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1、鑿巖機巖石鉆進(jìn)試驗裝置設(shè)計研究 鑿巖機巖石鉆進(jìn)試驗裝置設(shè)計研究 2018/12/19 摘要：模擬鑿巖機實際工況，研制一套鑿巖機巖石鉆進(jìn)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(jié)構(gòu)、液壓系統(tǒng)及測控系統(tǒng)的設(shè)計，重點是激光位移傳感器在鑿孔速度測試中的應(yīng)用。 關(guān)鍵詞：鑿巖機；鉆進(jìn)；試驗裝置 引言 目前，鑿巖設(shè)備在煤礦支護及開采過程中廣泛應(yīng)用，鉆進(jìn)速度是考核鑿巖設(shè)備性能的關(guān)鍵指標(biāo)，鉆進(jìn)速度

2、測定容易，方法簡單，不用其他儀器，而且鉆速本身就是鉆進(jìn)效果的重要指標(biāo)。生產(chǎn)企業(yè)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(biāo)往往相差很大，不能客觀反映鑿巖設(shè)備實際鉆進(jìn)速度，且對鑿巖設(shè)備鉆進(jìn)過程中設(shè)備本身其他指標(biāo)沒有考核分析，不能全面反映鑿巖設(shè)備性能指標(biāo)。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(tǒng)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(jìn)裝置主要依據(jù)MT/T198-1996《煤礦用液壓鑿巖機通用技術(shù)條件》及MT/T903-2002《煤礦用氣動鑿巖機通用技術(shù)條件》標(biāo)準(zhǔn)，用于模擬鑿巖機

3、在井下的作業(yè)工況，通過對同等類型和硬度的巖石在相同工況下進(jìn)行鑿孔作業(yè)來測試鑿巖機的鑿孔速度測量及輸入動力參數(shù)測量，判斷鉆進(jìn)性能是否滿足標(biāo)準(zhǔn)要求。其主要測試原理如圖1所示。圖1鑿巖機巖石鉆進(jìn)裝置測試原理圖鑿巖設(shè)備巖石鉆進(jìn)試驗裝置包含機械臺架、配套監(jiān)控系統(tǒng)、液壓控制系統(tǒng)、測控系統(tǒng)等，裝置主要參數(shù)：鉆機速度0～10m/min,全方位鉆進(jìn)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(diào)節(jié)鑿巖機運行平臺、可調(diào)節(jié)巖石運行平臺。其中可調(diào)節(jié)鑿巖機運行平臺由鑿巖機安裝托盤、推進(jìn)器、導(dǎo)軌、推進(jìn)油缸、鋼絲繩倍速機構(gòu)、扶釬器、四連桿升降機構(gòu)結(jié)構(gòu)件、四連

4、桿升降機構(gòu)推進(jìn)缸等組成?？烧{(diào)節(jié)巖石運行平臺由巖石承載框架結(jié)構(gòu)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(jìn)巖石安裝在可調(diào)節(jié)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(xiàn)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(jìn)器上，通過推進(jìn)油缸及鋼絲繩倍速機構(gòu)實現(xiàn)前后運動，鉆桿通過扶釬器固定，推進(jìn)器通過四連桿機構(gòu)推進(jìn)缸推動四連桿機構(gòu)實現(xiàn)上下升降，繼而通過上述動作實現(xiàn)全方位鉆進(jìn)。具體結(jié)構(gòu)如圖2所示。圖2鑿巖試驗臺1.可調(diào)節(jié)巖石臺架2.可調(diào)節(jié)鑿巖機運行臺架3.鑿巖機因可調(diào)節(jié)鑿巖機運行臺架實際使用過程中，承受鑿巖機產(chǎn)生的沖擊能及鉆進(jìn)推力，受力較為集中，通過Soli

5、dWorks三維繪圖軟件對臺架進(jìn)行應(yīng)力及位移量分析，施加推進(jìn)力為65kN，鑿巖機沖擊能為500J，驗證結(jié)論為使用安全，應(yīng)力云圖及位移云圖如圖3和圖4所示。 3液壓系統(tǒng) 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(zhuǎn)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(zhuǎn)回路提供被試液壓鑿巖機回轉(zhuǎn)動力，輔助回路為臺架調(diào)節(jié)提供動力。液壓系統(tǒng)圖如圖5所示。 4測控系統(tǒng) 測控系統(tǒng)將電控系統(tǒng)和測試系統(tǒng)集中于1個控制臺和操作界面。其中電控系統(tǒng)包括控制臺、電控元件等，能對試驗臺輔助系統(tǒng)及被試件的工況進(jìn)行現(xiàn)場控制、控制室電腦界面控制；在緊

6、急情況下，現(xiàn)場控制優(yōu)先于電腦界面控制，并可在空壓機、試驗現(xiàn)場、控制室對氣動系統(tǒng)進(jìn)行急停；測試系統(tǒng)可實現(xiàn)鑿巖機工作氣壓、耗氣量、液體壓力、液體流量、推進(jìn)力、溫度、噪聲、鑿孔速度等指標(biāo)的自動采集，并自動生成原始記錄；在試驗現(xiàn)場、控制室均可實現(xiàn)數(shù)據(jù)采集，遠(yuǎn)端通過網(wǎng)絡(luò)界面可監(jiān)測到測試界面。測控系統(tǒng)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(xiàn)鑿巖機鉆進(jìn)參數(shù)全項目測量，實時監(jiān)測鉆進(jìn)速度、鉆進(jìn)推進(jìn)力、鉆進(jìn)噪聲、沖擊、回轉(zhuǎn)系統(tǒng)壓力、流量、溫度等性能參數(shù)，并通過PLC系統(tǒng)實現(xiàn)軟件控制及參數(shù)、報告輸出。圖6測控系統(tǒng)框

7、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(xiàn)鉆進(jìn)速度實時監(jiān)測測量，最大程度避免了人為測量誤差。 6結(jié)語 由于目前市場競爭條件尚不規(guī)范，產(chǎn)品生產(chǎn)企業(yè)水平參差不齊，相當(dāng)數(shù)量的企業(yè)是小規(guī)模、作坊式的生產(chǎn)，產(chǎn)品性能很難得到保證。而驗證鑿巖設(shè)備的性能最重要的指標(biāo)就是鉆進(jìn)效果，可以用來指導(dǎo)實際生產(chǎn)并作為設(shè)備驗證的重要參考指標(biāo)。但目前相當(dāng)多的生產(chǎn)企業(yè)不具備將鑿巖設(shè)備巖石鉆進(jìn)實驗作為常規(guī)出廠檢驗手段的條件。通過該裝置的研制，可以為生產(chǎn)企業(yè)提供鑿巖設(shè)備巖石鉆進(jìn)試驗中主要指標(biāo)參數(shù)測定，為產(chǎn)品質(zhì)量鑒定提供指標(biāo)性建議。并通過分析影響鑿巖設(shè)備鑿孔速度的因素，正確評價產(chǎn)品質(zhì)量，尋求改進(jìn)產(chǎn)品性能。