ZYW_2000型钻机夹持器的设计

22 第 39 卷 2011 年第 5 期 采 掘 本栏目编辑 　 李文民 3.3 新型可回收锚杆支护效果分析 (1) 回收的 12 套样品，有 11 根顺利回收出来。 有 1 根回收比较困难，是由于没有使用配套的回收机 具，回收过程中外拉拉力不足所造成。 (2) 锚杆锚固力测试结果证明，其性能稳定，锚 固力能够满足回采巷道支护的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 。 (3) 2203 工作面最近的锚杆距离工作面不足 2 m，矿压显现较为强烈，煤壁已经松软破碎。可回收 树脂锚杆在动压影响范围内能够成功回收，证明该锚 杆具有较好的适应性。 4 结语 采用短头盲孔和密封螺纹等技术研制的新型可 回收树脂金属锚杆，经实验室力学性能试验和井下应 用，证明该锚杆锚固力性能稳定，具有适应性强、承 载力大、可靠性高、回收率高和综合力学性能好等优 点，锚固力从巷道掘进时即可满足回采巷道支护的要 求，具有较高的实用价值。 参 考 文 献 [1] 侯朝炯，郭励生，勾攀峰，等. 煤巷锚杆支护 [M]. 徐州：中 国矿业大学出版社，1999：52-53. [2] 刘 刚，王仁庭，董方庭. 井巷工程 [M]. 徐州：中国矿业大 学出版社，2005：143-145. [3] 王大顺，王永龙，熊 伟，等. 可回收楔式锚杆的研究 [J]. 煤 矿机械，2008，29(8)：119-120. [4] 张文军，段克信，张宏伟. 塑料胀壳式系列锚杆及其应用 [J]. 辽宁工程技术大学学报，2006，25(4)：503-506. [5] 戴志国，李修玉，郝宝慧. 玻璃钢锚杆在回采巷道的应用 [J]. 煤矿支护，2004(3)：17-19. [6] 王明中，戈海宾，孙玉宁. 全长可回收树脂金属锚杆在花园煤 矿的研究与应用 [J]. 煤炭工程，2010(10)：46-48. □ (收稿日期：2010-12-31) (修改稿日期：2011-03-01) HIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHI ZYW-2000 型钻机夹持器的 设计 领导形象设计圆作业设计ao工艺污水处理厂设计附属工程施工组织设计清扫机器人结构设计 陶 勇 煤炭科学研究总院重庆研究院 重庆 400037 摘要：为了提高煤矿瓦斯抽放孔钻进过程中起、下钻具的效率与安全性，结合 ZYW-2000 型煤矿全 液压联动钻机研制项目，在传统常闭式夹持器的结构特点与用途的基础上，设计了一种新型的碟簧夹 紧与液压开、夹相结合的复合式常闭夹持器，并对其结构、工作原理及主要设计参数的计算过程做了 介绍。 关键词：复合式；夹持器；夹持力 中图分类号：TD41 文献标识码：B 文章编号：1001-3954(2011)05-0022-03 Design of clamp for ZYW-2000 drill TAO Yong Chongqing Branch of China Coal Research Institute, Chongqing 400037, China Abstract：In order to improve the safety and efficiency of drilling tools in the process of drilling for gas emission, a new-type compound constantly-closed clamp that integrates clamping by disc spring and hydraulic opening and closing is designed based on the structural features and purpose of the traditional constantly-closed clamp. The clamp is used for the developing mine-used ZYW-2000 fully-hydraulic drill. In addition, the clamp is introduced about its structure, working principle and computation course of main design parameters. Keywords：compound; clamp; clamping force 作者简介：陶 勇，男，1980 年生，硕士，工程师，主要从事 煤矿用全液压钻机的研发工作。 