CM 2-15煤礦用液壓錨桿鉆車的設計

丁守坤

（中國煤炭科工集團太原研究院有限公司，山西 太原 030006）

0 引言

錨桿支護是高產高效礦井使用最為廣泛、安全、經濟、可靠的巷道支護方式，代表了巷道支護技術的發展方向。CM2-15煤礦用液壓錨桿鉆車是針對巷道高度范圍在 2.5～4m的礦井而設計的兩臂錨桿鉆車的設計，是根據綜掘機單巷施工時無法使用大型錨桿鉆車而設計的一款小型機械化錨桿支護設備。主要用于煤礦掘進時煤巷或巖巷的頂板、兩幫的錨桿、錨索支護。

1 概述

CM2-15液壓錨桿鉆車在結構上采用整體升降平臺，可以根據巷道高度情況通過平臺升降使作業人員進行上下調整，從而很方便的實現巷道內不同高度、不同角度錨桿（索）孔、炮眼孔、探測孔的機械化施工，同時能實現頂幫同時作業。大大縮短了支護作業時間，提高了支護效率。整機結構合理、緊湊，工作靈活，操作方便。是實現目前國內巷道掘進支護快速、高效、機械化的一種首選裝備。

CM2-15煤礦用液壓錨桿鉆車在設計上充分考慮功能的多樣化，針對目前礦井有掘必探的要求，我們利用鉆臂動作靈活性增加了施工探測孔的功能。從而使得該機不僅能施工錨桿（索）孔，而且處于巷道迎頭的炮眼孔、探水孔及探放瓦斯孔均能方便的進行施工作業，大大擴大了設備的作業面和適用范圍，同時也方便了井下作業，減少了井下設備種類，優化了巷道設備配置。CM2-15煤礦用液壓錨桿鉆車與掘進機配合使用，適用于中低型礦山巷道掘進工作面機械化作業。

2 結構與工作原理

CM2-15煤礦用液壓錨桿鉆車整機由行走部、機體部、推進器（機載錨桿鉆機）、前部支撐、鉆臂部、液壓系統、操作系統、電氣系統構成。總體結構如圖1所示。

2.1 行走部

圖1 整機總體Fig.1 Overall machine

行走部是由兩臺液壓馬達驅動，通過減速機構驅動鏈輪帶動履帶實現行走，履帶漲緊機構由漲緊輪組和漲緊油缸組成，漲緊輪組通過漲緊油缸的伸縮運動可調整履帶的漲緊程度，履帶架通過定位槽及8個M24高強度螺栓固定在機體兩側，在履帶的側面開有方槽，以便漲緊油缸的拆卸，行走減速機用高強度螺栓與履帶架聯接。行走部見圖2。

圖2 行走部Fig.2 Walking part

2.2 機體部

機體部是該機進行巷道支護作業的重要部件，它位于機組的中間，是以厚鋼板為主材焊接而成的結構件，在機體前橫梁與平臺上裝有連桿、支承油缸、升降架組成的升降裝置，升降裝置可帶動兩臺鉆臂作上下1000mm的升降作業，通過升降作業能很好的滿足操作人員的支護要求，同時升降平臺兩側翻板展開后寬度可達 3.9m，使得操作人員的作業環境及作業空間大大提高。升降架采用連桿及二級升降油缸來控制，操作簡便，升降平穩。在升降平臺的前部中間裝有前部支撐，升降架左右側分別裝有鉆臂及推進器，互不干涉，可各自獨立操作。機體前后橫梁兩側裝有行走部[1，2]。

2.3 推進器（機載錨桿鉆機）

推進器由滑道裝置、鏈傳動裝置、推進油缸、液壓馬達及鉆桿座等部件組成：

（1）滑道裝置采用鋼板焊接成形，經過熱處理，機械加工，剛性好，韌性好，精度高，滿足了井下使用的要求。

（2）推進油缸安裝于滑道裝置的兩側，通過鏈傳動機構，獲得鉆孔所需的推進行程，油缸位于滑道兩側還有便于檢修和更換。

（3）回轉鉆馬達與鉆桿座直接連接，在液壓馬達驅動下，來提供鉆孔時所需的動力。

2.4 前部支撐

前部支撐裝于升降平臺前部中間位置，支承方筒在支護調整油缸的作用下可有 30°角度變化使支護更加靈活方便，當進行支護時，操作手柄使支護在支撐油缸和頂梁伸縮油缸的作用下支護套筒向上伸出支護頂梁套筒向左右伸出，來滿足不同巷道高度和加大支護面積的使用要求。前部支撐的主要作用是起到臨時支護的目的，因此，支護時一定要將前部支撐升起，防止頂板塌陷，保護操作者的安全。

