CN106050126B - 一种全电动煤矿坑道钻机 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全电动煤矿坑道钻机,包括回转机构、给进机构、升降与变角机构及控制***,本发明通过齿轮‑齿条升降器及支腿、立柱的螺旋伸缩机构之间配合调整主机高度和方向。通过控制***控制回转电机转速和转动方向来调整钻机的回转方向和回转速度,实现恒转速钻进;通过控制***控制给进电机的转动方向和转速实现不同速度的给进和提升,通过给进机构闭式液压***的压力闭环反馈控制电机的转速,实现给进机构恒钻压给进。该钻机结构简单、重量轻便,操作省力,动力消耗低。
Description
技术领域
本发明属于地质勘探、隧道掘进、工程勘察等领域的煤炭坑道勘探设备,具体涉及到一种全电动煤矿坑道钻机及钻进方法。
背景技术
坑道钻机主要用于大型井下煤矿开采中的瓦斯抽采及地质勘探,是保证井下煤矿开采安全及高效的重要装备,其性能的优劣直接影响煤矿开采的作业周期。坑道钻机驱动方式经历了气动、液压驱动两个阶段。
20世纪50年代末到90年代初,煤炭***和全国各有关行业曾重点对电动钻机进行开发与攻关,试图使电动钻机成为主导设备,但当时电动钻机多为手持式煤电钻属于机械传动,驱动电机为直流电机,无法实现无级调速,回转特性硬且过载能力差,电动机因反复超载而过早损坏,电机的防潮、防淋水和防漏电问题难以得到根本解决,安全隐患极大。因此当时很多矿区提出限期淘汰手持式煤电钻等,致使原来年产量60万台以上的手持式煤电钻,产量急剧下降,始终未能在煤矿大量应用。
2011年液压坑道钻机的企业占坑道钻机企业总数的90.8%以上,全液压钻机为煤炭***主力。但目前国内现有坑道勘探领域中气动、全液压存在如下问题:
1.气动钻机阶段,主要应用于小型煤矿,噪音大,能量利用率低,且重量大,回转转速及给进速度无法准确控制。
2.全液压钻机阶段,1).在煤矿井下,特别是采煤工作面,液压***以矿物油为工作介质的液压采掘机械有引起火灾和***的隐患,且井下作业环境恶劣,粉尘多,***故障率较高;2).液压钻机重量大、能量利用率低,多数钻机为中小功率钻机;3)结构复杂,维修困难,搬迁费时费力,严重影响工作效率,密封性要求高,在工作中由于强振动极易引起密封失效,漏油等问题。
在钻井条件越来越恶劣,尺寸狭小的条件下,对现代坑道钻机提出了更高的要求。近年来,变频电机无级调速方面(如调速的精度和范围、驱动能力、动态响应特性、运行效率和使用方便性等)日趋完善,坑道钻机朝着安全、小型化、轻便化和自动化方向发展,全电动坑道钻机的研发势在必行,符合现代化坑道钻机的发展趋势。
发明内容
本发明的提供一种全电动煤矿坑道钻机。
本发明通过恒钻压恒转速闭环控制,可以最大限度地提高钻进时效。将***由液控变为电控,降低了***对油液品质的要求,减少发生井下事故。全电动坑道钻机有完善的故障自诊断、运行和保护功能,并调速范围宽,获得很多机械驱动所无法实现的功能,对减少人为因素的失误及设备的故障率具有重要意义。目前研发全电动坑道钻机应用于煤炭领域瓦斯抽采,国内尚未见报道。
本发明包括回转机构、给进机构、升降与变角机构及控制***;
所述的回转机构由回转电机、摆线针轮减速器、水龙头、钻杆、滑架、扶正器和钻头组成,回转电机通过法兰盘与摆线针轮减速器连接,钻杆与摆线针轮减速器连接,摆线针减速器安装在滑架上,并可在滑架上左右滑动;水龙头安装在摆线针轮减速器右端的钻杆上;扶正器固定在滑架上,钻杆通过扶正器扶正限位,钻头通过螺纹连接在钻杆上;
所述的给进机构包括给进电机、给进油缸和活塞杆,给进电机固定在滑架上,支撑轴与滑架铰接,活塞杆一端与给进电机,活塞杆另一端与摆线针轮减速器底端固定连接;
