式气动凿岩机用支腿支承和推进，减轻劳动强度，提高钻孔效率，用于在岩石巷道钻凿孔径24～42mm，孔深2～5m的水平或倾角较小的孔，使用广泛。如YT23、YT24、YT26等。导轨式气动凿岩机装在凿岩台车钻臂的推进器上沿导轨推进凿孔。重量较重，冲击能大，采用独立外回转机构，转矩较大，凿孔速度较快，显著减轻劳动强度，改善作业条件，适用钻凿孔深5～10m、孔径40～80mm硬岩炮眼。如YG40、YG80、YGZ270等。§2-2钻孔机械与装载机械气动凿岩机组成：冲击配气机构、转钎机构、排屑机构和润滑机构等1-钎杆；2-凿岩机；3-注油器；4-水管；5-风管；6-气腿支腿式凿岩机钎杆1尾端装入凿岩机2机头钎套内，注油器3连接在风管5上，使压气中混有油雾，对凿岩机内零件进行润滑，水管4供给清除岩粉用水，气腿6支撑凿岩机并给以工作所需推进力。§2-2钻孔机械与装载机械1．冲击配气机构气动凿岩机实现活塞往复运动以冲击钎尾的机构。配气机构作用：将由操纵阀输入的压气依次输送到气缸的后腔和前腔，推动活塞往复运动——获得活塞对钎尾的连续冲击动作。常用配气机构有被动阀配气机构、控制阀配气机构和无阀配气机构。依靠活塞往复运动时压缩前后腔气体，形成高压气垫推动配气阀变换位置。配气阀有球阀、环状阀和蝶状阀。球阀已很少使用。环状阀和蝶状阀配气机构动作原理基本相似。§2-2钻孔机械与装载机械环状阀配气机构1-压气入口；2-气道；3-配气阀；4-气缸后腔；5-活塞；6-排气口；7-气动前腔；8-气路通道冲击行程：压缩空气进入气缸后腔推动活塞，当活塞前进到关闭排气孔6时，气缸前腔成为密封腔，压力随活塞前移而上升→压力通过气孔作用于配气阀后腔，当压力超过压缩空气压力时配气阀换位。返回行程：压缩空气进入前腔，活塞返回，待活塞关闭排气口后，后腔压力上升，推动配气阀换位。配气阀的不断换位使活塞往复运动，冲击钎尾。§2-2钻孔机械与装载机械2．转钎机构使气动凿岩机钎杆回转的机构。内回转和外回转(独立回转)转钎机构。(1)内回转转钎机构1-棘轮；2-棘爪3-螺旋棒；4-活塞5-转钎套6-钎尾套；7-钎杆活塞4往复运动，通过螺旋棒3和棘轮机构，使钎杆每被冲击一次转动一定角度。棘轮机构具有单向间歇转动特性，冲程时棘爪处于顺齿位置，螺旋棒转动，活塞依直线向前冲击。回程时棘爪处于逆齿位置，阻止螺旋棒转动，迫使活塞转动，带动转钎套和钎杆转动。内回转机构多用于轻型手持式或支腿式气动凿岩机。§2-2钻孔机械与装载机械(2)外回转(独立回转)转钎机构多用于重型导轨式气动凿岩机。外棘轮4装在机头中，内装螺母与冲击活塞2上的螺旋槽3配合棘爪5装在机头内，借助弹簧顶在外棘轮齿槽内。活塞上有直花键6，与转动套7配合，活塞返回行程带动钎杆旋转。气动马达经齿轮减速驱动钎杆转动，具有转速可调、转矩大、转动方向可变等特点，有利于装拆钎头、钎杆。螺旋槽与花键槽开在活塞杆上，削弱活塞杆强度。§2-2钻孔机械与装载机械3．排屑机构用水冲洗排除孔内岩屑的机构。凿岩机驱动后，压力水经水针进入钎杆中心孔直通炮孔底，同时少量气体从螺旋棒或花键槽经钎杆渗入炮孔底部，与冲洗水一起排除孔底岩屑。