2.5 鉆臂部分

鉆臂部是機組進行錨桿支護作業的核心部位，它與推進器連接，通過二者的共同配合，來完成該機的鉆孔及緊固錨桿錨索動作，它的主要動作有：臂身上下升降 45°、42°角向外回轉、鉆臂方筒整體向前伸縮600mm、鉆臂回轉座整體向前伸縮 500mm、推進器左右旋轉 180°、推進器前后旋轉180°。它的主要部件有：推進器、鉆臂回轉座、鉆臂補償機構、大連桿、小連桿、各種油缸、銷子等。鉆臂部見圖3。

圖3 鉆臂Fig.3 Drill arm

2.6 液壓系統

液壓系統是由泵站、操作臺、油缸、液壓馬達、油箱、閥組及相互聯接的管路組成。液壓系統原理圖見圖4。

（1）液壓系統的功能。機器行走，鉆臂及推進器的各種動作，升降架的升降，前部支撐的升降，履帶的漲緊和提供打鉆時所需的動力。

（2）油泵和液壓馬達。泵站是由一臺45KW防爆電機，驅動一臺三聯齒輪泵，經多路換向閥，將壓力油分別送給各執行機構，來完成各部件的動作。

（3）操作部分。本機操作部分裝有各種多路換向閥，其中，行走部液壓泵分別向兩個液壓馬達供油，通過兩個單聯換向閥來控制行走馬達的正、反轉，實現機器行走。鉆孔馬達是在行走部分不工作時，由液壓泵向兩臺液壓鉆馬達供油，通過兩個單聯換向閥來控制馬達的正、反轉，實現鉆孔操作。油缸油路分兩部分，一部分通過分流集流閥供給司機處控制平臺升降的四聯閥后，再供給控制左鉆臂和推進器的八聯換向閥和雙聯換向閥，來操作左側鉆臂和推進器的各種動作。另一部分通過分流集流閥供給司機處控制支護動作的四聯閥后，再供給控制右鉆臂和推進器的八聯換向閥和雙聯換向閥，來操作右側鉆臂和推進器。

圖4 液壓系統Fig.4 Hydraulic system

2.7 水系統

本機水系統設有接水口，在液壓錨桿鉆車工作時，通過接水口與巷道內的水源接通，經過冷卻器冷卻液壓油后，然后分別進入兩臺推進器的鉆桿座部，在液壓錨桿鉆車鉆孔過程中一方面對鉆頭進行冷卻，另一方面降低浮塵。

3 技術特性與技術特點

3.1 技術特性

（1）CM2-15煤礦用液壓錨桿鉆車主要參數見表1。

表1 主要參數Tab.1 Main Parameters

（2）技術路線。CM2-15煤礦用液壓錨桿鉆車采用總體設計和部件重點攻關并行的思路，應用虛擬樣機技術和傳統的設計方法相結合的方式，利用 Solidworks、Adams和 Asnsys等軟件的輔助設計與分析功能，在樣機的研制過程中對整機及各元部件性能進行分析，降低設計風險。 整機設計流程如圖5所示[3]。

圖5 設計流程圖Fig.5 Design flow chart

3.2 技術特點

（1）機組結構合理，大部件強度好，剛性好。

（2） 機組全部采用液壓系統控制，方便井下維修與操作。

（3）機組行走部采用液壓馬達+減速機驅動。

（4）機組裝有兩套用液壓控制進行鉆孔的鉆臂及推進裝置，且兩鉆臂及推進器相互獨立。

（5）機組上的兩臺鉆機可旋轉至不同位置及不同角度施工幫錨桿、炮孔及探測孔。

（6）在機組前面，有可升降的前部支撐裝置對作業人員進行保護。

（7）在機組上，裝有可升降的平臺可使兩鉆臂整體上下升降，以滿足施工要求，并方便作業人員操作。

（8）在機組上裝有可左右轉動和翻動的踏板裝置，保證了作業人員的方便操作與安全。

（9）機組有采用漲緊輪組和漲緊油缸組成的履帶漲緊裝置[4，5]。

4 結束語

CM2-15煤礦用液壓錨桿鉆車主要用于煤巷掘進工作面作業，能夠實現頂幫同時支護、鉆炮孔及探測孔等功能。最大定位支護斷面可達15m2，支護高度4m，支護寬度 4.5m。適應巷道工作坡度為±12。

CM2-15型礦用液壓鉆車設計綜合了國內外現有機型的優缺點，具有國內獨立的自主知識產權，該項目的完成可以填補國內空白 ，提高我國煤礦和其他工程巷道錨桿支護工作的機械化水平，不僅大大地提高了支護的速度，而且降低了工人的勞動強度，改善了作業環境，提高了工人施工的安全系數，提高企業和礦井的綜合效益。