（机械工程专业论文）新型液压凿岩机性能分析及其在铁矿生产中的应用探讨.pdf

东北大学硕士学位论文 新型液压凿差湖性能：分析及其在铁矿生产中的应用挢对 摘要 液压凿岩机是七十年代开始生产并得到应用的新类型凿压机，这种凿岩机 一出现就受到各国采矿界的重视，它的研制成功是凿岩技术上的项重大革 新。 本文首先以液压凿岩机的出现背景和各企业的研制结果为线索概述了其 在国内外的发展状况，并较详细介绍了当前的主要生产厂家及其产品。另外对 液压凿岩机的类型及工作原理也进行了讨论。 然后，分析了国产的y y g 8 0 液压凿岩机的主要特点和工作原理，对 y y g 8 0 液压凿岩机在铁矿井下工业试验的情况进行统计分柝，对液压凿岩机 试验期间主要零部件磨损情况及结构改造方面进行了阐述，以及对矿山自制的 与y y g 8 0 液压凿岩机配套使用的钎尾使用情况进行了分析。得出结论，y y g 8 0 液压凿岩机可以适用于铁矿井下使用。 另外，本课题还对东北大学先进制造技术研究所研制的y y t 3 0 液压凿岩 机的主要性能参数( 即：冲击能量、冲击频率、冲击速度及冲击时间、配油阀 运动行程、活塞与缸体之间间隙、冲击机构的能量损失、轴向推进力) 进行了 理论计算，所获得的主要性能参数理论值与实测值十分接近。由此，可得出结 论y y t 3 0 液压凿岩机是一种设计先进，制作精良的液压凿岩机。 本文还对液压凿岩机和风动凿岩机进行经济技术比较；对国产液压凿岩机 与进口液压凿岩机进行经济技术比较。得出结论，液压凿岩机各项经济技术指 标优于风动凿岩机，国产液压凿岩机凿岩效率虽然稍低于进口液压凿岩机，但 经济性却远远好于进口液压凿岩机。 东北大学碗士学位论文 通过前面的研究和讨论并结合梅山矿业公司实际生产经验，可得出结论， 新型的y y t 3 0 液压凿岩机完全可以用于铁矿井下的生产。针对铁矿地质条件， 对y y t 3 0 液压凿岩机的主要参数分析后，建议尽可能提高y y t 3 0 液压凿岩机 回转性能，提高回转马达的制造精度，提高马达的容积效率。 关键词：液压凿岩机、铁矿、工业试验、理论分析、经济技术比较、回转性 能 东北大学硕士学位论文a b s t r a c t a n a l y s i s o f n e w t y p eh y d r a u l i c r o c k d r i l lp e r f o r m a n c ea n di 戗 a p p l i c a t i o n i ni r o no r ep r o d u c t i o n a b s t r a c t h y d r a u l i c r o c kd r i l li san e wk i n do f r o c kd r i l lw h i c hw a sf i r s t m a n u f a c t u r e da n da p p l i e di n1 9 7 0 s ，a n di th a s a t t r a c t e dt h ea t t e n t i o nf r o mm a n y c o u n t r i e ss i n c e i t sa p p e a r a n c e ，t h es u c c e s s f u l l y d e v e l o p m e n t o fi ti sag r e a t r e v o l u t i o ni nr o c kd r i l lt e c h n o l o g y f i r s t ，t h i st h e s i sr e v i e w e dt h ei n t e r n a la n do v e r s e a sd e v e l o p m e n ta n dc u r r e n t s t a t eo ft h eh y d r a u l i cr o c kd r i l l ，a c c o r d i n gt ot h eb a c k g r o u n do fh y d r a u l i cr o c k d r i l l sa p p e a r a n c ea n d d e v e l o p i n g r e s u l t so f e a c h e n t e r p r i s e m o r e o v e r ，t h i st h e s i s i n t r o d u c e dt h em a i nm a n u f a c t u r e r sa n dt h e i r p r o d u c t si nd e t a i l t h e nd i s c u s s e dt h e t y p e sa n dw o r k i n gp r i n c i p l eo f h y d r a u l i c r o c kd r i l l a n d t h e n ，w ea n a l y z e dt h em a i nf e a t u r e sa n dw o r k i n g p r i n c i p l e so f y y g 