一種全電動煤礦坑道鑽機的製作方法

2023-07-06 00:52:26 2

本實用新型屬於地質勘探、隧道掘進、工程勘察等領域的煤炭坑道勘探設備，具體涉及到一種全電動煤礦坑道鑽機及鑽進方法。

背景技術：

坑道鑽機主要用於大型井下煤礦開採中的瓦斯抽採及地質勘探，是保證井下煤礦開採安全及高效的重要裝備，其性能的優劣直接影響煤礦開採的作業周期。坑道鑽機驅動方式經歷了氣動、液壓驅動兩個階段。

20世紀50年代末到90年代初，煤炭系統和全國各有關行業曾重點對電動鑽機進行開發與攻關，試圖使電動鑽機成為主導設備，但當時電動鑽機多為手持式煤電鑽屬於機械傳動，驅動電機為直流電機，無法實現無級調速，迴轉特性硬且過載能力差，電動機因反覆超載而過早損壞，電機的防潮、防淋水和防漏電問題難以得到根本解決，安全隱患極大。因此當時很多礦區提出限期淘汰手持式煤電鑽等，致使原來年產量60萬臺以上的手持式煤電鑽，產量急劇下降，始終未能在煤礦大量應用。

2011年液壓坑道鑽機的企業佔坑道鑽機企業總數的90.8％以上，全液壓鑽機為煤炭系統主力。但目前國內現有坑道勘探領域中氣動、全液壓存在如下問題：

1.氣動鑽機階段，主要應用於小型煤礦，噪音大，能量利用率低，且重量大，迴轉轉速及給進速度無法準確控制。

2.全液壓鑽機階段，1).在煤礦井下，特別是採煤工作面，液壓系統以礦物油為工作介質的液壓採掘機械有引起火災和爆炸的隱患，且井下作業環境惡劣，粉塵多，系統故障率較高；2).液壓鑽機重量大、能量利用率低，多數鑽機為中小功率鑽機；3)結構複雜，維修困難，搬遷費時費力，嚴重影響工作效率，密封性要求高，在工作中由於強振動極易引起密封失效，漏油等問題。

在鑽井條件越來越惡劣，尺寸狹小的條件下，對現代坑道鑽機提出了更高的要求。近年來，變頻電機無級調速方面(如調速的精度和範圍、驅動能力、動態響應特性、運行效率和使用方便性等)日趨完善，坑道鑽機朝著安全、小型化、輕便化和自動化方向發展，全電動坑道鑽機的研發勢在必行，符合現代化坑道鑽機的發展趨勢。

技術實現要素：

本實用新型的提供一種全電動煤礦坑道鑽機。

本實用新型通過恆鑽壓恆轉速閉環控制，可以最大限度地提高鑽進時效。將系統由液控變為電控，降低了系統對油液品質的要求，減少發生井下事故。全電動坑道鑽機有完善的故障自診斷、運行和保護功能，並調速範圍寬，獲得很多機械驅動所無法實現的功能，對減少人為因素的失誤及設備的故障率具有重要意義。目前研發全電動坑道鑽機應用於煤炭領域瓦斯抽採，國內尚未見報導。

本實用新型包括迴轉機構、給進機構、升降與變角機構及控制系統；

所述的迴轉機構由迴轉電機、擺線針輪減速器、水龍頭、鑽杆、滑架、扶正器和鑽頭組成，迴轉電機通過法蘭盤與擺線針輪減速器連接，鑽杆與擺線針輪減速器連接，擺線針減速器安裝在滑架上，並可在滑架上左右滑動；水龍頭安裝在擺線針輪減速器右端的鑽杆上；扶正器固定在滑架上，鑽杆通過扶正器扶正限位，鑽頭通過螺紋連接在鑽杆上；

所述的給進機構包括給進電機、給進油缸和活塞杆，給進電機固定在滑架上，支撐軸與滑架鉸接，活塞杆一端與給進電機，活塞杆另一端與擺線針輪減速器底端固定連接；

所述升降與變角機構包括滑架、支撐軸、上墊片、下墊片、齒輪-齒條升降器、手柄、立柱、支腿和螺旋伸縮機構，上墊片、下墊片分別安裝於立柱上、下端，通過搖動手柄實現齒輪-齒條升降器同支撐軸沿立柱升降，立柱與支腿上均安裝螺旋伸縮機構，可擰動螺旋伸縮機構調整立柱和支腿的長度，支腿上端與滑架鉸接，支腿下端支撐在地面上。

所述控制系統由閉式液壓系統、給進電機、恆鑽壓控制器；迴轉電機、恆轉速控制器、操作旋鈕和控制導線組成，閉式液壓系統、給進油缸、恆壓控制器和給進電機形成給進閉環控制迴路，通過無級調節給進電機轉速，實現閉式液壓系統輸出恆定壓力(根據地層情況自行設定的壓力值)，即實現給進系統的恆定鑽壓鑽進。迴轉電機與恆轉速控制器通過控制導線形成閉環迴路，通過控制系統無級調節迴轉電機的轉速，即調節了鑽機的輸出轉速；通過控制系統實現迴轉電機的恆轉速(根據地層情況自行設定的轉速)迴轉鑽進。

