大型竖井钻机井架的设计

第

３４卷　２００６年第

２期

３

１

Mining & Processing Equipment

３

１

采

掘

随着

煤

炭工业

的需求，矿井建设正朝着大型

化、自动化方向发展，地表煤或易采煤矿建

设已告一段落，新开发煤矿均为深井开采，钻井直径

大、深度深。因此说，新一代大型竖井钻机的开发十

分必要，其投入产出比高，经济效益和社会效益均十

分明显。大型竖井钻机不仅用于钻凿煤矿竖井，而且

还可钻凿其它矿山　（有色、黑色、非金属矿）　竖井及铁

路公路桥梁、水利水电工程、港口工程基础的桩孔

（井）　等，通过承揽上述工程，也能给承建单位带来可

观的直接经济效益。

１竖井钻机性能参数

竖井钻机的主要性能参数

见表　１。

２结构特点

该钻机井架形如　Ａ　字　（如

图　１），采用四柱塔架结构，它由　４　条腿及与腿呈刚性

连接的二层平台、井架顶梁和行走机构组成，井架腿

由　３　根钢管焊接成空间桁架结构　（其横截面为等边三

角形）。井架两前腿与行走架的支座为绞接，两后腿

与行走架为法兰固定联接。井架用于支撑游动系统部

件的重量，并在钻进过程中承受钻具的全部重量。井

架能自行移动，与龙门吊同一轨道。死绳装置安装于

二层平台上。

该竖井钻机是以井架吊挂，转盘传扭，全断面分

级扩孔，减压钻进，压气提升反循环洗井的钻井方式

工作。

为了降低井架的高度和跨度，同时为了方便龙门

吊到达井心进行起下钻头作业，将井架设计为可移动

式，与龙门吊为同一轨道，轨距为　１８　ｍ。当钻机正

常钻进时，井架与井口基础地梁用螺栓固定为不可移

动，当仅仅检查钻头时，可不移动井架，而利用钻杆

行车上的　２５　ｔ　电动葫芦，将转盘吊起移到井架右侧的

井架行走梁上，在让开井口后，由气动抱钩提升钻头

来实现检查钻头的目的。仅在更换钻头滚刀时，才将

井架向后移动　１４　ｍ，将井心空间让位于龙门吊，使

其吊运钻具。

３力学计算分析

因该竖井钻机钻孔能力及总体运转方式国内都是

创新设计，井架需解决的问题为：

（１）　为了降低井架的高度，而又不影响龙门吊的

作业，采用井架移动轨道与龙门吊同一轨道，为使井

架移动平稳，要求移动速度控制在　１　ｍ／　ｍｉｎ　以内；

（２）　井架两侧行走电机要保持同步；

（３）　由于井架为

Ａ　字形，传给底座

有一向外的侧向分

力，在井架结构设

计时应尽量减小其

侧向分力的不利影

响；

（４）　井架移动前

应谨慎地将井架　４

点同时顶起，让轮

子分担井架的重

量。

为提高该钻机

井架的设计和制造

质量，对该井架进

行了以下力学计算

分析，以改进设计。

３．１模型简化

该钻机井架腿由

３　根钢管焊接成空间

桁架结构　（其横截面为

等边三角形），因此，

井架　４　条腿采用梁单

元，与井架腿呈刚性

连接的二层平台、井

架顶梁采用　４　节点四

边形板单元，如图　２

所示。

３．２边界条件

简化

井架两前腿约束

为铰接，两后腿约束

论文编号：１００１－３９５４（２００６）０２－００３１－３２

大型竖井钻机井架的设计

张东晓１金汝砺２康清华２

１洛阳工业高等专科学校河南洛阳４７１０３９

２洛阳矿山机械工程设计研究院

图２

图３

钻孔最大直径　（ｍ）

钻井最大深度　（ｍ）

转盘扭矩　（ｋＮ・ｍ）

最大提吊重量　（ｋＮ）

φ １２

８００

５００

６　３７６

表１

图１

大型竖井钻机井架的设计