所述升降与变角机构包括滑架、支撑轴、上垫片、下垫片、齿轮-齿条升降器、手柄、立柱、支腿和螺旋伸缩机构,上垫片、下垫片分别安装于立柱上、下端,通过摇动手柄实现齿轮-齿条升降器同支撑轴沿立柱升降,立柱与支腿上均安装螺旋伸缩机构,可拧动螺旋伸缩机构调整立柱和支腿的长度,支腿上端与滑架铰接,支腿下端支撑在地面上。
所述控制***由闭式液压***、给进电机、恒钻压控制器;回转电机、恒转速控制器、操作旋钮和控制导线组成,闭式液压***、给进油缸、恒压控制器和给进电机形成给进闭环控制回路,通过无级调节给进电机转速,实现闭式液压***输出恒定压力(根据地层情况自行设定的压力值),即实现给进***的恒定钻压钻进。回转电机与恒转速控制器通过控制导线形成闭环回路,通过控制***无级调节回转电机的转速,即调节了钻机的输出转速;通过控制***实现回转电机的恒转速(根据地层情况自行设定的转速)回转钻进。
本发明的钻进方法如下:
一、根据需要组装全电动煤矿坑道钻机。通过升降与变角机构中螺旋伸缩机构,调整立柱和支腿至恰当长度。通过摇动手柄,带动齿轮-齿条升降器工作,实现齿轮-齿条升降器、手柄、支撑轴及滑架沿立柱升降,使得钻头对准孔位;
二、通过控制***控制给进电机转速,实现无级调节给进***的给进和提升速度。根据设定的钻进值,通过控制***调节给进电机的转速,实现液压***恒定压力给进,即实现恒钻压钻进。
三、通过控制***控制回转电机的转速,实现钻机回转速度的无级调节。根据设定的转速值,通过控制***调节回转电机实现恒转速回转钻进。
本发明具有以下有益成果:
本发明将交流变频调速技术结合液压闭环***应用于坑道钻机设备上,有如下优点:
1.通过控制***控制回转电机转速和转动方向来调整钻机的回转方向和回转速度,实现无级调速及恒转速钻进;通过控制***控制给进电机的转动方向和转速实现不同速度的给进和提升,通过闭式液压***的压力闭环反馈控制电机的转速,实现给进油缸恒钻压给进。该钻机结构简单、重量轻便,操作省力,动力消耗低;
2.全电动钻机将液控转换为电控,提高了控制速度及***的能量利用率,调速范围宽,可实现无级调速,对地层的适应性好,对提高钻进时效、处理井下事故等十分有利;
附图说明
图1是本发明的全电动煤矿坑道钻机结构示意图。
图中:1-回转电机,2-摆线针轮减速器,3-水龙头,4-上垫片,5-钻杆,6-滑架,7-扶正器,8-钻头,9-给进电机,10-给进油缸,11-支撑轴,12-下垫片,13-齿轮-齿条升降器,14-手柄,15-立柱,16-活塞杆,17-支腿,18-螺旋伸缩机构,19-恒转速控制器,20-恒钻压控制器,21-操作旋钮,22-闭环液压***。
具体实施方式
本发明包括回转机构、给进机构、升降与变角机构及控制***;
所述的回转机构由回转电机1、摆线针轮减速器2、水龙头3、钻杆5、滑架6、扶正器7和钻头8组成,回转电机1通过法兰盘与摆线针轮减速器2连接,钻杆5与摆线针轮减速器2连接,摆线针减速器2安装在滑架6上,并可在滑架6上左右滑动;水龙头3安装在摆线针轮减速器2右端的钻杆5上;扶正器7固定在滑架6上,钻杆5通过扶正器7扶正限位,钻头8通过螺纹连接在钻杆5上;
所述的给进机构包括给进电机9、给进油缸10和活塞杆16,给进电机9固定在滑架6上,支撑轴11与滑架6铰接,活塞杆16一端与给进电机9,活塞杆16另一端与摆线针轮减速器2底端固定连接;
所述升降与变角机构包括滑架6、支撑轴11、上垫片4、下垫片12、齿轮-齿条升降器13、手柄14、立柱15、支腿17和螺旋伸缩机构18,上垫片4、下垫片12分别安装于立柱15上、下端,通过摇动手柄14实现齿轮-齿条升降器13同支撑轴11沿立柱15升降,立柱15与支腿17上均安装螺旋伸缩机构18,可拧动螺旋伸缩机构18调整立柱15和支腿17的长度,支腿17上端与滑架6铰接,支腿17下端支撑在地面上。