本實用新型的鑽進方法如下：

一、根據需要組裝全電動煤礦坑道鑽機。通過升降與變角機構中螺旋伸縮機構，調整立柱和支腿至恰當長度。通過搖動手柄，帶動齒輪-齒條升降器工作，實現齒輪-齒條升降器、手柄、支撐軸及滑架沿立柱升降，使得鑽頭對準孔位；

二、通過控制系統控制給進電機轉速，實現無級調節給進系統的給進和提升速度。根據設定的鑽進值，通過控制系統調節給進電機的轉速，實現液壓系統恆定壓力給進，即實現恆鑽壓鑽進。

三、通過控制系統控制迴轉電機的轉速，實現鑽機迴轉速度的無級調節。根據設定的轉速值，通過控制系統調節迴轉電機實現恆轉速迴轉鑽進。

本實用新型具有以下有益成果：

本實用新型將交流變頻調速技術結合液壓閉環系統應用於坑道鑽機設備上，有如下優點：

1.通過控制系統控制迴轉電機轉速和轉動方向來調整鑽機的迴轉方向和迴轉速度，實現無級調速及恆轉速鑽進；通過控制系統控制給進電機的轉動方向和轉速實現不同速度的給進和提升，通過閉式液壓系統的壓力閉環反饋控制電機的轉速，實現給進油缸恆鑽壓給進。該鑽機結構簡單、重量輕便，操作省力，動力消耗低；

2.全電動鑽機將液控轉換為電控，提高了控制速度及系統的能量利用率，調速範圍寬，可實現無級調速，對地層的適應性好，對提高鑽進時效、處理井下事故等十分有利；

附圖說明

圖1是本實用新型的全電動煤礦坑道鑽機結構示意圖。

圖中：1-迴轉電機，2-擺線針輪減速器，3-水龍頭，4-上墊片，5-鑽杆，6-滑架，7-扶正器，8-鑽頭，9-給進電機，10-給進油缸，11-支撐軸，12-下墊片，13-齒輪-齒條升降器，14-手柄，15-立柱，16-活塞杆，17-支腿，18-螺旋伸縮機構，19-恆轉速控制器，20-恆鑽壓控制器，21-操作旋鈕，22-閉環液壓系統。

具體實施方式

本實用新型包括迴轉機構、給進機構、升降與變角機構及控制系統；

所述的迴轉機構由迴轉電機1、擺線針輪減速器2、水龍頭3、鑽杆5、滑架6、扶正器7和鑽頭8組成，迴轉電機1通過法蘭盤與擺線針輪減速器2連接，鑽杆5與擺線針輪減速器2連接，擺線針減速器2安裝在滑架6上，並可在滑架6上左右滑動；水龍頭3安裝在擺線針輪減速器2右端的鑽杆5上；扶正器7固定在滑架6上，鑽杆5通過扶正器7扶正限位，鑽頭8通過螺紋連接在鑽杆5上；

所述的給進機構包括給進電機9、給進油缸10和活塞杆16，給進電機9固定在滑架6上，支撐軸11與滑架6鉸接，活塞杆16一端與給進電機9，活塞杆16另一端與擺線針輪減速器2底端固定連接；

所述升降與變角機構包括滑架6、支撐軸11、上墊片4、下墊片12、齒輪-齒條升降器13、手柄14、立柱15、支腿17和螺旋伸縮機構18，上墊片4、下墊片12分別安裝於立柱15上、下端，通過搖動手柄14實現齒輪-齒條升降器13同支撐軸11沿立柱15升降，立柱15與支腿17上均安裝螺旋伸縮機構18，可擰動螺旋伸縮機構18調整立柱15和支腿17的長度，支腿17上端與滑架6鉸接，支腿17下端支撐在地面上。

所述控制系統由閉式液壓系統22、給進電機9、恆鑽壓控制器20；迴轉電機1、恆轉速控制器19、操作旋鈕21和控制導線組成，閉式液壓系統22、給進油缸10、恆壓控制器20和給進電機9形成給進閉環控制迴路，通過無級調節給進電機9轉速，實現閉式液壓系統輸出恆定壓力(根據地層情況自行設定的壓力值)，即實現給進系統的恆定鑽壓鑽進。迴轉電機1與恆轉速控制器19通過控制導線形成閉環迴路，通過控制系統無級調節迴轉電機1的轉速，即調節了鑽機的輸出轉速；通過控制系統實現迴轉電機1的恆轉速(根據地層情況自行設定的轉速)迴轉鑽進。

本實用新型的使用方法如下：

一、根據需要組裝全電動煤礦坑道鑽機。通過升降與變角機構中螺旋伸縮機構18，調整立柱15和支腿17至恰當長度，通過搖動手柄14帶動齒輪-齒條升降器13工作，實現齒輪-齒條升降器13、手柄14、支撐軸11及滑架沿立柱15升降，使得鑽頭8對準孔位；

二、通過控制系統控制給進電機9轉速，實現無級調節給進系統的給進和提升速度。根據設定的鑽進值，通過控制系統調節給進電機9的轉速，實現液壓系統恆定壓力給進，即實現恆鑽壓鑽進。。

三、通過控制系統控制迴轉電機1的轉速，實現鑽機迴轉速度的無級調節。根據設定的轉速值，通過控制系統調節迴轉電機1實現恆轉速迴轉鑽進。