夹 持器是全液压动力头式钻机卡夹机构的关键部件之一[1]。联动钻机的各工况均要求夹持器能 与卡盘相配合，其性能的好坏直接影响到钻进与拆钻 23 采 掘 本栏目编辑 　 李文民 第 39 卷 2011 年第 5 期 效率。 1 夹持器的设计与分析 ZYW-2000 型全液压钻机具有常开式胶套卡盘结 构，为防止突然停电或停止工作时跑钻事故的发生， 钻机设计有常闭式结构的夹持器。 传统的常闭式夹持器靠弹簧的夹紧力夹紧钻具， 油压松开，结构如图 1 所示。正常工作时，弹簧压紧 右卡瓦座，推动卡瓦夹持钻具；当油口 P 通入高压 油时，油缸体将压力通过顶柱传给右卡瓦座，压缩弹 簧，夹持器开口增大，钻具自由通过[2]。夹持器的夹 持力完全取决于弹簧力而不受油压变化的影响。在钻 机自动拧卸钻杆时，为保证能可靠夹紧钻杆，需采用 增大常闭式弹簧力或设置增力机构的方式，这样就使 夹持器的结构尺寸和质量过大，不利于钻机的拆卸和 搬运。在 ZYW-2000 型全液压钻机夹持器的设计过 程中，采用了碟形弹簧-液压复合式常闭夹持器，工 作方式为碟簧夹紧与液压开夹相结合。 1. 缸体 2. 顶柱 3. 左卡瓦座 4. 卡瓦 5. 右卡瓦座 6. 弹簧 图 1 常闭型夹持器结构示意 Fig 1 Structural sketch of constantly-closed clamp 2 夹持器的结构和工作原理 2.1 结构 夹持器结构如图 2 所示，主要由碟形弹簧、松开 油缸、卡瓦、拉杆及增力油缸组成，特点如下： (1) 具有浮动自动定心结构。夹持器安装在底座 上，并随底座浮动，可以跟随钻杆自动定心夹紧，减 小卡瓦和钻杆之间的磨损。 (2) 设置了 2 个松开油缸，同时压缩碟簧，降低 了松开夹持器的压力，有利于利用钻机旋转压力打开 夹持器，便于实现钻机联动操作。 (3) 通过改变卡瓦内径可实现夹持器系列化，提 高了通用性。在钻杆磨损变细无法夹紧时，可更换相 应卡瓦。 (4) 增设了增力油缸，增大了夹持器的夹紧力， 便于钻具的起、下。 2.2 工作原理 正常工作时，夹持器在左端 9 片碟形弹簧的预 紧力作用下处于闭合状态。需要松开时，压力油进入 左右松开油缸，通过 8 根拉杆传力，2 个松开油缸同 时压缩碟簧，较小油压就可松开夹持器，便于钻机联 动；夹紧时，动力头反转油路接入右端的增力油缸， 反转压力可增大夹持器的夹紧力，实现增力夹紧，保 证夹紧钻杆的可靠性。 3 夹持能力的计算 3.1 夹紧力的计算 夹持器的夹紧力由两部分组成。钻机不工作时， 为防止钻杆滑出的夹紧力由碟簧提供；拆卸钻杆时的 夹紧力，由碟簧和增力油缸共同提供。 3.1.1 防止钻杆从钻孔中滑出的夹紧力[3] F1≥(ql+q')gsinα / if ， (1) 式中：q 为钻杆的单位质量，取 q＝9.23 kg/ m；L 为 钻孔深度，L＝390 m；q' 为钻头质量，q'＝5 kg；α 为 钻孔倾角，α ＝±90°；i 为卡瓦与钻杆的摩擦副数，i ＝2；f 为夹持器卡瓦与钻杆间的摩擦系数，f＝0.25。 将数据代入式 (1)，求得 F≥54 370 N 。 3.1.2 拆卸钻杆时的夹紧力 即松开钻杆连接螺纹的夹紧力[3] F≥ F12+F22 ， (2) 其中， F2≥2 000M/ ifd。 式中：F2 为松动钻杆联接螺纹的夹紧力，N；M 为钻 机的最大输出扭矩，M＝2 000 N·m；d 为钻杆直径， d＝63 mm。 经计算，F≥138 130 N。 3.2 碟簧校验 根据结构尺寸和夹持力的要求，单片碟簧在 3 个 关键状态时的变形量 f 和弹力 F' 的计算结果如下。 初装状态：f1＝0.722 m，F1'＝29 623 N。 夹持钻杆状态：f2＝1.089 m，F2'＝55 023 N。 1. 碟簧 2. 碟簧导杆 3. 左松开油缸 4. 卡瓦座与卡瓦 5. 拉杆 6. 右松开油缸 7. 