所述控制***由闭式液压***22、给进电机9、恒钻压控制器20;回转电机1、恒转速控制器19、操作旋钮21和控制导线组成,闭式液压***22、给进油缸10、恒压控制器20和给进电机9形成给进闭环控制回路,通过无级调节给进电机9转速,实现闭式液压***输出恒定压力(根据地层情况自行设定的压力值),即实现给进***的恒定钻压钻进。回转电机1与恒转速控制器19通过控制导线形成闭环回路,通过控制***无级调节回转电机1的转速,即调节了钻机的输出转速;通过控制***实现回转电机1的恒转速(根据地层情况自行设定的转速)回转钻进。
本发明的使用方法如下:
一、根据需要组装全电动煤矿坑道钻机。通过升降与变角机构中螺旋伸缩机构18,调整立柱15和支腿17至恰当长度,通过摇动手柄14带动齿轮-齿条升降器13工作,实现齿轮-齿条升降器13、手柄14、支撑轴11及滑架沿立柱15升降,使得钻头8对准孔位;
二、通过控制***控制给进电机9转速,实现无级调节给进***的给进和提升速度。根据设定的钻进值,通过控制***调节给进电机9的转速,实现液压***恒定压力给进,即实现恒钻压钻进。。
三、通过控制***控制回转电机1的转速,实现钻机回转速度的无级调节。根据设定的转速值,通过控制***调节回转电机1实现恒转速回转钻进。
Claims (1)
1.一种全电动煤矿坑道钻机,其特征在于:包括回转机构、给进机构、升降与变角机构及控制***;
所述的回转机构由回转电机(1)、摆线针轮减速器(2)、水龙头(3)、钻杆(5)、滑架(6)、扶正器(7)和钻头(8)组成,回转电机(1)通过法兰盘与摆线针轮减速器(2)连接,钻杆(5)与摆线针轮减速器(2)连接,摆线针减速器(2)安装在滑架(6)上,并可在滑架(6)上左右滑动;水龙头(3)安装在摆线针轮减速器(2)右端的钻杆(5)上;扶正器(7)固定在滑架(6)上,钻杆(5)通过扶正器(7)扶正限位,钻头(8)通过螺纹连接在钻杆(5)上;
所述的给进机构包括给进电机(9)、给进油缸(10)和活塞杆(16),给进电机(9)固定在滑架(6)上,支撑轴(11)与滑架(6)铰接,活塞杆(16)一端与给进电机(9),活塞杆(16)另一端与摆线针轮减速器(2)底端固定连接;
所述升降与变角机构包括滑架(6)、支撑轴(11)、上垫片(4)、下垫片(12)、齿轮-齿条升降器(13)、手柄(14)、立柱(15)、支腿(17)和螺旋伸缩机构(18),上垫片(4)、下垫片(12)分别安装于立柱(15)上、下端,通过摇动手柄(14)实现齿轮-齿条升降器(13)同支撑轴(11)沿立柱(15)升降,立柱(15)与支腿(17)上均安装螺旋伸缩机构(18),可拧动螺旋伸缩机构(18)调整立柱(15)和支腿(17)的长度,支腿(17)上端与滑架(6)铰接,支腿(17)下端支撑在地面上;
所述控制***由闭式液压***(22)、给进电机(9)、恒钻压控制器(20);回转电机(1)、恒转速控制器(19)、操作旋钮(21)和控制导线组成,闭式液压***(22)、给进油缸(10)、恒压控制器(20)和给进电机(9)形成给进闭环控制回路,通过无级调节给进电机(9)转速,实现闭式液压***输出恒定压力,实现给进***的恒定钻压钻进;回转电机(1)与恒转速控制器(19)通过控制导线形成闭环回路,通过控制***无级调节回转电机(1)的转速,调节了钻机的输出转速;通过控制***实现回转电机(1)的恒转速回转钻进。
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PB01 | Publication | ||
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Granted publication date: 20180320 Termination date: 20200808 |
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