防爆型礦用雙錨索自動下料機的設計

王成軍　韓董董　李剛　李龍　蔣遠遠　李家樂

摘 要：針對礦用錨索切割危險性高且效率低的現狀，設計了一種可用于煤礦井下的防爆型雙錨索自動下料機，詳細介紹了設備的結構和工作原理，其切割系統采用磨料射流切割技術進行錨索下料，較好地解決了井下切割防爆的問題，且錨索的牽引、測量、下料和卸料自動完成，設備自動化程度和安全性高，操作簡便，滿足設計要求。

關鍵詞：錨索下料機；雙錨索；磨料射流；防爆設計

中圖分類號：TD353；TD355 文獻標志碼：A 文章編號：1672-1098（2014）03-0025-04

錨索因具有長度大、柔性靈活、承載能力高、運輸方便和早期承載等優點，已經成為煤礦巷道支護的主要方式，而且煤礦生產中錨索的使用量非常大[1-2]。不同的巷道和工作面往往需要不同長度的錨索，而錨索出廠時都是整捆包裝，因此需要根據實際需求的尺寸對錨索進行切割下料。

目前，錨索下料采用地面展開下料后彎曲固定運輸到井下再展開安裝。切割錨索過程中使用的設備只有切割機為機械化的，在切割錨索線的過程中，拖拉錨索、切割錨索等環節都采用人工操作，效率低；錨索展放時外向張力大，容易失控，整捆錨索易松垮，切割長度不準，且常發生錨索彈出傷人或切割片碎裂崩傷人的事故[3]。

本文采用磨料射流切割技術對錨索進行下料，提出防爆型雙錨索自動下料機的設計方案，實現錨索在井下切割下料，無需多次彎曲和展放，避免了錨索彈出傷人和切割機傷人的安全隱患。

2 總體結構設計

防爆型礦用雙錨索自動下料機的結構包括連通電控氣控液控系統并通過錨索依次連接的放線盤、牽引系統、切割系統、卸料系統以及與放線盤配套安裝的制動器，如圖1所示。放線盤和制動器的數量均為二，且兩個放線盤安裝時確保其軸線豎直；盤裝的錨索安裝在放線盤上，牽引系統和切割系統安裝在同一個機架上，切割系統位于牽引系統的后端且靠近卸料系統布置。

牽引系統的液壓減速馬達、液壓泵站、切割系統的高壓水泵、夾緊氣缸、噴槍進給氣缸以及卸料系統的卸料氣缸和防爆行程開關均與電控氣控液控系統相連接。由電控系統協調液壓系統和氣動系統實現各工序按順序動作，自動完成錨索的下料作業。

3 主要結構設計

3.1 放線盤

放線盤包括底板、支撐輪、托盤、徑向調節器、錨索固定塊、側支柱、壓盤、回轉軸和防脫螺釘（見圖2）。由氣缸驅動的放線盤制動器安裝在放線盤的底板上，在底板的中間位置設有回轉座，回轉軸通過軸向止推軸承和徑向軸承支承在回轉座上；托盤安裝在回轉軸上且在托盤的下方設有四個萬向支撐輪，在托盤的頂面設有錨索固定塊用于固定錨索的散端；六個徑向調節器的均布安裝在托盤的頂面；壓盤的頂面設有吊環，其四周設有U形滑槽；的底部安裝在徑向調節器的滑塊上，通過調節絲杠調節側支柱的位置從而改變放線盤的工作直徑。

3.2 牽引與切割系統

如圖3所示，牽引系統包括主機架、牽引箱、鏈傳動裝置、液壓減速馬達、液壓泵站。液壓泵站上隔爆型三相異步電動機功率7.5 kW，牽引箱安裝在主機架的前端頂部，液壓減速馬達通過鏈傳動裝置將動力傳遞給牽引箱中的主動送線輥，從動送線輥壓緊錨索并在主動送線輥的驅動下牽引錨索。

切割系統包括高壓泵、磨料罐、夾緊氣缸、水射流噴槍、噴槍工作臺和水箱。錨索下料機采用前混合磨料射流切割錨索，所配置的高壓泵為柱塞式乳化液泵，其工作壓力為30 MPa，流量為315 L/min；磨料罐容積為16 L，通過高壓軟管與水射流噴槍相連接，磨料罐的罐體的頂部設有頂蓋和泄壓閥，罐體的底部設有混合閥和操作手柄；水箱安裝在噴槍工作臺的正下方，水射流噴槍安裝在噴槍工作臺上，通過進給氣缸驅動兩個噴槍往復進給，氣源在井下就近取用，調壓至0.7 MPa。

