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锚杆钻机集成控制阀组液压系统设计

2025-04-07 60 上传者：管理员

摘要：介绍了锚杆钻机结构组成，针对锚杆支护全流程工况，设计了一种锚杆钻机集成控制阀组液压系统，从控制原理和控制回路对设计功能进行了阐述，实现了钻机姿态调整、钻孔、搅拌锚固剂、紧固托盘的手动控制功能与自动旋转、自动进给上升、自动进给下降和自动钻孔的自动化控制。现场应用表明，液压系统功能齐全，性能稳定，自动钻孔功能使用方便，提高了锚杆钻机液压控制系统的自动化水平。

关键词：
保压回路
卸压回路
自动钻孔
锚杆钻机
集成控制阀组
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锚杆支护能够快速对围岩产生初撑力,提高围岩抗压､抗剪强度,最大限度地减小巷道的收敛变形,是一种快速､安全､经济的巷道支护方式,也是目前应用最为广泛的一种巷道支护方式[1-2]｡锚杆钻机沿空间分布,可同时施工,降低支护对掘进总时间占比,提高支护效率[3-4],是短壁开采中巷道掘进的安全高效锚杆支护设备｡

锚杆钻机安装在锚护设备上,完成姿态调整､除尘控制､钻孔和锚固动作｡其性能的好坏直接影响锚护设备的效率,是高效快速掘进装备的重要环节｡锚杆钻机通过液压马达驱动旋转切削破岩,钻孔速度快､噪声小,工作稳定可靠,已被广泛应用[5-6]｡

1、锚杆钻机组成

模块化锚杆钻机如图1所示,由锚杆钻机和液压集成控制阀组组成,主要实现姿态调整､除尘控制､钻孔和锚固动作｡姿态调整包括前后摆动､左右摆动､侧移､接顶和夹钎动作;钻孔和锚固包括钻箱旋转和进给动作｡

图1模块化锚杆钻机

锚杆钻机主要由支撑柱､框架､滑架､左右长进给油缸､短进给油缸､导向连接板､钻箱等组成,如图2所示｡钻箱旋转实现切削钻孔､搅拌锚固剂､拧紧锚杆;进给油缸实现钻箱的推进;支撑柱实现钻机的接顶;通过前后摆动､左右摆动､侧移实现对钻机钻孔调整;夹钎实现护杆和辅助钻箱向下拖拽钻杆｡

图2锚杆钻机结构

锚杆钻机主要进行井下锚杆支护,工作频繁｡其支护流程:

①定位依据激光线,将锚杆钻机调整到合适位置,根据设计的锚杆间距,将要打锚杆的位置标记好,并在钻杆上标出钻进的深度,升起支撑柱可靠接顶;

②钻孔钻箱上装好钻杆进行钻孔,待钻杆钻入顶板到规定深度时,退出钻杆;

③安装锚固剂和锚杆;

④搅拌用钻箱推动锚杆搅拌锚固剂;

⑤紧固锚固剂凝固到规定时间后紧固;

⑥钻箱下降,恢复初始状态;

⑦完成紧固工序后使用盒尺和扭矩扳手检查锚杆是否合格｡

2、液压系统工作原理

锚杆钻机液压控制系统设计为液压集成控制阀组,集成程度高,尺寸小,根据锚杆钻车整车需要配备钻机的数量模块化配置｡锚杆钻机液压系统采用负载敏感开式变量系统,实现多个执行元件同时动作的无干扰控制[7]｡

钻机液压集成阀组原理如图3所示｡控制系统实现钻箱手动旋转､钻箱自动旋转､钻箱手动进给､钻箱自动进给､接顶控制､前后摆动控制､左右摆动控制､侧移控制和夹钎控制等功能｡集成阀组的高压油口P与整机液压系统高压油输出口连接,回油口T与整机油箱的回油块连接,泄油口R与整机油箱的泄油块连接,反馈口Ls与整机反馈阀组的反馈口连接,水口WP1与整机水口连接｡

液压系统控制实现钻孔自动化,钻箱自动旋转开启自动进给上升开启后,钻箱沿导轨自动进给上升,钻箱钻孔到规定深度后碰撞阀与上侧机械触头接触,液压油路切换,钻箱自动旋转停止,进给自动下降,钻箱下降到底后,液压油路切换,液压系统恢复到初始状态｡手动旋转控制阀､手动进给控制阀､支撑柱油缸控制阀､前后摆动控制阀､左右摆动控制阀､侧移控制阀和夹钎控制阀操作实现对应动作的控制｡

3、液压系统控制回路

(1)自动旋转回路

自动旋转回路由主回路1､保压回路1､卸压回路1､卸压回路2和卸压回路3组成｡

①主回路1由调速阀1.2和液控换向阀1.5组成｡自动旋转控制阀1.1操作后,高压油推动液控换向阀1.5换向,主回路1油路:高压油→调速阀1.2→液控换向阀1.5→钻箱马达A1口,实现钻箱马达动作旋转正转｡