凿深孔和向下凿孔时，孔底岩屑不易排出，扳动操纵手柄到强吹位置，使凿岩机停止冲击，停止注水，压缩空气按强吹气路从操纵阀孔进入，经气缸气孔、机头气孔、钎杆中心孔渗入孔底，实现强吹，把岩屑泥水排除。§2-2钻孔机械与装载机械4．润滑机构向凿岩机各运动件注润滑油，以保证正常凿岩作业的机构。在进气管上安装一台自动注油器，实现自动注油，油量大小用调节螺钉调节。压缩空气进入注油器后，对润滑油施加压力，在高速气流作用下，润滑油形成雾状，在含润滑油的压缩空气驱动凿岩机的同时，各运动零件相应被润滑。§2-2钻孔机械与装载机械（二）液压凿岩机以循环高压油为动力，驱动钎杆、钎头，以冲击回转方式在岩体中凿孔的机械。液压凿岩机一般安装在凿岩台车的钻臂上工作，可钻凿任何方位的炮孔，钻孔直径通常为30～65mm，适用于以钻眼爆破法掘进的矿山井巷、硐室和隧道的钻孔作业。优点：1、能量利用率30～40%，风动凿岩机10%；2、机械性能好，凿岩速度快(冲击频率每分钟上万次，风动凿岩机每分钟三千次左右)，速度提高一倍以上；3、消除风动凿岩机的排气噪音和油雾，改善作业条件；4、运动件在油液中工作，润滑条件好，提高零件寿命。缺点：投资大，单位功率的重量较大，技术要求和维护费用较高。§2-2钻孔机械与装载机械（二）液压凿岩机液压凿岩机按操作方式可分为：支腿式和导轨式。导轨式又可分为：轻型（50kg以下）、中型（50－100kg）和重型（100kg以上）3种。§2-2钻孔机械与装载机械液压凿岩机组成：钎杆、转钎机构、配流阀、蓄能机构、缓冲装置、供水机构、液压马达和排屑机构等。稳压、吸收脉冲和振动。装在高压侧，冲击时流量大，将回程时多余的流量以液压能存储，待冲击时释放出来。冲击机构：§2-2钻孔机械与装载机械1,5－主油路；2,6,7,9－控制油路；3,4－回油路；8,10－柱阀左右油室A-调节塞；Ｂ－活塞；Ｃ－柱阀；Ｄ－高压蓄能器；Ｅ－回油蓄能器1)冲击（a）：压力油从Ｐ口进入，通过柱阀Ｃ、主油路1到活塞Ｂ后腔，前腔回油经过回油路4和主油路5经柱阀Ｃ回油箱。活塞在后腔压力油作用下开始冲程。当把活塞后端控制油孔２打开时，高压油经后端控制油路推动柱阀Ｃ左移换向，同时活塞冲击钎尾。2)回程（b）：压力油从Ｐ口进入，通过柱阀Ｃ、主油路5到活塞Ｂ前腔，后腔回油经过主油路1和回油路3经柱阀Ｃ回油箱。活塞在前腔压力油作用下开始回程。当把活塞前端控制油孔6打开时，高压油经前端控制油路推动柱阀Ｃ右移换向。柱阀换向后高压油进入后腔，使冲击活塞减速停止并进入下一个冲击行程。（三）凿岩台车支承、推进和驱动一台或多台凿岩机实施钻孔作业，并具有整机行走功能的凿孔设备。用于矿山巷道掘进及其他隧道施工。凿孔直径30～65mm，凿孔深度2～5m。凿孔时能准确定位定向，并能钻凿平行炮孔。可与装载机械及运输车辆配套，组成掘进机械化作业线。1-钻臂；2-凿岩机；3-行走机构4-操作台；5-动力源§2-2钻孔机械与装载机械凿岩台车组成：凿岩机、钻臂(包括推进器)、行走机构、控制系统、操作台和动力源(泵站)等。凿岩机普遍采用导轨式液压凿岩机。钻臂用于支承和推进凿岩机，并可自由调节方位，以适应炮孔位置的需要。