3.3 卸料系統

如圖4所示，卸料系統由橫梁、上擋板、下擋板、擋板開啟裝置、防爆行程開關、卸料導向架和尾支架組成。尾支架通過地腳螺栓固定在地基上，橫梁采用礦用工字鋼，橫梁與安裝在兩側的上擋板和下擋板構成了待下料錨索的臨時性存放空間，防爆行程開關安裝在橫梁的尾部；擋板開啟裝置通過螺釘安裝在橫梁的頂部，擋板開啟裝置與下擋板通過鉸鏈相連接；上擋板與橫梁及下擋板均通過鉸鏈相連接；卸料導向架呈等腰三角形結構，用于導向卸料。橫梁與尾支架以及擋板開啟裝置、防爆行程開關、卸料導向架和橫梁之間均采用可拆卸連接方式，便于運輸和安裝。

擋板開啟裝置由T形支架、卸料氣缸、Z形連桿組成，兩組卸料氣缸和Z形連桿對稱安裝在T形支架上，通過卸料氣缸的伸縮實現上、下擋板的打開與關閉。

3.4 電器控制系統

電器控系統由PLC、延時繼電器、電磁換向閥、防爆行程開關和氣缸限位開關組成，延時繼電器的具體時間可根據現場經驗調定。下料時，PLC發出指令啟動液壓減速馬達，待下料錨索在主、從動送線托輥的作用下向卸料系統移動，當定長錨索觸碰防爆行程開關時，發出電信號，液壓減速馬達停轉；夾緊氣缸伸出壓緊錨索，高壓泵啟動，進給氣缸驅動兩個射流噴槍切割錨索，切割行程完成后，氣缸限位開關發出電信號，進給氣缸停止，同時擋板開啟裝置的卸料氣缸伸出，上、下擋板打開，錨索沿著卸料導向架卸料，延時3 s后卸料氣缸復位，夾緊氣缸提起，液壓減速馬達工作，開始下一個工作循環。

4 雙錨索自動下料機的優點

1） 安裝簡便，安全系數高。采用行車吊裝錨索盤，剪去包裝帶，鎖緊錨索頭后即可實現一人獨立操作，錨索的牽引、切割和卸料自動完成，安全系數大大提高；采用高壓水射流切割錨索，避免了砂輪切割碎片和切屑傷人的情況。

2） 實現錨索下料的自動控制和機械化作業，完全代替人力勞動；

3） 錨索下料效率高，每小時可完成80 根錨索加工任務（原來7～8人一天下料400根錨索），完全滿足礦井支護的需要；

4） 放線盤工作直徑和卸料長度均可根據需要靈活調節。設備控制集中、操作簡單、安裝維護方便，使用壽命長；

5） 水射流切割技術和電氣防爆措施的采用，實現了錨索井下下料作業，給錨索運輸提供便利，省去了錨索下料后的反復彎曲和展放操作，從源頭上解除了錨索彈出傷人的安全隱患。

6） 經濟效益明顯提高。加工22×6.8 m及以上長度的錨索相比采購成品每根節約成本約72元。一個中型煤礦每月使用22×6.8 m及以上長度的錨索約5 000根，除降低勞力成本外，每年可節約材料費430余萬元。

5 結束語

經淮南礦業集團潘一礦等單位試用證實，設計的防爆型雙錨索自動下料機是可行的，日下料900根，不僅下料速度提高為單錨索切割機的1.8倍，實現了錨索自動、快速、高效切割下料的目的；而且井下切割省去了二次折彎裝運環節，避免了安全隱患。更重要的是大大減少了人力和物力的投入，提高了經濟效益，解決了井下錨索下料的技術難題，簡化了錨索儲運工序，消除了危險因素，實現了安全生產，具有較高的推廣價值。

參考文獻：

[1] 張玉增.一種錨索切割裝置：中國， 201220194571.X[P].2012-12-19.

[2] 張竹康，劉俊鋒，戰仕發.數控全自動錨索切割機的研制[J].廣西輕工業，2008（04）：33-34.

[3] 張松波.安全高效錨索自動切斷機的設計和應用[J].中國西部科技，2013，12 （01）：34-35.

[4] 剡昌鋒，李有堂，芮執元，等.高速剪切設備的概念設計[J].機床與液壓，2004 （08）：112-113.

[5] 王成軍，沈豫浙.應用創造學[M].北京：北京大學出版社，2010：10-150.

[6] 蒯蘇蘇，馬履中.TRIZ理論機械創新設計工程訓練教程[M].北京：北京大學出版社，2011：8-200.

（責任編輯：李 麗）