②保压回路1由液控换向阀1.5､节流阀1.8､液控换向阀1.9､单向阀1.7组成｡保压回路1油路:液控换向阀1.5出油→节流阀1.8→液控换向阀1.9→单向阀1.7→液控换向阀1.5液控口,推动液控换向阀1.5换向｡

③卸压回路1由碰撞阀1.11､梭阀1.10､液控换向阀1.6､液控换向阀1.5组成｡卸压回路1油路:钻箱马达A1口→碰撞阀1.11→梭阀1.10→液控换向阀1.6→液控换向阀1.5液控口→集成阀组泄油口→油箱泄油口｡

④卸压回路2由手动换向阀3.1､梭阀1.10､液控换向阀1.6和液控换向阀1.5组成｡卸压回路2油路:高压油→手动换向阀3.1→梭阀1.10→液控换向阀1.6→液控换向阀1.5液控口→集成阀组泄油口→油箱泄油口｡

⑤卸压回路3由液控换向阀1.5和节流阀1.4组成｡卸压回路3油路:液控换向阀1.5控制口→节流阀1.4→集成阀组泄油口→油箱泄油口｡

图3液压集成阀组原理

(2)自动进给上升回路

自动进给上升回路由主回路2､保压回路2､卸压回路4和卸压回路5组成｡

①主回路2由调速阀4.11､减压阀4.12､液控换向阀4.4和平衡阀4.7组成｡自动旋转先开启,自动进给控制阀4.1操作后,高压油推动液控换向阀4.4换向,主回路2油路:高压油→调速阀4.11→减压阀4.12→液控换向阀4.4→平衡阀4.7→进给油缸无杆腔A2口,实现进给油缸自动进给上升｡

②保压回路2由液控换向阀4.4､液控换向阀4.6､单向阀4.5和液控换向阀4.3组成｡保压回路2油路:液控换向阀4.4出油→液控换向阀4.6→单向阀4.5→液控换向阀4.3→液控换向阀4.4液控口,推动液控换向阀4.4换向｡

③卸压回路4由碰撞阀1.11､梭阀1.10､液控换向阀1.6和液控换向阀4.3组成｡卸压回路4油路:钻箱马达A1口→碰撞阀1.11→梭阀1.10→液控换向阀1.6→液控换向阀4.4液控口→集成阀组泄油口→油箱泄油口｡

④卸压回路5由手动换向阀3.1､梭阀1.10､液控换向阀1.6和液控换向阀4.3组成｡卸压回路5油路:高压油→手动换向阀3.1→梭阀1.10→液控换向阀1.6→液控换向阀4.4液控口→集成阀组泄油口→油箱泄油口｡

(3)自动进给下降回路

自动进给下降回路由主回路3､保压回路3､卸压回路6和卸压回路7组成｡

①主回路3由调速阀4.13､液控换向阀4.14和平衡阀4.8组成｡自动旋转和自动进给完成后,碰撞阀与上侧机械触头接触,碰撞阀换向,液控换向阀1.6换向,液控换向阀1.5恢复初始位置,钻箱自动旋转停止,液控换向阀4.3和4.4恢复初始位置,进给自动上升停止,液控换向阀4.4换向,主回路3油路:高压油→调速阀4.13→液控换向阀4.14→平衡阀4.8→进给油缸有杆腔B2口,实现进给油缸自动进给下降｡

②保压回路3由液控换向阀4.14､节流阀4.16和单向阀4.15组成｡保压回路3油路:液控换向阀4.14出油→节流阀4.16→单向阀4.15→液控换向阀4.14液控口,推动液控换向阀4.14换向｡

③卸压回路6由液控换向阀4.14､节流阀4.16､顺序阀4.17､梭阀4.18和液控换向阀4.19组成｡卸压回路6油路:液控换向阀4.14出油→节流阀4.16→顺序阀4.17→梭阀4.18→液控换向阀4.19控制口→液控换向阀4.14液控口→集成阀组泄油口→油箱泄油口｡④卸压回路7由手动换向阀3.1､梭阀4.18､液控换向阀4.19和液控换向阀4.14组成｡卸压回路7油路:高压油→手动换向阀3.1→梭阀4.18→液控换向阀1.6→液控换向阀4.19控制口→液控换向阀4.14液控口→集成阀组泄油口→油箱泄油口｡

(4)手动旋转回路

手动旋转回路由调速阀1.2､减压阀2.2､手动旋转控制阀2.1和液控换向阀1.5组成｡手动旋转正转油路:高压油→调速阀1.2→减压阀2.2→手动旋转控制阀2.1→液控换向阀1.5→钻箱马达A1口,实现钻箱马达动作旋转正转｡手动旋转反转油路:高压油→调速阀1.2→减压阀2.2→手动旋转控制阀2.1→钻箱马达B1口,实现钻箱马达动作旋转反转｡

