鑿巖機巖石鉆進試驗裝置設計研究范文

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摘要：模擬鑿巖機實際工況，研制一套鑿巖機巖石鉆進性能試驗臺，通過測試鑿巖機鑿孔速度來反映鑿巖機鑿孔性能。介紹了試驗臺各部分組成及結構、液壓系統及測控系統的設計，重點是激光位移傳感器在鑿孔速度測試中的應用。

關鍵詞：鑿巖機；鉆進；試驗裝置

引言

目前，鑿巖設備在煤礦支護及開采過程中廣泛應用，鉆進速度是考核鑿巖設備性能的關鍵指標，鉆進速度測定容易，方法簡單，不用其他儀器，而且鉆速本身就是鉆進效果的重要指標。生產企業多采用秒表及鋼尺作為測量手段，人為誤差較大，受操作者因素影響也大，其最終指標往往相差很大，不能客觀反映鑿巖設備實際鉆進速度，且對鑿巖設備鉆進過程中設備本身其他指標沒有考核分析，不能全面反映鑿巖設備性能指標。本試驗裝置正是基于模擬鑿巖機實際工作方式配合壓力、流量、溫度、鉆速測控系統全面驗證鑿巖機鑿孔性能及可靠性。

1試驗裝置概述

鑿巖機巖石鉆進裝置主要依據MT/T198-1996《煤礦用液壓鑿巖機通用技術條件》及MT/T903-2002《煤礦用氣動鑿巖機通用技術條件》標準，用于模擬鑿巖機在井下的作業工況，通過對同等類型和硬度的巖石在相同工況下進行鑿孔作業來測試鑿巖機的鑿孔速度測量及輸入動力參數測量，判斷鉆進性能是否滿足標準要求。其主要測試原理如圖1所示。圖1鑿巖機巖石鉆進裝置測試原理圖鑿巖設備巖石鉆進試驗裝置包含機械臺架、配套監控系統、液壓控制系統、測控系統等，裝置主要參數：鉆機速度0～10m/min,全方位鉆進平臺工作范圍15m2；承受沖擊能大于1000J。

2機械臺架

鑿巖試驗臺主要由可調節鑿巖機運行平臺、可調節巖石運行平臺。其中可調節鑿巖機運行平臺由鑿巖機安裝托盤、推進器、導軌、推進油缸、鋼絲繩倍速機構、扶釬器、四連桿升降機構結構件、四連桿升降機構推進缸等組成。可調節巖石運行平臺由巖石承載框架結構件、雙頭平移油缸、平移燕尾槽、巖石后頂緊缸及巖石上頂緊缸等組成。被鉆進巖石安裝在可調節巖石運行平臺，由后頂緊缸及上頂緊缸頂緊，通過雙頭油缸和燕尾槽實現左右平移，鑿巖機通過安裝托盤固定在鑿巖機安裝臺架推進器上，通過推進油缸及鋼絲繩倍速機構實現前后運動，鉆桿通過扶釬器固定，推進器通過四連桿機構推進缸推動四連桿機構實現上下升降，繼而通過上述動作實現全方位鉆進。具體結構如圖2所示。圖2鑿巖試驗臺1.可調節巖石臺架2.可調節鑿巖機運行臺架3.鑿巖機因可調節鑿巖機運行臺架實際使用過程中，承受鑿巖機產生的沖擊能及鉆進推力，受力較為集中，通過SolidWorks三維繪圖軟件對臺架進行應力及位移量分析，施加推進力為65kN，鑿巖機沖擊能為500J，驗證結論為使用安全，應力云圖及位移云圖如圖3和圖4所示。

3液壓系統

該臺架由試驗室液壓泵站提供動力，主要涉及沖擊回路、回轉回路及輔助回路，沖擊回路提供被試液壓鑿巖機沖擊動力，回轉回路提供被試液壓鑿巖機回轉動力，輔助回路為臺架調節提供動力。液壓系統圖如圖5所示。

4測控系統

測控系統將電控系統和測試系統集中于1個控制臺和操作界面。其中電控系統包括控制臺、電控元件等，能對試驗臺輔助系統及被試件的工況進行現場控制、控制室電腦界面控制；在緊急情況下，現場控制優先于電腦界面控制，并可在空壓機、試驗現場、控制室對氣動系統進行急停；測試系統可實現鑿巖機工作氣壓、耗氣量、液體壓力、液體流量、推進力、溫度、噪聲、鑿孔速度等指標的自動采集，并自動生成原始記錄；在試驗現場、控制室均可實現數據采集，遠端通過網絡界面可監測到測試界面。測控系統框圖如圖6所示，氣動鑿巖機測控界面如圖7所示，液壓鑿巖機測控界面如圖8所示。

5試驗臺主要特點

該試驗臺能實現鑿巖機鉆進參數全項目測量，實時監測鉆進速度、鉆進推進力、鉆進噪聲、沖擊、回轉系統壓力、流量、溫度等性能參數，并通過PLC系統實現軟件控制及參數、報告輸出。圖6測控系統框圖圖7氣動鑿巖機測控界面圖8液壓鑿巖機測控界面首次采用高精度激光位移傳感器配合計時器，實現鉆進速度實時監測測量，最大程度避免了人為測量誤差。

6結語

由于目前市場競爭條件尚不規范，產品生產企業水平參差不齊，相當數量的企業是小規模、作坊式的生產，產品性能很難得到保證。而驗證鑿巖設備的性能最重要的指標就是鉆進效果，可以用來指導實際生產并作為設備驗證的重要參考指標。但目前相當多的生產企業不具備將鑿巖設備巖石鉆進實驗作為常規出廠檢驗手段的條件。通過該裝置的研制，可以為生產企業提供鑿巖設備巖石鉆進試驗中主要指標參數測定，為產品質量鑒定提供指標性建議。并通過分析影響鑿巖設備鑿孔速度的因素，正確評價產品質量，尋求改進產品性能。

作者：荊建寬 單位：煤炭科學技術研究院有限公司