8 0 h y d r a u l i cr o c kd r i l l ，s e c o n d l y w em a d et h es t a t i s t i co f t h eu n d e r g r o u n di n d u s t r i a l t e s t i n gt ot h ed r i l l a n dw e d i s c u s s e dt h ew e a r i n gs i t u a t i o no fm a i n p a n s a n dt h e s t r u c t u r e si m p r o v e m e n t so f t h er o c kd r i l la n da n a l y z e dt h eu s i n gs t a t eo f t h es h a n k a d a p t e r sm a d eb ym e i s h a n ，w h i c h w a sa p p l i e dw i t hy y g 8 0r o c kd r i l l f i n a l l y ，w e r e a c h e dt h ec o n c l u s i o nt h a ty y g 8 0c a nb ea p p l i e di nu n d e r g r o u n di r o n o r e s m o r e o v e r ，t h i s t h e s i sh a sc a l c u l a t e dt h ec h a r a c t e r i s t i cp a r a m e t e r s ( s u c ha s i m p a c te n e r g y ，i m p a c tr a t e ，i m p a c ts p e e d ，i m p a c t t i m e ，t h et r a v e lo f d i s t r i b u t i o n v a l v e ，t h eg a p b e t w e e n i m p a c tp i s t o n a n d p i s t o nb l o c k ，e n e r g yl o s si ni m p a c t m e c h a n i s ma n da x i a lt h r u s tf o r c e ) o fy y t 3 0 ，w h i c hw a sd e v e l o p e db ya d v a n c e d m a n u f a c t u r i n g a n da u t o m a t i o nl a b o r a t o r y ，n o r t h e a s t e r nu n i v e r s i t y w eg o tt h e 尔北大学硪j ：学位沧文a b s t r a c t r e s u l tt h a tt e s t i n gv a l u e sa r ev e r yc l o s e dt ot h ec a l c u l a t e d v a l u e s ，s ow e c o u l d c o n c l u d et h a ty y t 3 0r o c kd r i l li saa d v a n c e d - d e s i g n e da n dw e l l m a d er o c kd r i l l w ea l s oc o m p a r e d h y d r a u l i c d r i l l st o p n e u m a t i c d r i l l sa n d c o m p a r e d e c o n o m i c a li n d e x e sa n dt e c h n i c a li n d e x e sb e t w e e nd o m e s t i cr o c kd r i l la n d f o r e i g n r o c kd r i l l w ec o u l dc o n c l u d e d t h a t ，t h ed o m e s t i ch y d r a u l i cd r i l le f f i c i e n c yi sa l i t t l el o w e rt h a nf o r e i g n h y d r a u l i cd r i l l ，b u tt h ec o s ti sm u c h l o w e r t h r o u g h t h ed e v e l o p m e n ta n dd i s c u s s i o nf o r w a r da sw e l la st h ec o m b i n a t i o n w i t ht h e p r a c t i c a l m a n u f a c t u r e e x p e r i e n c eo fm e i s h a n ，w e c o n c l u d e dt