(5)手动进给回路

手动进给回路由手动进给控制阀5.1､平衡阀5.2和平衡阀5.3组成｡手动进给上升油路:高压油→手动进给控制阀5.1→平衡阀5.2→进给油缸无杆腔A2口,实现进给油缸手动进给上升｡手动进给下降油路:高压油→手动进给控制阀5.1→平衡阀5.3→进给油缸无杆腔B2口,实现进给油缸手动进给下降｡

(6)支撑柱回路

支撑柱回路由支撑柱控制阀6.1组成｡支撑柱上升油路:高压油→支撑柱控制阀6.1→支撑柱油缸无杆腔,实现支撑柱油缸上升｡支撑柱下降油路:高压油→支撑柱控制阀6.1→支撑柱油缸有杆腔,实现支撑柱油缸下降｡

(7)前后摆动回路

前后摆动回路由前后摆动控制阀7.1组成｡前后摆动伸出油路:高压油→前后摆动控制阀7.1→前后摆动油缸无杆腔,实现前后摆动油缸伸出｡前后摆动缩回油路:高压油→前后摆动控制阀7.1→前后摆动油缸有杆腔,实现前后摆动油缸缩回｡

(8)左右摆动回路

左右摆动回路由左右摆动控制阀8.1组成｡左右摆动伸出油路:高压油→左右摆动控制阀8.1→左右摆动油缸无杆腔,实现左右摆动油缸伸出｡左右摆动缩回油路:高压油→左右摆动控制阀8.1→左右摆动油缸有杆腔,实现左右摆动油缸缩回｡

(9)侧移回路

侧移回路由侧移控制阀9.1组成｡侧移伸出油路:高压油→侧移控制阀9.1→侧移油缸无杆腔,实现侧移油缸伸出｡侧移缩回油路:高压油→侧移控制阀9.1→侧移油缸有杆腔,实现侧移油缸缩回｡

(10)夹钎回路

夹钎回路由夹钎控制阀10.1组成｡夹钎伸出油路:高压油→夹钎控制阀10.1→夹钎油缸无杆腔,实现夹钎油缸伸出｡夹钎缩回油路:高压油→夹钎控制阀10.1→夹钎油缸有杆腔,实现夹钎油缸缩回｡

(11)反馈回路

反馈回路由单向阀2.5､单向阀2.6､单向阀4.9､单向阀4.10､单向阀5.4､单向阀5.5､单向阀6.2､单向阀6.3､单向阀7.2､单向阀7.3､单向阀8.2､单向阀8.3､单向阀9.2､单向阀9.3､单向阀10.2､单向阀10.3组成｡反馈油路:最高压力高压油→对应油路单向阀→反馈口Ls,实现取出最高压力信号反馈给整机液压泵｡

4、结语

设计了锚杆钻机集成控制阀组液压系统,控制回路包括自动旋转回路､自动进给上升回路､自动进给下降回路､手动旋转回路､手动进给回路､支撑柱回路､前后摆动回路､左右摆动回路､侧移回路､夹钎回路､反馈回路,实现钻机支撑柱接顶､左右摆动､前后摆动､侧移､夹钎､自动旋转､自动进给､手动旋转､手动进给动作,完成自动钻孔､搅拌锚固剂､紧固锚杆等锚杆支护全流程,实现钻孔自动化｡现场锚杆钻机液压集成控制阀组使用效果良好,自动钻孔使用方便,1名司机可同时操作2台钻机,降低了劳动强度,提高了支护效率｡

参考文献:

[1]王金华.我国煤巷锚杆支护技术的新发展[J].煤炭学报,2007(2):113-118.

[2]雷煌.履带行走式锚杆钻车的研制[J].煤炭科学技术,2008(8):75-79.

[3]王虹,王建利,张小峰.掘锚一体化高效掘进理论与技术[J].煤炭学报,2020,45(6):2021-2030.

[4]张彦禄,王步康,张小峰,等.我国连续采煤机短壁机械化开采技术发展40a与展望[J].煤炭学报,2021,46(1):86-99.

[5]何满潮,袁和生,靖洪文,等.中国煤矿锚杆支护理论与实践[M].北京:科学出版社,2004.

[6]姚向荣.煤矿钻探工艺与安全[M].北京:冶金工业出版社,2012.

[7]丁永成.开式变量泵在CMM25-4锚杆钻机中的应用[J].煤矿机械,2010,31(4):170-172.

文章来源:左岗永.锚杆钻机集成控制阀组液压系统设计[J].煤矿机械,2025,46(04):5-8.