МИНИСТЕРСТВО ОБРАЗОВАНИЯ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ

Магнитогорский государственный технический университет им. Г.И. Носова

Кафедра механизации и электрификации горных производств

Манипуляторы бурильных установок

Методические указания к лабораторной работе по курсу “Горные машины и оборудование подземных разработок” для студентов спец. 1701

Магнитогорск

2003

Составители: В.С. Великанов

Гуров М. Ю.

Манипуляторы бурильных установок: Методические указания к лабораторным работам по курсу “ Горные машины и оборудование подземных разработок” для студентов спец. 1701. Магнитогорск. МГТУ, 2003. 22с.

В методических указаниях рассмотрены конструкция манипуляторов бурильных установок

Рецензент: к.т.н

доц., каф. ПРМПИ Э.Ю. Мещеряков

Лабораторная работа №3

Манипуляторы бурильных установок

Цель работы: Рассмотреть конструкции манипуляторов шахтных бурильных установок.

1. Классификация манипуляторов

Манипуляторы явля­ются составной частью шахтной бурильной установки, предназначенные для перемещения бурильной машины в пространстве и ее фиксации в нужном месте забоя в положении для бурения шпура.

Манипуляторы крепятся к ходовой раме установки неподвижно или могут перемещаться по ней. Переме­щение манипуляторов может производиться вдоль рамы установки или в плоскости, перпендикулярной к оси рамы.

Основными элементами современных манипуляторов являются: основание, стрела и позиционер. Основание служит для крепления манипулятора к раме установки. Стрела позволяет устанавливать бурильную машину в различной части забоя выработки. Позиционер слу­жит для крепления бурильной машины на манипуля­торе, придания ей нужного направления при бурении, а также для раскрепления ее в забое.

В качестве привода манипуляторов служат гидрав­лические цилиндры, пневматические цилиндры или дви­гатели с червячными редукторами или винтами. Неоспо­римым преимуществом гидроприводов является быстро­та действия, жесткость установки элементов манипуля­тора и малые размеры.

К современным манипуляторам предъявляются сле­дующие требования:

быстрое перемещение и надежное закрепление бурильной машины в положении для буре­ния; обеспечение автоматического сохранения параллельности бурильной машины в процессе манипуляций;

возможность бурения наклонных шпуров в диапазоне углов, определяемых технологическими требованиями;

возможность бурения оконтуривающих шпуров с мини­мальными углами наклона (до 5°) к оси выработки.

Поскольку положение тела в пространстве опреде­ляется шестью координатами, число степеней свободы и, следовательно, число приводов в манипуляторах должно быть таким же.

В некоторых манипуляторах число приводов может быть меньше, но технологические возможности таких манипуляторов ограничены бурением шпуров в опреде­ленных направлениях.

Манипулятор должен обеспечить следующие движе­ния бурильной машины:

перемещение по горизонтали;

перемещение по вертикали;

изменение угловой координаты оси инструмента в вертикальной плоскости (наклон бурильной машины);

изменение угловой координаты оси инструмента в горизонтальной плоскости (поворот бурильной машины);

перемещение бурильной машины на забой (надвигание и распор);

вращение бурильной машины, при котором она обра­щается к стенке выработки своим наименьшим габари­том, с целью максимального приближения оси шпура к контуру выработки.

Приводы манипуляторов, обеспечивающие эти дви­жения, могут быть разбиты на четыре группы: приводы надвигания (движение бурильной машины на забой), приводы поворота, приводы наклона и приводы вра­щения.

Анализ конструктивных схем манипуляторов различ­ных типов показал, что на их технологические свойства влияют следующие конструктивные признаки, которые должны быть приняты в качестве классификационных:

расположение в кинематической цепи манипулятора при­водов, осуществляющих их основные движения; взаим­ное расположение стрелы и бурильной машины; степень автоматизации управления.

Таким образом, классификация манипуляторов бу­рильных установок должна охватывать три классифи­кационных признака, причем по каждому признаку возможно несколько вариантов исполнения.

Известно большое количество конструктивных схем манипуляторов, в которых реализованы различные ком­бинации признаков и их исполнений. В целях класси­фикации всего существующего многообразия схем вве­дем для каждого варианта схемы классификационный шифр, состоящий из буквенных обозначений признаков и цифровых обозначений варианта его исполнения Варианты исполнения приводов принимаются по табл. 2.1. Если в схеме манипулятора какой-либо привод отсут­ствует, то в шифре отсутствует и обозначение этого привода. В случаях, когда перемещение осуществляется двумя и более приводами, в шифре указываются номера расположения каждого из них, при этом число цифр в шифре соответствует числу приводов в манипуляторе.

Взаимное расположение стрелы и податчика буриль­ной машины при расположении бурильной машины в одной вертикальной плоскости с осью стрелы мани­пулятора обозначим Б1, а при консольном расположе­нии бурильной машины относительно стрелы — Б2

Таблица 1.

Привод, шифр		Расположение привода в кинематической схеме манипулятора		Схема расположения привода
Надвигание бурильной ма­шины и распор, Н		Между основанием и ходовой частью установки
		В стреле (телескопичес-кая стрела)
		Между позиционером и податчиком
Поворот стрелы и буриль­ной машины, П		Между основанием и стрелой
Продолжение табл. 1
		В позиционере стрелы
		В кронштейне стрелы (в ма­нипуляторах типа «Вращающая­ся стрела»)
Наклон стрелы бурильной машины, У	Между основанием (кронш­тейном) и стрелой
	В позиционере стрелы
Вращение бурильной ма­шины, В	Между основанием и стрелой
Окончание табл. 1
	В стреле
	Между податчиком и стрелой (в позиционере)

По степени автоматизации управления приводами манипуляторы подразделяются на четыре типа: А1 — раздельное управление всеми приводами; А2—автома­тическое согласование работы приводов обеспечивает параллельное перемещение бурильной машины в одной плоскости; A3—автоматическое согласование работы приводов обеспечивает параллельное перемещение бу­рильной машины в двух плоскостях, А4 — автоматиза­ция степени A3 и автоматическое согласование работы привода, обеспечивающее компенсацию отхода буриль­ной машины от забоя.

Классификационные шифры различных типов мани­пуляторов приведены ниже при их описании.

По технологическим свойствам манипуляторы бу­рильных установок подразделяются на специализиро­ванные и универсальные. Первые предназначаются для бурения в ограниченной зоне. Они имеют меньшее число приводов и проще по конструкции. Применяются для обуривания фронтальных забоев, главным образом при проведении подготовительных выработок и тоннелей. Универсальные манипуляторы имеют большее число при­водов и позволяют обуривать фронтально — радиальное расположение шпуров.

Манипуляторы типа H1 предусматривают наличие тележки, на которой укреплено основание стрелы. Те­лежка служит для передвижения манипулятора Устрой­ство получается громоздким. Несколько лучше манипуляторы типа Н2 с телескопической стрелой Надвигание здесь осуществляется под углом к направлению бурения, причем в процессе надвигания также происходит изменение высоты расположения бурильной маши­ны. Это усложняет наведение ее на заданное для буре­ния место в забое.

Наиболее простыми и надежными являются манипу­ляторы типа НЗ, у которых компенсация отхода осуще­ствляется надвиганием бурильной машины в направле­нии оси бурения с помощью гидроцилиндра, расположенного на позиционере. Достоинством этих манипуляторов является также возможность использования механизма надвигания для распора податчика. Известны манипу­ляторы типа Н23, в которых объединена телескопи­ческая стрела с цилиндром надвигания бурильной машины. Эта схема применяется для обуривания высоких забоев.

Поворот стрелы манипулятора в горизонтальной плоскости осуществляется чаще всего с помощью гидро­цилиндров. Наибольшее распространение получили ма­нипуляторы типа П12, которые позволяют обуривать большую зону по ширине, а также располагать шпуры под значительными углами к плоскости забоя Наклон стрелы в вертикальной плоскости (подъем и опускание) производится с помощью цилиндра подъема стрелы Одновременно действует и гидроцилиндр наклона по датчика, чтобы сохранить параллельность бурения шпу­ров. Иногда ставят два цилиндра, тогда стрела шифрует­ся У22.

Вращение бурильной машины осуществляется по трем схемам. Вращение манипулятора относительно горизон­тальной оси, параллельной продольной оси установки типа В1, имеет наибольшее распространение. Достоин­ством этого типа манипуляторов является простота кон­струкции, большая зона бурения круговой формы, возможность обеспечения минимальных углов наклона оконтуривающих шпуров, упрощенное управление. Недостатком манипуляторов типа В1 является ограни­ченные возможности обуривания кровли выработок, а также обуривания забоя наклонными шпурами.

Часто вращатель встраивают в стрелу манипулятора (тип В2). Вращение бурильной машины в этом случае производится относительно оси стрелы, располагаемой, как правило, под большим углом к оси бурения. При ра­боте вращателя нарушается параллельность податчика исходному положению, что требует выполнения допол­нительных маневров при наведении на шпур.

Манипуляторы типа ВЗ имеют ось вращения, па­раллельную оси бурения, и лишены недостатков, отме­ченных у манипуляторов типа В2. Их недостатком является расположение вращателя на конце стрелы, что снижает устойчивость установок.

Взаимное расположение податчика и стрелы шифру­ется Б1 и Б2. Схема типа Б1 (расположение податчика в одной плоскости с осью стрелы) широко применяется в манипуляторах, оснащенных вращателями (В1, В2, ВЗ), поскольку при отсутствии вращателя становится недоступной зона почвенных шпуров. При консольном расположении податчика относительно стрелы (тип Б2) зона обуривания не охватывает шпуры, находящиеся со стороны податчика. В связи с этим манипуляторы типа Б2 при отсутствии вращателя применяются в паре с правым и левым исполнением. Поскольку стрела не по­ворачивается, нижние шпуры бурятся при относительном большом угле к почве выработки.

Системы автоматизации управления разделены на че­тыре типа. Каждый последующий имеет более высокий уровень автоматизации и, следовательно, более сложную и дорогую систему управления. Манипуляторы типа А4 позволяют производить движения податчиком с мини­мальными затратами времени. Это особенно важно при бурении слабых пород, когда время бурения одного шпура составляет 20—30 с. В этом случае применяют совершенные системы автоматизации, в том числе снабженные системой автоматического программного выполнения паспорта буровзрывных работ. Манипуляторы типа А4 пока еще известны лишь в виде экспериментальных образцов.