第３４卷　２００６年第２期３２Mining & Processing Equipment

３２

采掘

切

割减速器是悬臂式掘进机的核心传动件，其主要作用是传递切割功率给切割头破落煤

岩，其传递功率超过总功率的　５０％　以上。ＥＢＺ－１１０矮型悬臂式半煤岩掘进机是为适应薄煤层中小采准巷道的施工要求而新设计开发的，其外形尺寸为长×宽×高　＝　８．７　ｍ×２．１　ｍ×１．３７　ｍ，重量　３５　ｔ，总功率　１８７ｋＷ，切割功率　１１０　ｋＷ，为满足总体要求，切割减速器不能承受切割机构摆动弯矩，为保证足够卧底量，其外径必须控制在　φ ５００　ｍｍ　以内。为此采用　２　级２Ｋ－Ｈ　行星负号机构串联减速，太阳轮和行星轮双浮动，很好地满足了上述要求。

１

基本参数与要求

（１）　传递功率按　１１０　ｋＷ　计算，输入转速　１　４７０ｒ／　ｍｉｎ。

（２）　根据总体设计要求，切割头输出转速为　４４ｒ／　ｍｉｎ，总速比为　３３．２２８。

（３）　齿轮、轴承计算寿命不少于　１　０００　ｈ。（４）　行星机构外径控制在　φ ５００　ｍｍ　以内，以保证切割机构有足够的卧底量。

２结构简介

如图　１，太阳轮　１８、行星轮　１２　和行星轮架　１０　组成第一级行星轮系，传动比为　７．８，模数为　４；太阳轮　６、行星轮　８　和行星轮架　４　组成第二级行星轮系，传动比为　４．２６，模数为　４．５；切割电机动力通过输入轴　１５，传递到第一级行星轮系、第二级行星轮系，最

后由输出轴　１　传递给切割头破落煤岩。

３行星轮系均载方法

两级行星轮系均为　２Ｋ－Ｈ　负号传动，第一级采用３　个行星轮，第二级采用　５　个行星轮进行功率分流，

以缩小行星头直径。两级浮动原理相同，太阳轮与行星架在径向和轴向均留有适当间隙，太阳轮与行星架同时浮动，以补偿零部件制造、装配误差以及构件在

论文编号：１００１－３９５４（２００６）０２－００３２－３３

矮型悬臂式半煤岩掘进机

切割减速器研制

惠本利１

李辉杰２

１　

神华集团神府东胜煤炭有限责任公司榆家梁煤矿

陕西神木

７１９３１６

２

天地科技股份有限公司

１．　输出轴２．　输出轴轴承３．　左轴承座４．　二级行星架５．　内齿圈６．　二级太阳轮７．　二级行星轮轴承８．二级行星轮９．　大挡圈１０．一级行星架１１．　一级行星轮轴承１２． 一级行星轮１３．　冷却水接头１４．　输入轴轴承１５．　输入轴１６．　右轴承座１７．小挡圈１８．　一级太阳轮

图１

为固接；在二层平台

上安装死绳装置处沿绳的作用方向施加拉力；井架梁下的天车的立板处施加游动系统部件与钻具的全部重量计　６５０　ｔ；同时施加来自绞车卷筒上的拉力。

３．３计算结果

经计算分析，得到机架井架梁处的最大应力为　１０３　ＭＰａ，作用在井架腿与井架梁连接部位；二层平

图

４

台处的最大应力为　９０　ＭＰａ，作用在二层平台固定死绳的部位；井架腿组成的桁架结构最大应力为　１４０ＭＰａ，作用在井架腿与二层平台连接部位。

４结论

根据计算结果，井架各部位均满足强度要求。由于井架为　Ａ　字形，传给底座有一向外的侧向分力，行走车轮因在外向分力的作用下，导致井架向外走偏，在井架结构设计时应尽量减小其侧向分力，并加装导向轮。在现场已将行走梁加高　４８０　ｍｍ，并加装　８　组导向轮后效果显著；井架二层平台的死绳座处应用槽钢加强刚度。□

（收稿日期：２００５－０９－０１）

d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c d c 矮型悬臂式半煤岩掘进机切割减速器研制