h a t y y t 3 0 - t h en e w t y p eh y d r a u l i cr o c k d r i l lc o u l db e a p p l i e d i nt h ep r o d u c t i o no f u n d e r g r o u n d i r o nm i n e s a c c o r d i n gt ot h ege o l o g ys i t u a t i o no fi r o no r e s ，w e s u g g e s t e d t h a tt h er o t a t i o np e r f o r m a n c e ，m a n u f a c t u r ea c c u r a c yo fr o t a t i o nm o t o r a n dv o l u m e e f f i c i e n c yo f t h e m o t o rs h o u l db ei m p r o v e da sm o r ea sp o s s i b l e k e y w o r d s ：h y d r a u l i c r o c k d r i l l ，i r o no r e ，i n d u s t r i a lt e s t i n g s y s t e m i c a l l ya n a l y z i n g ，t h ec o m p a r i s o n i ne c o n o m i ca n d t e c h n o l o g y ，r o t a t i o n p e r f o r m a n c e 、， 声明 本人声明所呈交的学位论文是在导师的指导下完成的，论文中 取得的研究成果除加以标注和致谢的地方外，不包含其他人已经发 表或撰写过的研究成果，也不包括本人为获得其他学位而使用过的 材料。与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中 作了明确的说明并表示谢意。 本人签名：亏彬 日 期：州哆g 轷 东北太学硕士学位论文第章绪论 第一章绪论 1 1 国内外液压凿岩机技术的发展概况 液压凿岩机是七十年代开始生产并得到应用的一种新型凿岩机械。这种凿 岩机一出现就受到各国采矿界的重视，它的研制成功是凿岩技术上的一项重大 革新。目前液压凿岩机广泛地用于采矿工业、煤炭工业、水电工程、铁道工程、 公路工程以及军事工程钻凿各种中、小直径的爆破孔等领域。 凿岩机械的发展主要经历了两个阶段，也就是从气动凿岩机到液压凿岩机 的发展历程，这个历程大概已有一百多年的时间。气动凿岩机大约开始应用于 十八世纪六十年代，在当时的矿业开采和开挖工程中这种气动凿岩机也发挥出 了相当大的作用，而且人们对其性能和原理作了不断的改进。不过，由于这种 凿岩机是以压缩空气作为介质来进行能量传输的，这样就始终有些不能解决的 缺陷比如能量利用率很低，一般只能达到1 0 左右，这样整个系统的能量消耗 就特别大；另外还有一个主要缺点就气体传动时噪音大，振动剧烈而且油雾重， 这样就使得工作环境恶劣尤其不适合地下工作【l 2 】。所以，通过不断的研究和 实践设计人员们寻找其它的传动方式，也就是探索新的能量传输介质。很快人 们就发现用液压方式进行传动能大大改善压缩气体做功时所带来的诸多缺陷， 如能量利用率大大高，工作平稳、振动小，工作环境得到改善。由于这些优点， 液压凿岩机开始被人们所重视，越来越多的人开始研制液压型凿岩机。最原始 的液体凿岩机可能要算德国人v b r a n t 发明了一台水利驱动的“凿岩机”，严 格来说这台机器只能称之为液压钻机，因为它只能作旋转运动【3 1 。到了6 0 年 代，液压凿岩机就如雨后春笋，国外出现了多种液压凿岩机专利，并有多家公 司开始研制液压凿岩机。1 9 7 0 年蒙塔贝特( m o n t a b e r 0 公司首先制成第一代可用 于生产的液压凿岩机。随后，瑞典、英国、美国、德国、芬兰、奥地利、瑞士 和日本等国陆续研制出各种型号的液压凿岩机投放市场。在7 0 年代研制液压 凿岩机的还有前苏联、波兰、南非和我国等。液压凿岩机一经生产实践，就显 示了它的优越性。它与气动凿岩机相比，大幅度降低了能耗( 仅为同量级气动 凿岩机1 3 1 4 ) ：提高了钻孔速度一倍以上；改善了作业环境( 噪声可降低 东北大学硕士学位呛文帮一章绪论 1 0 d b ( a ) 1 5 d b ( a ) ，且无油雾) ：主要零部件寿命长，钎具消耗少；为凿岩作业 实现自动化创造了有利条件。7 0 年代初期，投放市场的液压凿岩机虽然显示 出巨大的优越性，但也暴露出设计中种种缺陷，各公司都在改进、完善设计， 并向系列化迈进。如蒙塔贝特公司最初推出的h 5 0 、h 6 0 型液压凿岩机，到 1 9 7 6 年已被h 4 5 和h 7 0 型代替。一些公司在淘汰旧产品，发展新产品的同时 也在发展系列产品，如阿特拉斯科普柯( a t l a s c o p c o ) 公司7 0 年代市场上由 1 个型号，到两个型号【5 ，6 】，到8 0 年代初已发展到7 个型号。但这1 0 年总销售 量并不多，据文献的统计，总共也就2 0 0 0 多刨7 】。8 0 年代是液压凿岩机迅速 发展和成熟的阶段。各国公司为了加强竞争，都加快了产品的更新换代，并向 多品种方面发展，如1 9 8 1 年市场上销售的约有4 8 个型号，到1 9 8 4 年已有7 1 个型号，至1 9 8 9 年初己超过了1 0 0 个型掣8 】。但有竞争能力的仅有1 2 家公司， 5 0 多个型号，销售量也大幅度增加了，仅瑞典阿特拉斯科普柯公司年销售量 已达3 0 0 0 4 0 0 0 台l 9 , 1 0 l 。液压凿岩机的发展趋势是：增大冲击功率，以提高钻 孔速度( 如c o p l 4 4 0 型与c o p l 8 3 8 型冲击功率提高到2 0 k w ，凿岩速度在 2 0 0 m p a 的花岗岩中钻中4 1 m m 的孔径，可达3 m m i n ) ；改进结构设计和钎具 质量，提高钻孔经济性和精确性( 如c o p l 8 3 8 液压凿岩机的钻孔速度比 c o p l 2 3 8 型提高8 0 ，钎具寿命也相应延长8 0 ，大修时间间隔延长一倍以 、， 上) ；深孔凿岩增设反冲装置，提高成孑l 率：采用智能化控制等。 1 - 1 1 国外液压凿岩机的发展概况 鉴于液压凿岩机在技术、经济以及社会效益方面具有极大的优越性，国外 液压凿岩机自投入市场来竞争一直相当激烈。美国、瑞典、芬兰、德国、日本 和英国等数十家单位参与竞争。其中，国际上液压凿岩设备竞争力较强的有瑞 典a t l a sc o p c o 公司和芬兰t a m r o c k 公司，产品占全世界的6 5 以上。据不完 全统计，目前国外2 0 多个国家的几十家公司相继研制并生产的各种型号液压 凿岩机已有上百种，而且大都自成系列。年产量已从8 0 年代初的2 0 0 0 台发展 到1 9 8 6 年的1 万台以上。目前的产量已超过2 万台，而且还在继续增加。其 中瑞典a t l a sc o p c o 、芬兰t a m r o c k 和法国s e c o m a 等公司生产的液压凿岩机及 其配套钻车的品种型式和技术水平，在当今世界都具有一定的代表性。 而且现在液压凿岩机的种类丰富，无论是井下或露天、掘进或采矿，都有 相应的液压凿岩机供选用。如芬兰t a m r o c k 公司8 0 年代初液压凿岩机只有3 东北大学硕n i = 学位论文 个系列，目前该公司的产品己发展到7 个系列，从小型手持式到超重型，品种规 格齐全。在发展回转一冲击式产品的同时，适用于软岩上钻孔的纯回转液压凿 岩机也得到相应发展。尤其是瑞典a t l a sc o p c o 公司能够灵活地根据用户的某 些特殊要求，在某种基型产品上稍加改进，就可以组装成专用产品，产品上的 配套部件可随不同地区和国家的不同环境而改变，并有很多供选用的辅助设 备，如集尘器、卷扬机、行走和凿岩控制摇臂、低冲击压力机构、机械换钎机 构和炮孔角度测量仪等等 1 ”。 目前各公司推出推出的产品一般都经历了2 3 次更新换代，有的甚至是第 4 代产品。其液压凿岩设备的钻臂、推进器和操纵系统等主要部件都己实现标 准化和系列化，适用范围广，零件通用率高，一般都可根据用户的不同要求， 组装成各种型式的钻车，实现品种规格的多样化。同时缩短了产品设计周期， 产品更新换代快。1 9 8 6 年a t l a s c o p c o 公司推出了第二代c o p l 4 4 0 和c o p l 5 5 0 型等新型高速液压凿岩机，其凿岩效率比c o p l 2 3 8 提高一倍。最新推出的 c o p 4 0 5 0 型重型液压凿岩机，冲击功率高达4 0 k w 。t a m r o c k 公司的4 0 0 0 系列 是大功率超重型液压凿岩机，用于露天矿山钻凿直径1 8 0 2 3 0 m m 的炮孔，最 大可达2 7 5 m m ，其凿速相当于同级牙轮或潜孔钻机的2 4 倍，而能耗仅为潜 孔钻机的1 4 1 2 1 。 近一二十年来是高新技术的飞速发展时代，所以随着液压控制和电子技术 的发展和应用，凿岩设备的自动控制水平大大提高，即自动开孑l 、防卡钎、自 动退钎、钻车和钻臂自动移位、定位以及遥控操作系统等。这种全自动钻车被 称之为凿岩机器人。出于这类凿岩机器人主要用于隧道的开挖，故又将它称为 隧道凿岩机器人，先后有挪威、日本、法国、美国、英国、德国、芬兰、瑞典 及前苏联等国家的许多厂家积极参与了这项工作。仅挪威就有b e r v e r 公司、 电子公司、f u r u h o l m e n 公司、a w v 公司和工程合同公司等众多的公司竞争， 其中工程合同公司率先从1 9 7 2 年开始进行这项研究，1 9 7 8 年即拿出基本可用 的隧道凿岩机器人样机。b e r v e r 公司开发的软件最为出色，其全自动数据导向 系统已为多个国家的隧道凿岩机器人生产厂家所采用。日本东洋公司也早在 1 9 8 2 年研制成a d 系列两臂和四臂凿岩机器人。法国m o n t a b e r t 公司从8 0 年 代已推出六种r o b o f o r e 型凿岩机器人。瑞典a t l a sc o p c o 公司和芬兰t a m r o c k 公司生产的液压凿岩设备占全世界产量的寻半以上。尽管它们不是凿岩机器人 的率先研制者，但凭借它们在这个领域中数一数二的实力，也先后在1 9 8 5 和 东北大学硕士学位沦文 1 9 8 7 年研制成功r o b o t b o o m 系列和d a t a m a t i c 系列凿岩机器人。这类凿岩机 器人装备有两级分布式计算机管理和控制系统，可完成离线编制炮孔布置程 序，编制炮孔表、钻孔顺序表、其信息可存储、打印以及传输到钻臂控制系统， 分别控制每个钻臂动作，以保证钻臂定位准确、控制炮孔布置及炮孔精度。显 示器可显示钻臂方向、炮孔布置状况、凿岩进度和进尺等。控制方式一般有两 种，一是自动控制，二是遥控操作控制。 1 1 2 国内液压凿岩机发展现状 由于液压凿岩机设备在能源、交通运输和矿山工业等各工程建设部门中有 着重大作用，而且为了跟踪国际水平，我国在液压凿岩机的研究和制造上也投 入了大量的人力和物力。八十年代初，第一代液压凿岩设备在湘东钨矿开始研 制，主要类型有y y g 8 0 型液压凿岩机、c g j 2 y 型全液压钻车。随后国家和相 关企业投入大量资金，在全国各高校和科研院所进行研究。目前进行液压凿岩 设备有北京科技大学、中南工业大学、长沙矿冶研究院、煤炭科学研究院北京 建井研究所、沈阳风动工具厂、天水风动工具厂和瞿洲凿岩机厂等1 0 多个单 位，已经研制出来的大概有2 0 多种型号。我国8 0 9 0 年代研制并通过国家鉴 定的液压凿岩机型号共1 2 种，它们是：y y g 8 0 、t y y g 2 0 、y y g j l 4 5 ( 仿 c o p l 0 3 8 h ) 、y y g 3 0 、g o t t o 、y y g s o a 、y y g 9 0 、y y g 2 5 0 a 、c y y 2 0 f 仿法 国r p h 2 0 0 ) 、y y g 9 0 a 和d z y g 3 8 b ( 仿c o p l 2 3 8 m e ) 。其中冲击能在1 5 0 j 以下 的5 种，其余的7 种冲击能均在1 5 0 2 5 0 j 之间。可钻孔径大部分在4 0 5 0 m m 之间，只有y y g 2 5 0 a 、y y g j l 4 5 、t y y g 2 0 和d z y g 3 8 b 型液压凿岩机可钻 孔径大于5 0 r a m ，最大可达1 2 0 r a m 。初步估计，这些凿岩机在国内加工制造和 销售超过4 0 0 余台，其中销售最多的是y y g 8 0 和y y g 9 0 型三种【l 引。1 2 种型 号中除三种为测绘仿制国外当时市场销售的机型外，其余都是我国自行研制 的。它们在结构上一般采用独立转钎机构，活塞运动行程可调，有防空打缓冲 装置：其配流机构多为有阀式，芯阀及套阀都有。不论采用何种配流阀，按配 流方式又有双面回油和单面回油两种，它们各有特点，根据各研制单位的传统 决定。由于它们利用高压液体驱动，采用与钎尾直径接近的细长活塞，冲击能 高，且改善了活塞对钎杆的能量传递，可获得较同级别气动凿岩机高1 2 倍 的凿岩速度，钎具寿命也相应延长5 0 1 0 0 ，操作工人的作业条件也明显 改善【1 4 】。进入9 0 年代中期以来，以中南工业大学为主，国内对电脑导向和全 自动控制的凿岩机器人的实用化研制也已取得了实质性进展。 东北大学顼士学使论卫第一章绪论 从上述可见，我国的液压凿岩设备已达到了一定水平，但是很世界先进水 平相比还是有较大的距离。大多数厂家生产的液压凿岩机稳定性指标均在 5 0 0 m 左右( 不拆机检修) ，而世界先进水平的瑞典产品则规定为6 0 0 0 m 。国内 只有中国地质大学生产的d z y g 3 8 b 型液压凿岩机样机的工业性实验才达到 这一世界水平的指标。因此，国内的液压凿岩机与国际先进水平尚存在很大差 距。且引进产品现在尚未完全国产化，其关键零部件仍依赖进口。究其原因主 要有：一是高速、高压下的密封结构和支承活塞运动的前、后导向套的结构： 二是活塞、钎尾、导向套和密封材料的选择与应用，以及材料热处理和高精度 加工：三是蓄能器隔膜的材料及寿命等。从而导致零件寿命低，密封不可靠， 内外泄露严重，以及活塞研缸和导向套咬合等故障，造成国产液压凿岩机可靠 性指标下降。 尽管我国己进行了多种型号的液压凿岩设备的技术引进，但品种不齐，规 格不齐，且大都停留在仿制的水平，远远不能满足我国工程部门的需求。近 1 0 年来，购进a t l a sc o p c o 、t a m r o c k 、s e c o m a 公司等五个国家七家公司的全 液压凿岩设备近3 0 个型号5 0 0 多台套，液压凿岩机1 2 0 0 余台。这些设备在各 工程建设部门发挥重大作用，促进了能源、交通运输和矿山工业的发展。不过 我国的经济实力也不宜大量购买进口设备。因而，必须进一步加快消化吸收国 外技术，如沈阳风动工具厂、天水风动工具厂、宣化风动工具厂、南京工程机 械厂和沈阳有色冶金设备总厂5 家工厂先后同瑞典a t l a sc o p c o 公司和法国 s e c o m a 公司签定了5 个技术引进合同，这些对推动我国液压凿岩设备的研制 都有着很大的作用。 特别要指出的是，我国有大量中小矿山，为了改变传统生产方式带来的效 率低下、采矿成本高、体力劳动繁重、作业不安全的落后状况，开发小型凿岩 设备，对中、小矿山全面实现采掘凿岩机械化，促进生产力发展，解决中、小 矿山的迫切需要都具有十分重要的意义。另外，我国西部省份矿产资源丰富， 但地形复杂、多山，而开发西部必须优先发展的交通、能源产业、铁路、高速 公路和水电建设又将进入空前发展阶段，目前急需适应性强、品种全的各类凿 岩设备，这必将推动我国凿岩设备制造业的蓬勃发展。所以，就我国来说研制 满足工程需要的性能先进和工作可靠的新型液压凿岩设备，对提高国民经济有 着巨大的作用。 1 1 3 液压凿岩机在梅山矿业公司的应用 梅山矿业公司从9 5 年逐步引进a t l a sc o p c o 公司生产的c o p l 2 3 8 全 东北 学硕l 学他呛文 雏章绻 奁 液压凿岩机，用于井下的平巷掘进，替代我矿使用多年的风动凿岩机，液压凿 岩机相对于风动凿岩机，凿岩速度快，凿岩速度达到1 5 m m i n ，噪音小，污染 小的特点，但使用的过程中也发现这样的问题，一次性投资大，每台凿岩机的 售价为3 8 万元台，备件费用高，备件费用达到5 4 元m 。随着钢铁行业价格 战的开始，低成本战略成为我矿的主要经济工作。使用国产的全液压凿岩机这 个课题摆在我们的面前。 1 2 液压凿岩机的类型与工作原理 目前市场上销售的液压凿岩机型号繁多，但按其配油方式可分为两大类： 有阀型和无阀型。前者按阀的结构又可分为套阀式和芯阀式；按回油方式又有 单面回油和双面回油两种；单面回油又分前腔回油和后腔回油两种。其分类关 系及相应型号见表1 1 f 1 4 】。 表1 1 液压凿岩机分类 t a b l e l 1t h e t y p eo f h y d r a u l i ci m p a c t d r i l l 类型有阀型无阀型 单面回油 吲油方式双面回油双面回油 后腔回油前腔回油 活塞运动三通阀控差动三通阀控差动四通阀控活塞自配油 阀的结构套阔芯阔套阔芯阀芯阀无 t a m r o c k 公司的s e c o m a 公司的 i n g e r s o l l - r a n d 主 h e 、h l 系列h y d r a s t a r 系列公司的 a l i m a k 国m o n t a b e r t 公司的 s a l z g i t t e 公司的 s e c o m aa t l a s c o p c o h a r d 1 l i 、j o y 要公司的 h 系列古河株式h h 系列g d 公 a d 系 公司的公司的c o p公司的j h 2 、 r p h 3 5系列c a n n o n 公司 参 外会社的h i d 系列司的h p r 系列 列考 s i g 公司的h m bt e n s i o n 公司的的c h 2 5 、 型 系列r d 系列 c h - 3 2 、c h 3 8 号 国 y y l 3 _ 2 5 0 by y g 8 0 1 i y y g 2 0 内 y y g - 9 0 a 系列 液压凿岩机冲击机构主要由冲击活塞与缸体组成，在压力液体作用下，活 塞在缸体内往复运动并冲击钎尾做功。冲击活塞的配油机构按一定频率周期地 将压力液体送入冲击活塞的某一工作容腔，使冲击活塞连续往复运动；冲击活 6 - 东北丈学硕士学位沦文 塞往复运动又控制配油机构的工作周期，这样，冲击活塞与配油机构组成了液 压随动机构。 液压凿岩机冲击机构的配油方式有有阀式与无阀式两种，有阀式分单腔回 油( 后腔回油或前腔回油) 、双腔回油两种。无阀式液压冲击机构由冲击活塞不 同运动位置使前腔、后腔与压力油口或回油油口相通，即冲击活塞自配油进行 工作，它属于双腔回油。 有阀式液压冲击机构按配油阀与冲击活塞相对位置不同。有套阀与芯阀之 分，套阀置于冲击活塞某一杆端，芯阀具有独立的阀芯与阀体。目前，国外液 压凿岩机产品多为有阀式，无阀式在技术上仍不成熟。 本文研究对象冲击结构如图1 1 所示【1 5 】。图1 1 是东北大学先进制造技术 实验室自主开发的轻型双面回油液压凿岩机冲击机构简图，该机型按照国家标 准编号为y y t 3 0 ，其主要部件都已标明如图。在本文以后的所有论述都是基于 此型样机阐述的。 活塞 后腔 回油腔 油路 配油婀阀体 图1 1 冲击机构原理图 f i g 1 1t h ep r i n c i p a lc h a n o f m a p a e t i n g m e c h a n i s m 液压冲击机构冲击活塞运动的动力来自液体工作压力，其运动方程可由式 1 1 表达： m 窘+ c 鲁+ k f ( ，) _ f ( f ) ( 1 1 ) 东北大学硕士学位论文 担一章绪论 式中：s 冲击活塞位移，m m ； t 冲击活塞运动时间，s ： f 作用于冲击活塞上的力，n ： m 冲击活塞质量，k g ； c 粘性阻力系数，n s m ； k 摩擦阻力系数。 冲击活塞运动时，由于其质量是不变的，作用于冲击活塞上的力f ( t ) 值 决定它的运动状态( 速度、加速度及其变化) 。 