CN205840767U - 一种全电动煤矿坑道钻机 - Google Patents

Abstract

本实用新型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系统，本实用新型通过齿轮‑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。通过控制系统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；通过控制系统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系统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

一种全电动煤矿坑道钻机

技术领域

本实用新型属于地质勘探、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，煤炭系统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，全液压钻机为煤炭系统主力。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，液压系统以矿物油为工作介质的液压采掘机械有引起火灾和爆炸的隐患，且井下作业环境恶劣，粉尘多，系统故障率较高；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

本实用新型的提供一种全电动煤矿坑道钻机。

本实用新型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。将系统由液控变为电控，降低了系统对油液品质的要求，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。

本实用新型包括回转机构、给进机构、升降与变角机构及控制系统；

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。

所述控制系统由闭式液压系统、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，闭式液压系统、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，实现闭式液压系统输出恒定压力(根据地层情况自行设定的压力值)，即实现给进系统的恒定钻压钻进。回转电机与恒转速控制器通过控制导线形成闭环回路，通过控制系统无级调节回转电机的转速，即调节了钻机的输出转速；通过控制系统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。

本实用新型的钻进方法如下：

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、通过控制系统控制给进电机转速，实现无级调节给进系统的给进和提升速度。根据设定的钻进值，通过控制系统调节给进电机的转速，实现液压系统恒定压力给进，即实现恒钻压钻进。

三、通过控制系统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，通过控制系统调节回转电机实现恒转速回转钻进。

本实用新型具有以下有益成果：

本实用新型将交流变频调速技术结合液压闭环系统应用于坑道钻机设备上，有如下优点：

1.通过控制系统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；通过控制系统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，通过闭式液压系统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，提高了控制速度及系统的能量利用率，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是本实用新型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-闭环液压系统。

具体实施方式

本实用新型包括回转机构、给进机构、升降与变角机构及控制系统；

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。

所述控制系统由闭式液压系统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，闭式液压系统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，实现闭式液压系统输出恒定压力(根据地层情况自行设定的压力值)，即实现给进系统的恒定钻压钻进。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，通过控制系统无级调节回转电机1的转速，即调节了钻机的输出转速；通过控制系统实现回转电机1的恒转速(根据地层情况自行设定的转速)回转钻进。

本实用新型的使用方法如下：

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、通过控制系统控制给进电机9转速，实现无级调节给进系统的给进和提升速度。根据设定的钻进值，通过控制系统调节给进电机9的转速，实现液压系统恒定压力给进，即实现恒钻压钻进。。

三、通过控制系统控制回转电机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，通过控制系统调节回转电机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系统；

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；

所述控制系统由闭式液压系统(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，闭式液压系统(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，实现闭式液压系统输出恒定压力,实现给进系统的恒定钻压钻进；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，通过控制系统无级调节回转电机(1)的转速，调节了钻机的输出转速；通过控制系统实现回转电机(1)的恒转速回转钻进。