大功率多功能电动钻机的研制

□ 赵俊民

洛阳豪智机械有限公司 河南洛阳471125

1 研究背景

目前我国生产的适合矿山煤矿行业使用的钻机均是小功率钻机，所能够钻孔的直径也比较小，由于动力较小，所以工作效率低［1］，影响了我国目前煤矿开采的速度，因而急需研制一种大功率、高效率、操作简单、噪声小、使用方便的钻机装备。实施后，不仅能替代进口，而且能出口创汇，项目开发的社会经济效益十分显著。

这一大功率多功能电动钻机适用于钻凿岩石爆破孔、高速公路路基钻排水孔、城市高大建筑物基坑支护中钻土钉孔、房屋和厂房的地基基础加固注浆孔、物理勘探中的爆破孔，以及铁路、公路、桥梁、水库、山体边坡支护中钻锚杆孔等［2］。这一大功率多功能电动钻机尤其适用于开凿大孔、深孔，与功率相当的其它类型钻机相比，不但具有质量轻、便于搬移和架空作业的优势，还具有如下功能特点［3］。

（1）钻机具有两种钻进速度，即快速推进和慢速推进，钻软煤层时可用快速推进，提高效率；对于岩石钻进时可用慢速推进速度，保证钻孔质量。

（2）钻机可用钻架配合，实现水平向前，倾斜向上、向下钻孔。

（3）采用水排粉（湿式钻孔），避免粉尘飞扬，延长钻头使用寿命。

（4）钻机在作业中，只需操纵手轮，钻机就可自行推进和快速退回。

（5）钻机配备了瓦斯传感器［4］，在煤矿作业时，当遇到瓦斯超标时能够发出警报，安全性高。

2 主要研究内容

这一大功率多功能电动钻机综合了目前国内电动钻机的总体结构型式和结构优点，对电动钻机的几个主要部件进行了优化设计，改变了目前系列岩石电动钻机在整体式减速箱设计中存在的传动轴较长、刚性差，以及需要在长壳体内设置中间支撑件的弊端。通过反复进行分析研究和计算，最终采用分体式减速箱机构，这种机构可以使壳体的加工难度降低，便于维修。同时这一大功率多功能电动钻机还采用了双排套筒滚子链条的技术方案，改善了以前电动钻机单排套筒滚子链条传动不稳定的缺点，使这一大功率多功能电动钻机的结构得到优化，各项性能更加稳定。由于目前系列岩石电动钻机全部采用的是单排套筒滚子链条［5］，对推进力较小的钻机这一结构尚可使用。对于推进力较大的大功率电动钻机，这一结构所占空间就过大。针对大功率电动钻机存在的以上问题，笔者研制的大功率多功能电动钻机采用分体结构及双排套筒滚子链条等技术方案，解决了壳体的加工及维修难度和空间不足的限制。

3 主要性能指标

大功率多功能电动钻机主要性能指标见表1。

表1 大功率多功能电动钻机主要性能指标

4 结构及传动原理

大功率多功能电动钻机主要由电动机、两级减速箱、导轨等机构组成［6］。电动机和减速箱组成一体称为主机，主机上的链轮与固定在导轨上的链条啮合，实现电动钻机的前进和后退。通过调整变速箱背部的变速机构，可选择最适合掘进层的凿速。

4.1 结构

（1）主机在导轨上的运行方式。主机部分与导轨部件的连接机构形式如图1所示，导轨由两根槽钢和连接销焊接而成，前端固定有钻杆支承座和链条挂钩，后端有可调节链条张紧力的螺杆。

▲图1 主机部分与导轨部件的连接机构形式

（2）轴承及润滑方式。主轴、单头蜗杆和双头蜗杆轴各部位轴承和减速箱内转动件的润滑均采用3号锂基脂润滑，减速箱内的加油量为其空腔容积的三分之二。

（3）供水装置。大功率多功能电动钻机主轴前端固定有供水座，压力水通过阀门和主轴水孔及空心钻杆，由钻头出水孔进入孔底，排冲岩渣。

4.2 传动原理

传动系统结构如图2所示。减速箱主要有三根输出轴［7］，一根带动装有钻杆的主轴旋转，另外两根是对称分布的蜗杆轴。电动机通过双头蜗杆蜗轮系统和摩擦片式离合器，驱动链轮旋转，实现大功率多功能电动钻机的快速退回。电动机通过单头蜗杆蜗轮系统和摩擦片式离合器，驱动链轮旋转，使大功率多功能电动钻机自动钻进。转动手轮，改变单头蜗杆上双联齿轮Z6、Z8啮合位置，可实现两种钻进速度的互换。