增力油缸 图 2 ZYW-2000 型钻机夹持器结构示意 Fig 2 Structural sketch of clamp for ZYW-2000 drill 24 第 39 卷 2011 年第 5 期 采 掘 本栏目编辑 　 李文民 夹持器全松开状态：f3＝1.811 m，F3'＝76 548 N。 在夹持钻杆状态下，碟簧弹力 F2' >F1，可保证 钻机不工作时，钻杆不会从钻孔中滑出。 3.3 打开夹持器油缸所需最小油压 p松≥F3'/ A1 ， (3) 式中：A1 为油缸的作用面积，mm2。 采用 2 个油缸，每个油缸内径 150 mm，活塞杆 直径为 70 mm。经计算，p松≥2.770 3 MPa。 3.4 松动钻杆联接螺纹增力油缸所需压力 p增≥(F-F2' )/ A2 ， (4) 式中：A2 为增力油缸承压面积，A2＝6 36 2 mm2。 经计算，p增≥13.06 mm2。 系统反转压力为 26 MPa，满足 p增≥13.06 mm2。 4 结语 实践证明，该夹持器结构紧凑，实用可靠，能有 效防止跑钻事故发生，并与卡盘实现联动配合，大大 提高了拆卸钻具的效率，满足了煤矿瓦斯抽放孔的钻 进效率与安全的要求。 参 考 文 献 [1] 冯德强. 钻机设计 [M]. 武汉：中国地质大学出版社，1993： 328. [2] 王 成. 复合式液压夹持器的设计 [J]. 钻掘机械，1998， 10(6)：70-72. [3] 凡 东，庞海荣，姚亚峰. 全液压钻机夹持器的设计与分析 [J]. 煤炭工程，2006(5)：7-8. □ (收稿日期：2010-12-31) 基于虚拟样机技术的采煤机牵引 减速器行星架有限元分析及优化 徐卫国1, 2，王义亮1, 2，杨兆建1, 2 1太原理工大学机械工程学院 山西太原 030024 2山西省矿山机械 CAE 工程技术中心 摘要：应用 NX Nastran 软件对采煤机牵引部行星减速器进行建模，并建立虚拟样机，进行动力学分 析，得到二级行星架的受力，在满足可靠性的前提下对二级行星架进行优化设计，取得了明显的效 果。 关键词：采煤机；牵引减速器行星架；虚拟样机；动力学分析；优化 中图分类号：TD421 文献标识码：A 文章编号：1001-3954(2011)05-0024-05 FEA and optimization of planetary carrier of shearer's haulage reducer based on virtual prototype technology XU Weiguo1, 2，WANG Yiliang1, 2，YANG Zhaojian1, 2 1School of Mechanical Engineering, Taiyuan University of Technology, Taiyuan 030024, Shanxi, China 2Shanxi Province Mining Machinery CAE Engineering & Technology Center Abstract：NX Nastran is used to establish the model of shearer's haulage planetary reducer and the virtual prototype of the shearer. The dynamic analysis is carried out and the force state of the second planetary carrier is obtained. On the premises of satisfying the reliability, the second planetary carrier is optimized, and the obvious results is obtained. Keywords：shearer; planetary carrier of haulage reducer; virtual prototype; dynamic analysis; optimization 基金项目：国家 11.5 科技支撑计划项目重点课题资助 (2007BAB 13B01-02) 作者简介：徐卫国，男，1977 年生，硕士研究生，主要研究方向为矿山机械及现代设计方法。 HIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHIHI