锚索自动加工生产线的研制与应用

刘建荣，刘宝开，张德军，陈洪利，李金飞

（内蒙古上海庙矿业有限责任公司，鄂托克前旗 016215）

内蒙古上海庙矿区属于富水软岩地质条件，其支护方式为“锚网喷+锚索+单层钢筋网反底拱+钢筋混凝土碹+壁后注浆”[2]，锚索作为煤矿巷道支护的主要材料，每年榆树井煤矿与新上海一号煤矿每年约需6万套锚索，内蒙古德信矿业技术服务有限责任公司承担矿区的锚索加工任务，为实现锚索加工的自动化、高效化，特研制了锚索自动化加工生产线。

1 锚索自动加工生产线研制前状况

锚索作为矿井巷道支护的主要材料，特别是上海庙矿区又是富水软岩地质条件，锚索的长度一般不低于7米，原材料采用φ17.8mm的钢绞线进行加工，平均每根重量约12kg，在加工时需要人工将钢绞线拽出，工人使用尺子量好尺寸后，使用砂轮机人工切割、人工搬运。传统的锚索加工存在工人劳动强度大、产品加工尺寸不标准、切割片崩碎与钢绞线弹出伤人等安全隐患、加工效率低、加工成本高等问题。

2 锚索自动加工生产线研制的原因

为解决这类问题，德信公司技术人员通过考察调研，研制出全自动化锚索加工装置，通过加工具有防护罩的钢绞线转盘、加工钢绞线自动传输装置、改造砂轮切割系统、加工成品锚索导料装置、研制气动动力系统、研制电气控制系统，形成整套锚索全自动加工装置，实现自动上料、自动切割、精确控制、自动导料、自动计数等功能。

3 系统简介

3.1 系统结构示意图

图1 锚索自动加工生产线结构示意图

说明：锚索自动加工生产线由钢绞线转盘、钢绞线自动输送装置、自动切割装置、锚索导料装置、压风动力系统、电气控制系统六部分组成。

3.2 工艺路线图

图2 工艺路线图

4 主要结构设计

4.1 钢绞线转盘

为保证钢绞线转盘的强度及稳定性，底托盘采用厚8mm切割成直径1000mm的双层圆形钢板，两层钢板间的立柱根据上料最大重量使用Φ89mm高200mm焊管进行支撑，其中顶层钢板中间留取Φ108mm直托辊的卡槽。

顶部使用Φ12mm圆钢焊接成直径1000mm圆形，转动装置采用Φ108mm托辊，外部使用6根Φ12mm圆钢焊接形成防弹防护罩，其中底托盘钢板按照防弹防护罩圆钢的焊接间距，焊接6个Φ16mm高度100mm圆管，便于防弹防护罩的拆卸，以便叉车上料。见下图：

图3 钢绞线转盘结构示意图

4.2 钢绞线自动输送装置

采用电机及减速器作为钢绞线拉线的动力来源，顶部采用与钢绞线直径相匹配的齿轮作为压线装置防止钢绞线弹出，根据所需加工的长度、电机的运行速度、限位开关等，由时间继电器进行控制电机的启动，拉至规定长度至导料装置，输送电机自动停止（见图2）。

4.3 自动切割装置

改造砂轮切割机，在砂轮切割机的手柄上安装气缸，当钢绞线拉至规定长度后，输送电机停止，气缸收缩，将砂轮机手柄下拉，实现自动切割，切割时间设定在10-40秒进行设定，如设定40秒，超过40秒未切割完成，系统提示故障停机。切割完成后，气缸复位，等待下一次动作（见图1）。

4.4 锚索导料装置

锚索切割加工完成后，导料装置收到信号后，底部两气缸同时伸长，将锚索卸至底部储存位置后，气缸复位，等待下一次动作（见图1）。

4.5 压风动力系统

锚索自动加工生产线的切割、导料均使用压风动力系统，使用电磁换向阀控制气缸进行收缩控制，完成切割、导料[1]。

4.6 电气控制系统

本着实用简单的原则，电气控制系统由PLC控制程序、触摸屏、编码器、时间继电器、交流接触器、电压表、电流表、压力表、空气开关等电气开关组成，采用36V控制电压，由一组启停按钮进行控制[1]。

控制柜上初始界面显示“内蒙古上海庙矿业有限责任公司锚索加工生产线控制系统”字样，右下角有“进入”字样，点击后进入工作界面（见图4）。

窗口界面显示手动/自动、启动、切割、导料、复位、急停、设置按钮，右上角显示运行/故障状态显示，中部有设定长度、加工根数设定，下部有实际长度、实际根数数据显示功能，具有正在运行、正在送料、正在切割、正在导料、自动工作、手动工作状态显示功能。

工作流程（手动状态）：开机后点击自动/手动按钮，状态栏显示手动工作后，设定锚索加工长度，点击启动，点击送料，当实际长度达到设定长度后，输送装置停止，点击切割按钮，进行切割，切割后点击导料按钮，锚索自动导向储存位置，加工的实际数量在界面显示。

工作流程（自动状态）：开机后点击自动/手动按钮，状态栏显示自动工作后，设定锚索加工长度，设定加工根数，点击启动，生产线自动运行，当出现故障后，右上角界面显示故障，处理后点击启动系统按原设计方案自动运行，也可点击复位功能进行重新设定。

图4 加工生产线控制界面

5 关键技术创新点

能耗低，钢绞线转盘装置采用机械转盘设计，使用时无能耗；整条生产线功率为4.5kW。

结构简单实用、操作方便，生产线总长约10米，占地空间少，能够实现自动上料、自动切割、自动导料等功能，各组件可拆卸，维护维修简单。

整条生产线1人操作，对操作人员技术要求较低，研制前需要3人协同每小时平均加工30根，生产线使用后1人每小时平均加工60根，人均工效提升6倍。

6 结语

锚索自动加工生产线自投入德信公司使用后，性能稳定可靠、生产效率大幅提升，实现了快速、高效生产锚索，降低了生产成本，同时实现全过程的安全生产。

[1] 张竹康，刘俊峰，战仕发.数控全自动锚索切割机的研制[J].广西轻工业，2008，4；33-34.

[2] 夏宇君，张海亮，郭磊等.富水软岩大断面巷道支护工艺[J].建井技术，2014，35（3）：4-6.