5 使用方法及注意事项

5.1 使用方法

（1）根据工作面的高度、宽度及岩石孔的排列，确定大功率多功能电动钻机架设位置。

（2）先将链条安装在主机上（图3），然后将大功率多功能电动钻机安装在导轨上，链条两端固定在导轨上，并调整导轨后端的螺杆，使链条获得一定张紧力，再将导轨固定，在各滑动面添加润滑油后，即可进行钻孔操作。

（3）钻孔前，将手轮调到空档位置，空运转5 min，确认大功率多功能电动钻机无异常现象，并且在主轴旋转方向与减速箱上箭头方向一致时，再装上钻杆、钻头，接通水源。

（4）在开钻时，将手轮按箭头方向缓慢旋转，轻轻接上离合器。当钻头体全部进入岩石后，再使离合器完全啮合正常钻进。当钻到所需深度时，应反向转动手轮。停止钻进后，再按箭头反向旋转手轮，主机迅速退回，然后将手轮转到空档位置，再停机进行拆卸钻杆。

（5）钻杆在连接前，钻杆螺纹部分应将表面清理干净并涂上黄油，以便于拆卸。钻杆的装拆使用随机配备的管钳操作。

（6）水源流量为30 L/min， 压力为0.3～0.4 MPa，可直接与自来水管接通，也可利用水位差供水；在钻煤层深孔时，水源流量为45～50 L/min。

5.2 注意事项

（1）大功率多功能电动钻机使用时应连接具有良好漏电保护性能的综保装置，每班工作前检查漏电保护性能及电机绝缘状况，严禁电机在漏电状态下工作［8］。

（2）操作人员须熟悉大功率多功能电动钻机的性能、结构、操作方法及一般安全事项［9］。

（3）操作人员必须穿绝缘鞋，带绝缘手套。

（4）新的大功率多功能电动钻机使用4 h后，应调整单头、双头蜗杆前后轴承间隙。

（5）通过松开图4中的M14螺母，拧紧M14螺钉，顶紧轴承外圈，使轴承间隙变小，反之松开M14螺钉，紧固M14螺母，使轴承间隙变大，实现轴承间隙的调整。

（6）大功率多功能电动钻机的安装必须牢固。

（7）使用的钻头应是锐利的，在使用过程中必须严格执行先供水、后开钻。

▲图4 调整轴承间隙示意图

（8）在钻较硬岩石时，应采用低速钻进；在钻煤层、软岩石时可采用高速钻进。大功率多功能电动钻机需变速时，必须先停机，然后转动手轮来实现变速。

（9）在钻孔时严禁操作手轮反转，避免钻杆连接处螺纹的松动，造成钻杆掉入孔中 。

（10）在钻孔中，若突然发生钻杆被卡或钻杆弯曲，应立即松开离合器，退回钻杆，检查钻头是否有崩片或刃口磨损过大等情况，以决定是否更换钻头。若遇局部硬岩层时，亦可操作离合器缓慢推进。

（11）大功率多功能电动钻机应在电动机额定电流下使用，长期超负荷使用容易损坏机件，烧毁电动机［10］。

（12）发生下列情况时应禁止使用：①减速箱内声音不正常，如有碰击声等；②电动机运转声音不正常，如发生有尖叫声等；③在煤矿井下作业时，若瓦斯超标，瓦斯探测系统发出警报时。

（13）不要在工作现场拆开大功率多功能电动钻机。

（14）大功率多功能电动钻机每钻进约200 m时，需要打开减速箱体上的加油孔，补充适量锂基润滑脂。

6 结束语

笔者研制的大功率多功能电动钻机经客户使用，普遍反映良好，深受中小型煤矿作业者的欢迎。