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矿用分体式双臂切缝钻机关键技术 摘要：为提高切顶卸压沿空留巷技术中预裂爆破孔的施工效率，研发了一款体积小、移动灵活、巷道适应性强、施工效率高的矿用分体式双臂切缝钻机，并对钻机的稳定性、功率匹配、回转器、给进装置及变幅机构等关键技术进行了研究。试验表明：钻机结构设计合理，液压系统性能可靠，满足煤矿井下预裂爆破孔的施工要求。 切顶卸压沿空留巷技术由于施工成本低、工程简单等优势，得到比较普遍的应用，该技术的关键是预裂爆破技术目前我国煤矿用于预裂爆破孔施工的钻机主要包括气动架柱式钻机和常规分体液压钻机1 钻机的总体设计和主要性能参数矿用分体式双臂切缝钻机采用履带分体式布局，由钻车与泵车2部分组成，宽度均设置为1 m，井下移动快捷，现场布置灵活；钻机具有2个工作臂，可实现主轴倾角-90°～+25°，垂直360°仰俯角全断面钻孔作业，且2个工作臂前后间距可在3.4～4m的范围内调节，侧向间距可在0～0.3 m的范围内调节，满足不同钻孔布置要求钻车主要由左工作臂、右工作臂、钻车行走操作台、右工作操作台、右姿态调整操作台、车体稳固操作台、左姿态调整操作台、钻车履带车体及左工作操作台组成。左、右工作臂是主要的执行机构，由回转器、给进装置、夹持器及变幅机构等组成。钻车行走操作台、右工作操作台及左工作操作台的主要部件均为液压先导控制阀，从而实现对钻车履带行走、回转器及给进/起拔油缸主阀的先导控制。先导控制技术是液压控制技术的主要组成部分，原理是用较小的手动操作产生控制信号对较大的功率主阀芯进行控制，具有占用空间小、控制精确、操作简便等优点泵车主要由泵车履带车体、油箱、电机泵组、机车灯、电磁启动器等部件组成。电机泵组包括75 kW隔爆型三相异步电动机、液压泵组、泵座及弹性联轴器等，主要作用是从油箱吸油并排出高压油。其中液压泵组由4个轴向柱塞泵串联构成，排量分别为100、45、45、28 mL/r。工作过程中，为了防止液压泵组由于振动发生断轴情况，在第3联液压泵下方增加了弹性辅助支撑。油箱主要包括箱体、吸油过滤器、回油过滤器、空气滤清器、液位液温计及放油口等组成，具有储油、散热、分离油液气泡等作用。油箱的设计容量一般可取最大流量的2～3倍，其中最大流量是指各泵流量总和，考虑产品类型、工况、液压回路控制系统、布置空间等因素，设计选取油箱容量为650 L。机车灯选用DGE系列矿用隔爆型LED灯，具有使用寿命长、工作电压低、能耗小、发光效率高等特点。电磁起动器主要作用是起动或停止电动机，具有漏电闭锁、过载、短路、欠压等保护功能，并可实时显示主回路电流、电压及故障信息。泵车结构示意图如图2。钻机的液压系统采用开式系统，结构简单、液压油冷却条件好。Ⅰ泵为负载敏感泵，额定压力设定为10 MPa，用于控制2个液压水泵的输出流量、压力，同时回路中与具有阀后补偿特性的负载敏感阀组成负载敏感系统，节能效果显著；Ⅱ泵及Ⅲ泵均为轴向柱塞变量泵，额定压力均设定为23 MPa，用于控制钻车履带行走、泵车履带行走、工作臂的姿态调整、回转器的回转、给进装置的动作及钻车履带车体内支撑油缸的伸出、缩回，同时为先导控制阀供油；Ⅳ泵为轴向柱塞变量泵，用于控制夹持器、回转器内液压卡盘的夹紧、松开，Ⅳ泵的排量为28 mL/r，额定压力设定为10 MPa，既能弥补液压卡盘泄漏量又可保证对钻具足够的夹紧力。矿用分体式双臂切缝钻机的主要性能参数如下：(1)工作臂数量：2;(2)额定转矩：1 000～280 N·m;(3)额定转速：90～280 r/min;(4)最大给进/起拔力：45kN;(5)给进/起拔行程：1 200 mm;(6)前后钻孔间距：3.4～4 m;(7)侧向钻孔间距：0～300 mm;(8)前后倾角：-90°～+25°；(9)垂直仰俯角：360°；(10)水平方位角：360°；(11)电机功率：75 kW;(12)钻车外形尺寸（长×宽×高）：4 400 mm×1 000 mm×2 800 mm;(13)泵车外形尺寸（长×宽×高）：2 900 mm×1 000 mm×1 800 mm。2 钻机关键技术2.1 窄体多工作臂钻车稳定性为了使钻车在设置带式输送机的巷道内灵活移动，钻车宽度应尽可能窄；为了提高钻孔施工效率，与常规钻机相比应增加工作臂的数量，窄体、多工作臂钻车工作过程中的稳定性是结构设计时需要考虑的重点。首先，钻车履带车体底盘选用无轮摩擦式履带底盘，通过性好、承载力大、高度低；车体平台四角布置支撑油缸，保证履带车体在凹凸不平的巷道中施工过程中的稳定，并且支撑油缸的安装位置可调整至车体平台侧面，增强巷道适应性。钻车履带车体结构示意图如图3。其次，左、右工作臂在钻车履带车体上采用对称式布局，整车重心位于车体内部。最后，在给进装置