冲击活塞运动时所受的力f ( t ) 与不同阶段作用于它的液体工作压力有关， 在冲程阶段： f ( t ) = p ( t ) a ：一尸( r ) a l( 1 2 ) 式中：f 活塞冲程阶段作用力，n ； p 工作压力，p a ； a 广一活塞前腔工作面积，m 2 ； a 厂一活塞后腔工作面积，埘2 ； 经对国外几种类型液压凿岩机实验研究证明，较理想的冲击活塞运动规律 基本为等加速运动，其特性曲线可按圈1 2 进行分析。 由以上叙述可见，液体压力是使液压冲击机构做功的关键。工作压力高， 作用于活塞上的力大，产生的加速度与运动速度高，则具有较大的冲击能量。 而且在活塞行程一定时，压力高，冲击频率也高。 液压冲击机构冲击活塞运动速度高达4 5 1 2 m s ，加速度达数十至数干 r r d s 2 ，液体工作压力的形成必须有一定流量。液压冲击机构工作压力的提高， 必须使流量提高，而且活塞行程越大，所需流量越大。因此，工作流量是液压 冲击机构工作压力的保证条件。 - 8 - 东北大学硕士学位论文 第一章绪论 v ( m s ) 。jl b k as j ys 圪 d 图1 2 活塞运动曲线 f i g 1 2 t h ec u r v eo f p i s t o nm o v e m e n t t 一时间；v 一活塞运动速度；一冲击速度；圪一回程最大速度； 一回程加速行程；s 卜回程制动行程；s 一活塞行程；a b 一冲程阶段 c d 一回程加速阶段；d e 一回程制动阶段：卜活塞运动周期； 1 3 本课题的提出及研究的主要内容 我国经过多年的改革开放，充分吸收了国外的先进技术，液压凿岩机的设 计水平有了大幅度的提高，液压凿岩机的制造技术基本成熟，本课题就选用两 种国内比较先进的液压凿岩机进行分析，探讨国产液压凿岩机在我矿井下使用 的可能性。 本课题的主要任务是以国内比较成熟的y y g 8 0 液压凿岩机和东北大学先 进制造技术实验室自主设计的轻型独立回转y y t 3 0 双面回油液压凿岩机为对 象，探讨国产液压凿岩机运用于井下铁矿的可能性。 本文工作内容主要包括： ( 1 ) 一是对国内比较成熟的y y g 8 0 液压凿岩机进行工业试验，对试验 结果进行分析，。 ( 2 ) 二是对东北大学先进制造技术实验室自主设计的轻型独立回转 y y t 3 0 双面回油液压凿岩机( 实物如图1 3 ) 【1 7 1 为对象进行理论分析，探讨 y y t 3 0 液压凿岩机运用于井下铁矿的可能性。 图1 3 凿岩机实物照片 f i g 1 3 t h ep h o t oo f h y d r a u l i cr o c kd r i l l 1 4 本课题研究的意义 通过对y y g 8 0 液压凿岩机的工业试验分析及y y t 3 0 液压凿岩机的理论 分析，探讨国产液压凿岩机在井下使用的可能性，为国产液压凿岩机替代我矿 井下进口液压凿岩机提供依据，为我国液压凿岩机逐渐国产化打下基础。 东北大学坝士学位论文 第二章y y g 8 0 液压凿岩机主要性自e 参数的试骑分析 第二章 2 1 概述 y y g 8 0 液压凿岩机主要性能参数 的试验分析 液压凿岩机的凿岩效率是衡量凿岩机性能好坏的主要标志之一。本章阐述 了y y g 8 0 液压凿岩机的主要特点和工作原理，对梅山矿业公司选用株州东方 工具厂生产的y y g 8 0 液压凿岩机工业试验的情况进行了统计分析，叙述了国 产自制钎尾与y y g 8 0 液压凿岩机配套使用的情况，根据工业试验结果，最后 得出结论，y y g 8 0 液压凿岩机是适合于井下铁矿作用的。 2 2y y g 8 0 液压凿岩机的主要技术参数及工业试验情况 2 2 1y y g 8 0 液压凿岩机( 见图2 1 ) 特点及工作原理 图2 1y y g 8 0 液压凿岩机实物照片 f i g2 1 t h e p h o t oo f y y g 8 0h y d r a u l i cr o c kd r i l l ( 1 ) 结构特点： y y g 8 0 液压凿岩机采用了冲击器与转钎各自独立的结构( 见图2 2 ) ，冲 击功与钎杆转速可根据矿岩条件分别调节。冲击器采用活塞双腔回油，滑阀配 油的工作原理，转钎部分采用摆线油马达驱动，通过一对齿轮带动钎杆回转。 图2 2y y g 8 0 液压凿岩机结构图 f i g 2 2t h es t r u c t u r eo f y y g 8 0 h y d r a u l i cr o c k d r i l l 表2 1 y y g 8 0 液压凿岩机零件明细表 序号另件名称装机数量 1 钎尾 1 2 水套 1 3u 型密封 2 4 转动套 1 5 前轴套 l 6 前机壳 1 7 大齿轮 1 8 压配或压注油杯 l 9 后轴承 1 1 0 后机壳 l 1 1垫环 1 1 2过渡套 l 1 3 y ) ( 密封圈 1 1 4 活塞前套 l 1 5拉杆螺母 2 1 6前阀套 1 1 7机壳 1 - 1 2 - 东北大学l 砸士学位论文第二章y y g s 0 液压凿岩机主要性能参数的试验分析 1 8 活塞 1 1 9 活塞后套 1 2 0 后阀套 1 2 1 内六角螺钉 8 2 2弹簧垫圈 8 2 3y x 密封圈1 2 4o 型圈 2 2 5o 型圈1 2 6后盖 1 2 7内六角螺钉 丑 2 8 弹簧垫圈 4 2 9进油管接头 l 3 0内六角螺钉 1 0 3 1弹簧垫圈 1 0 3 2油马达接头 2 3 3 摆线马达 1 3 4 接头体 1 3 5 进油螺丝钉 2 3 6内六角螺丝钉 4 3 7轴承 2 3 8小齿轮 l 3 9轴承盖 l 4 0内六角螺丝钉 4 4 l弹簧垫圈 8 4 2y x 型密封圈 1 4 3螺母 2 4 4弹簧垫圈 4 4 5。