§2-2钻孔机械与装载机械1－摆臂液压缸；2－钻臂座；3－转轴；4－钻臂液压缸；5－钻臂旋转机构；6－钻臂；7－俯仰液压缸；8－摆角液压缸；9－托盘；10－推进器；11－凿岩机a-钻臂起落；b-钻臂摆动；c-推进器俯仰；d-推进器水平摆动；e-推进器补偿；f-钻臂旋转主要部件结构1.推进器推进器用来使凿岩机移近或退出工作面，并提供凿岩时所需的轴向推力。根据凿岩工作的需要，推进器产生的轴向推力大小和推进速度应能调节，以使凿岩机在最优轴推力下工作。推进器按工作原理不同有螺旋式推进器、液压缸式推进器、链式推进器。(1)螺旋式推进器1-气动马达；2-减速器；10-推进螺母；4-托盘；5-丝杠；6-滑架；7-扶钎器§2-2钻孔机械与装载机械(3)链式推进器(2)液压缸式推进器1-张紧装置；2-导向链轮；3-导轨；4-滑板；5-减速器；6-气动马达；7-链条气动马达通过蜗杆—蜗轮减速器驱动装在导轨中间的封闭传动链带动托盘。特点：工作可靠，调节方便，行程不受限制，适用于长行程推进器，但传动平稳性不如螺旋式推进器，推力过大时易出现断链事故。§2-2钻孔机械与装载机械2.钻臂用于支承和推进凿岩机，并可自由调节方位以适应炮孔位置需要的机构。钻臂对台车的动作灵活性、可靠性及生产率影响很大。按钻臂结构特点及运动方式不同有直角坐标式和极坐标式两类。(1)直角坐标式钻臂利用钻臂液压缸4和摆臂液压缸1使钻臂上下左右按直角坐标位移的运动方式确定孔位的钻臂。§2-2钻孔机械与装载机械组成：臂杆、推进器、自动平行机构和支承缸等。推进器通过俯仰液压缸7和水平摆角液压缸8调整钻孔角度和位置。直角坐标式钻臂操作程序多，定位时间长，结构简单，适合于钻凿各种纵横排列的炮孔。钻臂支撑凿岩机及各构件重量并承受凿岩过程中的各种反力。有定长式和可伸缩式两种。§2-2钻孔机械与装载机械(2)极坐标式钻臂1-回转机构；2-钻臂液压缸；3-钻臂；4-钻臂推进器液压缸；5-凿岩机；6-补偿液压缸；7-托盘；8-俯仰液压缸；9-推进器利用回转机构1使整个钻臂绕后部轴线旋转360o。极坐标式钻臂组成：钻臂、回转机构、推进器、补偿机构和支撑缸等。钻臂液压缸2调节钻臂夹角，调节钻臂投影到工作面上的旋转半径。岩孔位置由旋转半径和钻臂旋转角度确定。确定孔位操作程序少，定位时间短，便于钻凿周边孔，对操作程序要求严格，操作熟练程度对定位时间影响大。§2-2钻孔机械与装载机械极坐标式钻臂的钻臂、推进器、补偿机构等与直角坐标式钻臂基本相同。3．平移机构采用液压平移机构钻凿平行炮眼。1-回转支座；2-平移液压缸3-钻臂液压缸；4-钻臂5-俯仰液压缸；6-托盘§2-2钻孔机械与装载机械液压缸缸径相同，相应腔相连的引导液压缸和俯仰液压缸，借助压力油来传递运动，以实现托盘的自动平行。当钻臂4摆动一角度Δα从Ｉ位运动到II位时，迫使平移液压缸２的活塞杆伸出，将其小腔的压力油排入俯仰液压缸5的小腔，使其活塞杆缩回同样长度，带动托盘反向摆动角度Δα‘。4．回转机构齿条齿轮式、液压缸圆盘式、液压马达—蜗轮副。(1)齿条齿轮式回转机构液压缸活塞杆末端有一齿条，通过齿条驱动齿轮旋转，齿轮与钻臂旋转轴相连，驱动钻臂旋转。多采用双齿条液压缸机构，使齿轮轴受力均匀，保证动作平稳。(2)液压缸圆盘式回转机构利用两个液压缸驱动圆盘的偏心轴旋转，以完成钻臂的旋转动作。(3)液压马达