拉紧螺杆 2 4 6内六角螺丝钉 6 4 7上盖1 4 8 隔膜 1 4 9钢垫片 1 5 0壳体 1 5 1单向阀 l 5 2回油管接头 1 5 3阀体 l 5 4阀芯 1 5 5接头盖 1 5 6 水管接咀 1 5 7轴承垫 1 5 8水管接头 1 乐北大学硕士学位论文 第二章y y g 8 0 液压凿岩机主要性能参数的试验分析 ( 1 ) 工作原理： 阀与活塞通过机壳内的油道交连、实现位移反馈，从而产生往复运动，其 工作过程说明如下： ( a ) 冲程：如图2 3 所示，在活塞后室高压油的作用下，活塞快速向前 运动。缸体前油室m 的油经孔e 、阀腔k 、q 流回油箱，在冲程末端，油室a 和冲程推阀孔b 接通，高压油进入阀左油室，阀体向右移动，油流换向。与此 同时，活塞高速冲击钎尾，其后开始回程。 图2 3 活塞冲程示意图 f i g2 3 t h ep r i n c i p l eo f p i s t o ni m p a c t ( b )回程：如图2 4 所示，高压油经油口p ，阀腔h 、k ，回程进油口 e 进入缸体前部油室m ，推动活塞作回程运动，油室a 的油经过a 、g 、n 流 回油箱，活塞回程至一定位置，进油口e 和回程推阀孔d 联通，回流路和阀左 端油室接通，阀体向左移动，油流换向，高压油经阀腔h 、g ，冲程进油口a 进入缸体后部油室a ，由于惯性，活塞继续向后运动，直到速度为零而停止， 然后开始冲程。 1 4 - 东北犬学硕士学位论文 第二二章y y g 8 0 液压凿岩机主要性能参数的试验分析 o p 图2 4 活塞回程示意图 f i g2 4 t h ep r i n c i p l eo f p i s t o nr e t u r n 在高压油入口，装有一个蓄能器，用来积蓄和补充液流，减少油泵供油量 从而提高了效率，并减少了系统的液压脉动。 2 2 2y y g 8 0 液压凿岩机主要性能参数及与国外主要凿岩机性能比较 表2 2y y g 8 0 液压凿岩机主要性能参数【1 9 】 型号 y y g 8 0 项目 冲击能量 1 4 0 1 6 0 n m 冲击次数 2 5 0 0 2 9 0 0r m i n 最大扭矩 1 5o n m 钎杆转速0 3 0 0l m i n 冲击油压 1 0 0 1 2 0n c m 2 冲击流量 8 0 9 0r m i n 旋转油压 7 0 - 8 0n e r a o 旋转流量 3 6 1 m i n 冲击功率 2 2 k w 能量利用率 4 3 3 整机重量约8 4 k g 表2 3 y y g 8 0 液压凿岩机与国外主要凿岩机性能比较【2 0 】 t a b l e 2 3m a i np a r a m e t e r ss p e c i f i c a t i o no fy y g s 0 h y d r a u l i cr o c kd r i l lc o m p a r i s o n 中国 瑞典 法国日本 _ 西德 机型c o p l 0 3 8 h ba d l o li 冲h 4 0 0h d l 0 0 ah b l o l y y g 8 0 油压 2 5 5t 2 7 5 1 6 3 21 4 21 5 3 - 1 7 3 41 0 0 1 2 0 ( k g f c m 。) 流量 ( 1 v a i n ) 9 51 2 0 8 0 9 0 7 0 _ 8 58 0 9 0 冲击能 2 5 5 11 9 8 92 0 41 5 3 2 7 5 51 6 ( k g m ) 频率 3 6 0 03 4 0 0 2 8 0 03 5 0 0 4 0 0 01 8 0 02 5 0 0 2 9 0 0 ( 【，m i n ) 能量利用率 3 7 9 4 4 2 4 3 7 4 1 9 4 7 8 8 3 3 6 - 4 6 3 4 3 3 2 2 3y y g 8 0 液压凿岩机工业化凿岩试验与结果分析 y y g 8 0 液压凿岩机工业试验共进行了九个月，从九个月的情况来看，各 项指标比较稳定，主要指标如表2 4 所示： 表2 4y y g s 0 液压凿岩机工业试验各项指标统计表 泌 123 4 56789合计 岩石硬度仁1 4 1 6 岩午i 性质致密块状磁铁矿 钻7 l 直径( m m )中4 2 作业地点 采矿场- 1 9 8 水平东采区 凿孔米数( 米)3 6 05 1 69 6 01 0 9 1 23 7 4 4 52 1 8 451 2 9 0 32 4 3 9 58 5 2 9 22 1 1 1 5 2 凿岩机平均台 班效率 4 04 6 95 0 55 4 61 1 0 11 0 9 21 2 91 1 6 21 3 7 6 ( 米孔台班) 凿岩机最高台